结构选型的影响因素.docx

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结构选型的影响因素

浅谈建筑构造选型及其影响因素

摘要：

随着科学技术和经济建立的快速开展，建筑技术的进展日新月异。

时代的开展要求我们在进展建筑构造选型决策,必须分清决策中的主要影响因素和次要影响因素,同时还要弄清各种因素间可能具有的层次性以及不同因素间存在的局部关联性。

本文根据建筑构造选型的课堂内容，结合课本与其他图书资料，对建筑构造选型进展实际举例分析，简单论述各种构造类型的优缺点及适用范围，并综合考虑各影响因素，为建筑在构造选型过程中全面地考虑各方面因素的影响奠定了根底。

关键词：

建筑、构造选型、案例、影响因素

正文：

文章按照课本顺序，系统的介绍了建筑构造的形式，包括：

砌体构造、框架构造、剪力墙构造、空间网架构造、网壳构造、门式刚架构造、桁架构造、悬索构造、拱构造、薄壳构造，对上述构造选型分别介绍构造组成、受力特点、布置方式、适用范围、构造要点等。

另外，在建筑选型的工作中，需要符合以下根本原那么：

〔1〕适应建筑功能的要求

对于有些公共建筑，其功能有视听要求，如：

体育馆为保证较好的观看视觉效果，比赛大厅内不能设柱，必须采用大跨度构造；大型超市为满足购物的需要，室内空间具有流动性和灵活性，所以应采用框架构造。

〔2〕满足建筑造型的需要

对于建筑造型复杂、平面和立面特别不规那么的建筑构造选型，要按实际需要在适当部位设置防震缝，形成较多有规那么的构造单元。

〔3〕充分发挥构造自身的优势

每种构造形式都有各自的特点和缺乏，有其各自的适用范围，所以要结合建筑设计的具体情况进展构造选型。

〔4〕考虑材料和施工的条件

由于材料和施工技术的不同，其构造形式也不同。

例如：

砌体构造所用材料多为就地取材，施工简单，适用于低层、多层建筑。

当钢材供给紧缺或钢材加工、施工技术不完善时，不可大量采用钢构造。

〔5〕尽可能降低造价

当几种构造形式都有可能满足建筑设计条件时，经济条件就是决定因素，尽量采用能降低工程造价的构造形式。

一.砌体构造

砌体构造是指由砌体作为竖向承重构造〔墙体〕，由其他材料（一般为钢筋混凝土或木构造〕构成水平向承重构造〔楼盖〕所组成的房屋构造。

单层或多层混合构造房屋承重墙的布置方式有四种方案：

纵墙承重系统，横墙承重系统，纵横墙承重体系，内框架承重体系。

楼屋面大梁放在纵墙壁柱上，楼板及屋面板放置在大梁上，形成纵墙承重体系。

由于横墙是非承重墙，因而可以任意设置或连续多开间不设置，从而给建筑上提供了灵活空间。

与横墙承重体系相比，纵墙承重体系墙少，自重轻，刚度较差，抗震性能也较差，且楼屋面需加大梁而增加用料，故高烈度地震区不太适合，一般多用于公共建筑及中小型工业厂房。

横墙承当楼，屋面传来的荷载，因此不能随意撤除，空间布置没有纵墙承重体系那样灵活，但刚度大，抗震性能较好。

横墙承重体系墙体多，自重大，楼面材料较节省，具有构造简单，施工方便的优点，多用于小面积居住建筑和小开间办公楼中。

除纵墙承当楼面大梁传来的荷载外，横墙也承当了楼，屋面传来的局部荷载，其开间比横墙承重体系大，但空间布置不如纵墙承重体系灵活，刚度和抗震性能也介于两者之间，墙体材料，自重，楼面材料用量也介于两者之间，多用于教学楼和办公楼中。

在仓库，商场及一些工业建筑中，或在希望空间能任意分割的民用建筑中，可将内部墙体全部用内柱框架代替。

这种内框架承重体系在空间布局上具有很大的灵活性，中间柱的存在减轻了纵墙的负担；但中间柱下根底的沉降量与纵墙根底的沉降量有可能差异较大，将引起主梁弯矩的变化，这在软土地基上是不利的。

在构造布置中，应优先选用横墙承重或纵横墙承重的方案。

麻省理工学院贝克公寓

1946年，阿尔托承受委托在临近查尔斯河繁华的海岸线的地方设计一栋学生宿舍楼。

他希望使宿舍尽可能多的房间面向太阳和河流，而不是面向聚集的车流，所以解决这一问题的方案就是把宿舍楼设计成蜿蜒曲折的形式，形成一种倾斜着流动的风景。

西面主要是一些次要的空间，例如公用房间、走廊以及位于大厅一层入口处以扇形方式向外发散的楼梯。

为了防止走廊的光线昏暗，他将小卖部和自助餐厅的高度降低了一些。

宿舍的外表用的是粗糙的红色石砖，而低矮的餐厅局部使用的是灰色XX石。

西面是一个常青藤缠绕的藤架和一座大型露天花园。

这座有着红色石砖墙、外形蜿蜒曲折的宿舍楼，跟其他建筑相比是那么与众不同，从而成为一座标志性建筑。

这种北欧浪漫主义的建筑手法使得当时的国际先锋派大为震惊。

同时这种理性主义原那么下的反理性形式，表达了阿尔托对现代主义专制专断的否认。

希契柯克称它有“表现主义〞倾向。

因当时建筑材料仍受管制，只好用砖砌承重墙，高七层，平面作弯来弯去的蛇形，这样就可使宿舍每人都能看窗外的查里斯河风景，同时，曲线布置也可以冲散一般宿舍特有的单调冷漠气氛。

砖墙既是承重构造，又是围护构造。

墙体、根底等竖向承重构件采用砖砌体构造，楼盖、屋盖等水平承重构件采用装配式或现浇钢筋混凝土构造。

建筑平面灵活，使用方便，构造构件巧妙转化为精致的装饰。

二.框架构造体系

框架构造一般由竖直的柱和水平横梁所组成，梁柱交结处一般为刚性连接。

框架构造一般都是受到竖直荷载和水平荷载的共同作用。

其主要特点是：

布局灵活，不靠墙承重，使用方便，可以获得相对较大的使用空间；但抗侧刚度小，侧移大，抗震和抗风能力较差，对于支座不均匀沉降比拟敏感。

框架构造按框架构件组成可以划分为梁板式构造和无梁式构造；按框架的施工方法可以划分为现浇整体式框架、装配式框架、半现浇框架和装配整体式框架；按承重构造可以划分为纯框架和内框架。

框架构造适用于民用住宅、办公楼、旅馆、饭店、医院、大型商业建筑等，亦可用于工业车间等建筑。

三.剪力墙构造体系

剪力墙构造，是利用建筑物的外墙和永久性内隔墙的位置布置混凝土承重墙的构造。

其主要特点是：

抗侧刚度大，侧移小，抗震性能好；室内墙面平整，构造自重大，平面布置不灵活，不容易形成大空间。

剪力墙构造常用于高层住宅和旅游建筑中。

XX白天鹅宾馆

XX白天鹅宾馆是中国内地第一家五星级大酒店。

酒店于1983年开业，2000年重新装修，楼高28层，共有客房总数842间套。

XX白天鹅宾馆是“世界一流酒店组织〞之首家中国成员，是今日XX豪华酒店佼佼者，矗立于珠江河畔历史悠久的沙面岛。

2021年XX省第三次文物普查，XX白天鹅宾馆将被认定为文物。

XX白天鹅宾馆主楼采用剪力墙大板系统，主楼地下室采用钢筋混凝土防渗墙构造。

横向剪力墙和纵向剪力墙共同承重，侧刚度更强，侧移更小，从而保证了抗震性能。

四.门式刚架构造体系

门式钢架也称单层钢架，门式钢架为梁柱合一的构造，其内力小于排架构造，梁柱截面高度小，造型轻巧，内部净空较大，故被广泛应用于中小型厂房，体育馆，礼堂，食堂等中小跨度的建筑中。

国家体育场〔鸟巢〕

国家体育场俗称鸟巢，位于奥林匹克公园中心区南部，为2021年第29届奥林匹克运动会的主体育场。

工程总占地面积21公顷，建筑面积258,000㎡。

场内观众坐席约为91000个，其中临时坐席约11000个。

　　国家体育场工程为特级体育建筑，主体构造设计使用年限100年，耐火等级为一级,抗震设防烈度8度,地下工程防水等级1级。

工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长333米、东西宽294米的，高69米。

钢构造总用钢量为4.2万吨，混凝土看台分为上、中、下三层，。

钢构造与混凝土看台上部完全脱开，互不相连，形式上呈相互围合，根底那么坐在一个相连的根底底板上。

国家体育场屋顶钢构造上覆盖了双层膜构造，即固定于钢构造上弦之间的透明的上层ETFE膜和固定于钢构造下弦之下及内环侧壁的半透明的下层PTFE声学吊顶。

国家体育场，被誉为“第四代体育馆〞的伟大建筑，见证的不仅仅是人类21世纪在建筑与人居环境领域的不懈追求，也见证着中国这个东方文明古国不断走向开放的历史进程。

其设计新颖，配套设施完备，象征意义深远。

“鸟巢〞外形构造主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱，主体钢构造形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编织式“鸟巢〞构造。

看台混凝土构造为地下1层，地上7层的钢筋混凝土框架-剪力墙构造体系。

钢架构造是指梁柱之间为刚性连接的构造。

在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用减小了梁跨中的弯矩和挠度。

在水平荷载作用下，由于梁对柱子的约束作用减少了柱内的弯矩和侧向变为。

钢架构造的承载力的刚度很大。

五.桁架构造体系

桁架构造是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式构造。

桁架构造受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，对支座没有横向推力；但构造高度大，平面桁架的侧向刚度小，为了保证桁架平面外的稳定性，通常需要设置支撑系统。

桁架构造按外形不同可分为三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线形屋架、平行弦屋架；按腹杆布置不同可分为三角形腹杆系、带竖杆的三角形腹杆系、半斜腹杆系、组合腹系；按其几何组成方式可分为简单桁架、联合桁架和复杂桁架按是否存在水平推力可分为无推力的梁式桁架和有推力的拱式桁架；按材料的不同可分为木屋架、钢-木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架和钢-混凝土组合屋架。

桁架构造在民用建筑、工业建筑、公共建筑、娱乐设施、施工设备、公路桥梁等领域应用广泛。

XX奥林匹克中心体育场

XX奥林匹克中心体育场为2021年奥运会足球赛场。

体育场位于XX中心市区西南部。

体育场建筑面积15.8万m2，共由6层组成，总高53m，可同时容纳6万名观众，可满足国际足球和田径比赛的要求。

构造设计的构思为：

屋顶桁架选用V字形平行弦桁架，悬挑构造，以表现体育场地的动感与轻快。

该体育场成为XX市重大体育活动的中心场地和标志性建筑。

XX奥林匹克体育中心体育场根底为高强混凝土预应力管桩，主体为钢筋混凝土框架构造，屋顶桁架选用V字形平行弦桁架，悬挑构造。

主桁架最大跨度117m，主、环桁架均为平面管桁架构造形式，桁架最大安装高度达53m，整个钢屋盖由主桁架、子桁架、二道环形桁架及水平、垂直支撑、檩条组成，总用钢量约13000t。

主桁架上口定位采用柱帽杆固定于看台柱顶支座上，下口定位采用落地形式。

六.拱构造体系

拱构造是以受轴向压力为主的构造，是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性开展。

拱构造的一个显著特点是产生水平力，而且与跨度有关系，跨度越大，其水平力越大。

按支撑方式分类，拱可分为三铰拱、二铰拱和无铰拱。

拱在建筑中应用广泛，如桥、屋顶、窗洞、门洞、水坝、体育馆等大量采用拱构造。

俄罗斯风景桥

风景桥是俄罗斯首都莫斯科克雷拉茨科耶区横跨莫斯科河的一座公路斜拉桥，全长1460m，其中主桥长409.50m，宽37m；跨河钢拱桥塔高105m，拱跨182m，斜拉索78根，拱顶下部建有圆形观景台和餐厅；桥面至水面高30m。

风景桥于2007年12月建成通车。

这座桥的独特之处在于构思的巧妙。

为了防止道路与附近的地铁、公园、抽水站等公共设施的干扰，在地形地物受限的情况下，充分利用了河道上的空间，将桥梁架设在河道中心线上，在平面上桥梁与河流重叠。

俄罗斯风景桥利用刚架拱横向布置巧妙地将桥墩根底设置在两岸岸边，这样既能保证桥墩的生根，又能使桥下河流畅通无阻，真是巧夺天工的设计。

风景桥还有一个特点就是它的斜拉索体系。

桥梁主跨为等截面的钢箱梁，钢箱梁被由刚架拱上的斜拉索牵引支撑，梁塔〔刚架拱〕完全别离，形成全浮悬状态，在78根拉索下组成了空间曲线索面的对称性斜拉桥。

这种体系如果单就主梁的全浮悬状态来说，其抗震能力是很高的，当然，全桥的抗震水平还

依赖于作为斜拉桥的主塔-刚架拱的稳定能力。

看似两个毫无搭界的单一构造，一个是拱构造，一个是梁构造，它们通过斜拉索的连接使风景桥形成了一座独特的斜拉桥，这种由简单构造构件组成的复合构造形式的桥梁很值得我们桥梁工程师学习与借鉴。

考虑观光的需要，桥梁主跨正上方利用刚架拱的支撑设置了类似于太空舱的圆形旋转餐厅。

这成为风景桥一个建筑特点。

七.薄壳构造体系

薄壁构造是指构造的厚度远较长度和宽度小，一般由金属或钢筋混凝土制成，并布置成空间受力体系。

钢筋混凝土大跨度空间薄壁构造主要有两种类型：

由曲面形薄板构成的薄壳构造；由平板构成的折板，雁形板，幕构造。

悉尼歌剧院

悉尼歌剧院，SydneyOperaHouse，位于澳大利亚新南威尔士州的首府悉尼市贝尼朗岬角。

这座综合性的艺术中心，在现代建筑史上被认为是巨型雕塑式的典型作品，也是澳大利亚的象征性标志。

　　悉尼歌剧院不仅是悉尼艺术文化的殿堂，更是悉尼的灵魂，清晨、黄昏或星空，不管徒步缓行或出海遨游，悉尼歌剧院随时为游客展现不同多样的迷人风采。

悉尼歌剧院的外型犹如即将乘风出海的白色风帆，与周围风光相映成趣。

悉尼歌剧院是从20世纪50年代开场构思兴建，1955年起公开徵求世界各地的设计作品，至1956年共有32个国家233个作品参选，後来丹麦建筑师约恩·伍重的设计屏雀中选，共耗时16年、斥资1200万澳币完成建造，为了筹措经费，除了募集基金外，澳洲政府还曾于1959年发行悉尼歌剧院彩券。

每年在悉尼歌剧院举行的表演大约3000场，约二百万观众前往共襄盛举，是全界最大的表演艺术中心之一。

歌剧院白色屋顶是由一百多万片瑞典陶瓦铺成，并经过特殊处理，因此不怕海风的侵袭，屋顶下方就是悉尼歌剧院的两大表演场所─音乐厅和歌剧院。

音乐厅是悉尼歌剧院最大的厅堂，共可容纳2679名观众，通常用于举办交响乐、室内乐、歌剧、舞蹈、合唱、流行乐、爵士乐等多种表演。

此音乐厅最特别之处，就是位于音乐厅正前方，由澳洲艺术家RonaldSharp所设计建造的大管风琴，号称是全世界最大的机械木连杆风琴，由10,500个风管组成，此外，整个音乐厅建材使用均为澳洲木材，忠实呈现澳洲自有的风格。

悉尼歌剧院的外观为三组巨大的壳片，耸立在南北长186米、东西最宽处为97米的现浇钢筋混凝土构造的基座上。

第一组壳片在地段西侧,四对壳片成串排列,三对朝北,一对朝南,内部是大音乐厅。

第二组在地段东侧，与第一组大致平行,形式一样而规模略歌剧厅。

第三组在它们的西南方，规模最小，由两对壳片组成,里面是餐厅。

其他房间都巧妙地布置在基座内。

整个建筑群的入口在南端,有宽97米的大台阶。

车辆入口和停车场设在大台阶下面。

其强度高，刚度大，用料省，自重轻，覆盖大面积；曲面多样活，造型多变，曲线优美，表现力强。

薄壳构造是一种薄得不至于产生明显弯曲应力，但厚度可以承受轴力和剪力的形抵抗构造形抵抗构造即将材料造成一定的形状从而获得一定强度和刚度的构造〔薄纸卷起即可抗弯〕，获得此种能力靠的不是用料的增加、而是适当的形式。

八.网架构造体系

网架构造是一种新型构造形式，它是由许多杆件按照一定规律组成的网状构造。

网架都是双层构造，可分为穿插桁架体系和角锥体系两类。

网架构造平面布置灵活，空间造型美观，便于建筑造型处理和装饰、装修，能适应不同跨度、不同平面形状、不同支撑条件、不同功能需要的建筑物。

特别是在大、中跨度的层盖构造中，网架构造更显示出其优越性，被大量应用于大型体育建筑、公共建筑、工业建筑中。

XX体育馆

XX体育馆，也称XX大舞台，坐落在XX西南地区，著名的华亭宾馆对面，1975年建成使用。

馆内可容纳观众18000人。

1999年经改建，新增1250m2的双层舞台，设施先进，是目前国内首家剧院式的体育馆。

可承接各类文艺演出、大型体育比赛、集会、大型展览等等，观众容量仍可保持在12000人左右。

XX体育馆主馆呈圆形，高33米，屋顶网架跨度直径110米，采用平板型三向网架构造，网格尺寸为跨度的1/8。

九.悬索构造体系

悬索构造由受拉索、边缘构件和下部支撑构建所组成。

它以一系列受拉的索作为主要承重构件。

其主要特点是，索只能拉，使钢材的强度得到充分利用；施工方便，适用性强，建筑造型优美，适用于大跨度构造，通过构建的合理布置，能实现荷载的合理传递，抗风能力是设计时的关键环节。

根据组成方法和受力特点，可分为单层悬索体系、预应力双层悬索体系、预应力鞍形索网等。

悬索构造主要用于飞机库、体育馆、展览馆、杂技场等大跨度公共建筑和某些大跨度工业厂房中。

国家体育馆

国家体育馆位于奥林匹克公园中心区〔B区〕，是2021年奥运会三大主场馆之一。

它主要由比赛馆和热身馆组成，其中比赛馆可容纳观众约1.8万人，总建筑面积约为80890m2。

地下1层，地上4层。

体育馆屋盖平面投影为两个矩形，纵向长195.5m，横向宽114m，屋盖分别覆盖比赛馆和热身馆，其中比赛馆尺寸为114m×144.5m，热身馆尺寸为51m×63m。

体育馆屋面呈南高北低的波浪形曲线，构造最高点标高为42.454m。

国家体育馆钢屋盖采用新型的“双向X弦大跨度空间构造〞，是国内最大的双向X弦超大跨空间构造。

钢屋盖上层为正交正放的平面桁架〔横向18榀，纵向14榀〕，网格间距为8.5m，构造高度为1.518～3.973m。

其中上弦、腹杆采用无缝圆钢管，节点为焊接球，下弦采用矩形管，铸钢节点连接，桁架材质为Q345C钢。

钢屋盖下层为钢撑杆及双向预应力空间X拉索网，横向14榀，纵向8榀带索，横向为双索，纵向为单索，钢索采用挤包双护层大节距扭绞型缆索，强度等级1670MPa，Φ109×5~Φ367×5；撑杆为Φ219×12的钢管。

十.薄膜构造体系

膜构造也叫织物构造，是20世纪种业开展起来的一种全新的建筑构造形式，用多种高强薄膜材料及辅助构造通过一定的方式使其内部产生一定的预X应力，并形成应力控制下的某种空间形态，作为覆盖构造或建筑物主体，而且有足够的刚度以抵御外部荷载作用的一种空间构造形式。

其特点如下：

自重轻，造型优美，富有时代气息，减少能源消耗，施工速度快，经济效益明显，使用平安可靠，容易做成可拆卸构造，易于运输，使用范围广，受气候影响小。

膜构造可分为充气式膜构造、X拉式膜构造和骨架式膜构造。

目前，国内外已修建了各种膜构造建筑。

如，大型体育设施、娱乐中心、展览馆、音乐厅、候车厅和大型集会场所、超级市场及酒店的中厅、飞机库、停车场、仓库、建筑小品等。

英国伦敦的千年穹顶

千年穹顶〔MillenniumDome〕位于伦敦东部泰晤士河畔的格林威治半岛上，是英国政府为迎接21世纪而兴建的标志性建筑。

这个工程原先只考虑建成临时性的，后经研究，这项工程不管是从周围市区的复兴，或是建筑交通根底设施的长期投资来说都具有很大价值，1997年英国工党政府上台后，决定建成一个占地73公顷、总造价达12.5亿美元的大型综合性展览建筑。

其中包括一系列展示与演出的场地，以及购物商场、餐厅、酒吧等，在1999年12月31日揭幕。

千年穹顶直径320m，周圈大于1000m，有12根穿出屋面高达100m的桅杆，屋盖采用圆球形的X力膜构造。

膜面支承在72根辐射状的钢索上，其截面为2×Φ32，这些钢索那么通过间距25m的斜拉吊索与系索为桅杆所支撑，吊索与拉索同时对桅杆起稳定作用。

膜构造屋面设计中的一个关键问题是要防止雨雪所形成的坑洼，千年穹顶的大局部屋面都比拟平坦，因此膜面的支承构造必须面对去除这些难点，将周围的索抬高于膜面，使雨水能流到排水管。

辐射向索在周圈与悬链索相连并固定在24个锚固点上，顶部那么与12根φ48钢索组成的拉环连接，拉环直径为30m，中设天窗供穹顶通风用。

桅杆为梭型钢管格构柱，桅杆沿直径200m的圆周设置，支承在由四根杆组成的四角锥形底座上。

一些细钢索从高10m的底座引出，因而不阻碍展出。

千年穹顶的膜材原先采用以聚酯为基材的织物，以后考虑使用年限长改用涂聚四氟乙烯的玻璃纤维织物，为了防止结露，又增加了能隔音、隔热的内层，但内部装修尚未完工，这层膜材已出现了被玷污的痕迹，影响美观。

因此在工程中更换了不同生产商的膜材料。

参考资料:

叶献国.建筑构造选型概论XX：

XX理工大学，2021

王心田.建筑构造体系与选型XX：

同济大学，2003.

罗福午，X汇英，杨军.建筑构造概念设计及案例：

清华大学，2003

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