大跨度建筑构造

本单元内容:主要的大跨结构类型及造型特点屋顶的构造处理要点天窗设计要点三大跨度建筑构造•学习的重点•各类型大跨结构的基本力学原理和特征•建筑造型与结构的有机结合。•尺度的概念•屋顶构造及天窗•大跨度建筑构造----概论•界定：30M•历史——万神庙——美国·底特律·韦恩县体育馆（WayneCountystadium）（266m，圆形钢网壳）——上海体育馆（110m，圆形钢平板网架）——英国千年穹（365m，帐篷结构）•选择结构形式的意义——造型——空间利用的合理性——对内部装饰的影响•大跨度结构形式可分为两大类•平面结构体系——桁架——刚架——拱——……（把结构构件本身作为独立的单元来考虑）•空间结构体系——网架——折板——薄壳——悬索——……（把结构的所有组成构件协同起来共同跨越空间，作为整体来考虑——整体作用大于单个作用之和，且多向受力比单向受力更发挥材料潜力，空间工作比平面工作更符合力的自然传递路线）•十种常用的大跨度结构形式•拱•刚架•桁架•网架•折板•薄壳•悬索•帐篷薄膜•充气薄膜•悬挑•一、拱结构及其造型•特点•结构类型•影响造型的因素•一、拱结构及其造型•特点——轴向受压（无弯距、只要求材料的受压性能好，可以很薄。相同截面高的拱与梁，由于前者的曲面作用，跨度相差n倍）——有横向侧推力•一、拱结构及其造型•结构类型•——无铰拱、两铰拱、三铰拱•——木、钢、钢筋混凝土•——实腹、空腹•一、拱结构及其造型•影响造型的因素——矢高f（1/5-1/7不小于1/10）——平衡水平侧推力的方式——屋面材料的类型（如油毡f不小于1/8）•实例•二、刚架结构及其造型•特点•结构类型•影响造型的因素•二、刚架结构及其造型•特点——刚结点（与排架结构对比）：大大减少梁的跨中弯距——结构断面小，外形简洁，可暴露结构构件——门型刚架中部向上微翘有利于综合利用室内空间，扩大净空高度——适用于40m跨度以内，动荷载不能太大（吊车≤10T，远小于排架）•二、刚架结构及其造型•结构类型——无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架•二、刚架结构及其造型•三、桁架结构及其造型•特点——格构形，全部节点均为铰接，每一杆件受力均为轴向力。——受力时考虑施于节点，可避免使杆件受弯。•优点——①省材②受力明确③自重轻，可跨越较大空间④便于安装运输缺点——结构高度较大，需增强稳定性•三、桁架结构及其造型•类型•按构成●三角形结构高度最低1/5-1/2≤18m●拱形受力最好1/6-1/818-36m60m（无斜腹杆）15-30m●梯形受力较好，制作方便1/6-1/818-36m72m•按材料●钢适宜36m以上跨度，自重轻●钢筋混凝土适宜36m以下跨度●木——特殊环境（相对湿度大于75%或有腐蚀性介质时）不宜钢、木材料，只宜预应力钢筋混凝土材料。•三、桁架结构及其造型•三、桁架结构及其造型•实例•实例•四、网架结构及其造型•特点•结构类型•网架尺寸•杆件断面节点连接•造型•四、网架结构及其造型•特点杆件互相支撑，形成多向受力的空间结构•优点●空间刚度好（多向受力，整体性好）●自重轻跨度大（受力合理，节省材料）●杆件规格统一为有限的几种，易于工厂化生产●有利于选型、适于各种屋面形状•四、网架结构及其造型•类型•按外形平板、曲面•按层数单层、双层、多层•按材料木、钢、钢筋混凝土•四、网架结构及其造型•平板网架——构造简单：双层平板，无侧推力，只需简单支座——可覆盖各种形式平面●交叉桁架体系（两向或三向；正放与斜放）●角锥体系（三角锥、四角锥、六角锥）•四、网架结构及其造型•尺寸●网格高度（高跨比）见表4-1约1/15●网格尺寸采用钢筋混凝土屋面板时≯3m×3m•杆件断面与节点连接•四、网架结构及其造型•影响造型的因素●网架形式●支座方式•四、网架结构及其造型•四、网架结构及其造型•五、折板结构及其造型•特点•结构类型•造型•实例•五、折板结构及其造型•特点L2/L1≤1短折板L2≤12米L2/L1≥1长折板f长折板=（1/10~1/15）L1——薄、省材；预制装配（装配整体式）；构造简单•五、折板结构及其造型•类型——断面——外形•六、薄壳结构及其造型•特点•结构类型•六、薄壳结构及其造型•特点曲面内轴向力；薄、轻、省、跨大、造型丰富；费工费时•类型筒壳、球壳、扁壳、鞍形壳•薄壳结构及其造型•薄壳结构及其造型薄壳结构及其造型•七、悬索结构及其造型•特点•结构类型•七、悬索结构及其造型•特点分工明确——索网：钢索，只受力——边缘构件：梁、桁架、拱等——支承结构造型新颖、跨度大、施工简便•七、悬索结构及其造型•类型•●单层单曲面•●双层单曲面•轮辐式•鞍形•七、悬索结构及其造型•类型•●单层单曲面•●双层单曲面•轮辐式•鞍形七、悬索结构及其造型七、悬索结构及其造型七、悬索结构及其造型七、悬索结构及其造型•七、悬索结构及其造型•八、帐篷薄膜结构及其造型•特点撑杆+篷面•实例•九、充气薄膜结构及其造型•类型气承式气肋式•实例•十、悬挑结构及其造型•要点考虑倾覆力矩；出挑构件的结构形式多样•实例十、悬挑结构及其造型十、悬挑结构及其造型•大跨度建筑构造--屋顶构造•大跨度屋顶设计要求：——结构轻；水流路线长应保证防排水；保温隔热等热工要求……•屋顶构造组成——承重结构、基层、防水层——有檩方案、无檩方案•防水材料——橡胶卷材——涂膜——金属瓦屋面——彩色压型钢板屋面大跨度建筑构造--屋顶构造大跨度建筑构造--屋顶构造•大跨度建筑构造--屋顶构造•金属瓦屋面——构造层次：檩条、木望板、干铺油毡（一层）、瓦材（防腐处理）——屋面划分：瓦材尺寸不宜超过2m——细部构造：拼缝、泛水、天沟、檐口等•大跨度建筑构造--屋顶构造•金属瓦屋面拼缝构造•大跨度建筑构造--屋顶构造•彩色压型钢板屋面——材料形式•大跨度建筑构造--屋顶构造•彩色压型钢板屋面——材料形式•大跨度建筑构造--屋顶构造•彩色压型钢板屋面——构造层次与细部构造：波高以35mm为界，纵向接缝搭接长度不小于100mm•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•中庭的形式及设计要求•中庭的消防安全设计•中庭天窗构造•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•中庭的形式及设计要求（一）中庭的基本形式（二）中庭的设计要求1．节能要求2．采光要求·庭院本身的比例——长、宽、高之间的比例关系（中庭的室形指数）·侧面反射（虚实与色彩）3．气候控制要求•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•节能要求•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•中庭的室形指数•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•中庭的消防安全设计1、中庭的防火措施可参照《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045)对高层建筑中庭防火措施的规定:(1)房间与中庭回廊的门应设自动关闭的乙级防火门；(2)与中庭相连的过厅通道外，应设防火大门或防火卷帘门分隔；(3)中庭每层回廊应设有自动灭火系统，其喷头间距不小于2m，不大于3.8m，中庭高度超过8m时，还应增水幕设备；(4)中庭每层回廊应设火灾自动报警设备；(5)应按规定设排烟设施:①净空高度小于12m的室内中庭可采用自然排烟措施，其可开启的平开窗或高侧窗的面积不小于中庭面积的50%。②不具备自然排烟条件及净空高度超过12m的室内中庭设置机械排烟设施。此外，还要在中庭顶棚、走道、周围房间等部位设有烟感探测器。同时还要采取隔离措施，保证周围房间的烟火不窜入中庭空间。2、必须使中庭空间能有效地排烟。中庭的机械排烟途径可以有两种：——通过中庭排烟或将烟从中庭外部排出。大跨度建筑构造--中庭天窗构造•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•中庭天窗构造中庭围护结构有时也可以采用在大跨度建筑中发展起来的织物篷幕结构——充气结构与张拉结构。织物的透光性较差，在较强的天空亮度下半透明性的织物可以使中庭产生少量的扩散光照度；织物可以具有良好的反射性能，一般白色界面的织物白天可以反射掉约百分之七十的日光热量，具有整体建筑节能的特点，同时夜间照明比较经济。在织物围护的中庭中，应避免弧面的声反射聚焦给室内使用带来的影响，在造型设计和构造处理中减少不良的声学效果。在中庭采光处理中，最常用的是金属骨架玻璃采光天窗的方式。•大跨度建筑构造--中庭天窗构造材料的选择：•采光天窗主要由骨架、透光材料、连接件、胶结密封材料组成。•天窗透光材料的选择：安全要求、透光性能、耐久性、热稳定性、抗冲击性能。在需要防眩光处理的天窗中，也可以选择具有漫反射功能的透光材料来避免眩光的产生。•大跨度建筑构造--中庭天窗构造中庭天窗形式的选择•按进光的形式不同——玻璃顶、侧天窗。•选择形式的依据：自然条件：纬度、日照、避免室内过热……•技术条件：中庭的规模、屋顶结构型式、建筑造型要求……•常见天窗形式:1.棱锥形天窗2.斜坡式天窗3.拱形天窗4.圆穹形天窗5.锯齿形天窗6.其他形式的天窗•大跨度建筑构造--中庭天窗构造1.棱锥形天窗•大跨度建筑构造--中庭天窗构造2.斜坡式天窗玻璃面的坡度一般为15°----30°，坡长一般在15m以内•大跨度建筑构造--中庭天窗构造3.拱形天窗•大跨度建筑构造--中庭天窗构造4.圆穹形天窗•大跨度建筑构造--中庭天窗构造5.锯齿形天窗炎热地区有一定优势•大跨度建筑构造--中庭天窗构造6.其他形式的天窗（组合形式）•大跨度建筑构造--中庭天窗构造6.其他形式的天窗（组合形式）•大跨度建筑构造--中庭天窗构造6.其他形式的天窗（组合形式）•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•中庭天窗构造着重介绍顶部进光的玻璃顶，设计要求如下：1.安全性能——较高的承载力、足够的强度、连接牢固可靠2.防止天窗冷凝水对室内的影响——设置排水槽，排水槽要保证必要的排水坡度，排水路径不能过长3.天窗应有良好的防水性能——足够的排水坡度、排水路线短捷畅通、接缝严密4.防止眩光对室内的影响——采用具有漫反射性能的透光材料、加设折光构件5.满足建筑安全防护要求——高层建筑中庭的玻璃屋顶，采用金属承重构件时，应设自动灭火设备保护或喷涂防火材料，使其耐火极限达到1小时的要求。顶棚应设有烟感探测器，并应符合中庭排烟设计的要求。6.防雷要求•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•相关构造：1、玻璃顶的承重结构——结构断面应尽可能设计得小些，以免遮挡天窗光线。——一般选用金属结构，常用的结构型式有梁结构、拱结构、架结构、网架结构等。——承重结构有的可以兼做天窗骨架。——连接螺栓、螺丝应采用不锈钢材料。•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•常见造型玻璃顶的骨架布置图：•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•相关构造：2、玻璃的安装a采光罩——直接将采光罩安装在玻璃屋顶的承重结构上即可b玻璃顶——由若干玻璃拼接而成，所以必须设置骨架。•大跨度建筑构造--中庭天窗构造各种金属骨架断面形式及其与玻璃连接的构造详图•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•相关构造：3.天窗的排水处理•大跨度建筑构造--中庭天窗构造•相关构造：4.其它a附设防护网b侧壁百叶窗通风c天窗设置部分可开启扇d严寒地区设置双层采光天窗（提高保温性能，并且可以减少冷凝水的产生）玻璃顶实例玻璃顶实例玻璃顶实例玻璃顶实例•思考题•请课后考察建筑城规学院多功能厅屋顶，请绘出：•1、二层平面图，平面布置，两道尺寸。•2、屋顶平面图，两道尺寸，排水系统。•3、剖面图，示意网架结构及屋面构造。•4、大样图，表示屋顶细部构造层次及做法。•万神庙•穹顶直径达43.3米。顶端高度也是43.3米。它中央开一个直径8.9米的圆洞。结构为混凝土浇筑，为了减轻自重，厚墙上开有壁龛，龛上有暗券承重，龛内置放神像。神像外部造形简洁，内部空间在圆形洞口射入的光线映影之下宠伟壮观，富有神秘感。上海体育馆是国内大型的体育馆之一，一九七五年建成使用。主馆呈圆形，高33米，屋顶网架跨度直径110米，可容纳观众18000人。英国千年穹整个建筑采用帐篷结构，12根100米高的钢桅杆直刺苍穹，张拉着直径365米，周长大于1000米的穹面钢索网。光是钢索网就用了长达43英里的钢缆。室内最高处为50多米，容积约为240万立方米。屋面材料表面积10