大跨度建筑工程结构.doc

大跨度建筑构造形式与建筑造型实例分析学 院： 建筑城规学院 班 级： 建筑131 姓 名： 王宇轩 （0511031） 孙伟耀 （0511030） 陈一凡 （0511024） 人类自古就梦寐着创造能容纳大规模活动室内空间。大空间建筑虽然在古希腊古罗马时代己经浮现，如当时可容纳几万人大剧场和大角斗场，但当时材料和构造技术条件却无法建导致能覆盖上百米跨度屋顶构造，成果只能建成露天大剧场和露天大角斗场。久负盛名古罗马万神庙顶为最早浮现大空间构造，其圆顶跨度达到43.43 m，并且这个纪录始终保持了18。当时聪颖古罗马人通过把弯窿内壁做成藻井式、依照不同部位受力大小和受力特性采用不同性能混凝土骨料以及变化壁厚手法，成功解决了增长弯窿刚度、减轻自重以防止弯窿底部向外开裂问题，从而显示出当时高超工程技术水平。但相对，也挣脱不了当时技术局限，万神庙弯顶每平方米重达9 吨，壁厚最厚处达到6.1米，而当代技术对于直径40米左右跨度圆球壳，每平方米重量仅为200公斤，壁厚仅为几厘米。大空间建筑真正得到迅速发展还是在十九世纪后半叶后来，特别是第二次世界大战后近来几十年中，随着构造技术创新及各种有关建筑技术巨大变化，塑造出变幻莫测，形式丰富大空间建筑形象。 薄膜构造历史悠久，原始社会中游牧部落使用帐蓬是张拉膜构造原型。但这两种构造在当代建筑中应用却比较迟缓，而张拉膜构造发展则但是是近几十年事情。膜构造是由各种高强薄膜材料及加强构件（钢架、钢柱或钢索）通过一定方式使其内部产生一定预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖构造，并能承受一定外荷载作用一种空间构造形式。 薄膜构造是近来发展起来张拉构造中建筑与构造完美结合构造体系。它以性能优良柔软织物为材料，可以向膜内充气，使空气压力支撑膜面，也可以运用柔软形拉索构造或刚性支撑构造将薄膜绷紧或撑起，从而形成具备一定刚度、可以覆盖大跨度空间构造体系。薄膜既承受膜面内张力，作为构造一某些;又可防雨挡风，起维护作用;同步还可采光，以节约室内照明能源。膜材自身刚度几乎为零，但通过不同支撑体系使薄膜承受张力而形成具备一定刚度稳定曲面。薄膜构造建筑造型是结合构造构造布局而自然产生，力平衡状态直接被体当前构造形状上，这就使薄膜构导致为一种建筑与构造有机结合新型大跨度构造型式。 薄膜构造重要分为充气薄膜构造、悬挂薄膜构造、骨架支撑薄膜构造等。 充气薄膜构造是运用薄膜材料制成气囊，充气后形成建筑空间，并承受外力，故称为充气薄膜构造。充气薄膜构造按照承力方式分为气承式、气肋式、气垫式三种。气承式充气建筑运用薄膜内外空气压差把薄膜撑起来，形成使用空间。它可以只用薄膜来形成完整建筑，也可以和围护构造配合，薄膜只用作屋盖。气肋式充气建筑以充了气而具备刚性管子作为构架，外面覆盖薄膜作面层，形成使用空间，空间内外轮廓就是充气管子构成形状。气垫式充气建筑就像密闭薄膜袋子，充气后具备一定刚度，普通只用于屋盖。除此之外，当前尚有充气薄膜构造与钢构造或钢缆构造复合而成各种新型构造。薄膜多采用尼龙、维尼龙、氟化乙烯树脂织成玻璃纤维布或PVC材料织成纤维布等制成。自从40年代美国建造了第一批充气薄膜构造建筑后，充气薄膜构造建筑徐徐发展起来。这种构造造型美观，并且能合用于各种形状平面，薄膜材料透明度高，虽然跨度很大建筑不设天窗也能满足防震救灾等暂时性建筑。图1是建于1959年波士顿艺术中心剧场。这是一种直径为44m圆盘形充气屋盖，中心高6m,双层屋面是用拉链联起来，固定于支承在柱子上受压钢环上。整个屋面倾斜，以使底部凸面有助于音响效果。 图 1 悬挂薄膜构造是从帐篷构造得到启示发展而来。它采用桅杆、拱、拉索等支撑构件将薄膜张挂起来，运用柔性索向膜面施加张力将膜绷紧，形成稳定薄膜屋盖构造。它造型新颖，适合于中小跨度建筑物。沙特阿拉伯首都利雅得法赫德国际体育馆轻型遮阳屋盖是世界上最大悬挂薄膜构造之一(图2）。体育场场地平面形状呈椭圆形，最大尺寸188.7mX 128m，面积近19000 m2 0 24根帐篷主桅杆布置在外围直径为246m圆周上。覆盖于屋盖薄膜材料为玻璃纤维织物加聚四氯乙烯涂层，是半透明，构造自身就形成了美好建筑外形，很受人们夸奖。图 2张拉膜构造是运用骨架、网索将各种当代薄膜材料绷紧形成建筑空间一种构造型式。薄膜自身不承受荷载，只有将它绷紧后才干受力，因此这种构造只能承受拉力，并且在任何状况下都必要保持受拉状态，否则就会失去稳定。张拉膜构造轻巧柔软、透明度高、采光好、省材料、构造简朴、安装迅速、便于拆迁、外形千姿百态，因而在世界各地逐渐兴建了许多这种建筑。张拉膜构造合用于各种建筑平面，重要用于暂时性或半永久性建筑，如供短期使用博览会建筑、体育建筑、文艺表演建筑和进行其她活动暂时性建筑。 张拉膜构造来源于古代帐篷概念。五十年代浮现了某些小型张拉膜构造，重要是靠模型和实验来进行构造设计。由于大型公共活动发展和需要，加上建筑材料工业、化学工业新产品不断问世，使人们结识到古老帐篷也是一种可以适应新形势、具备可行性构造型式。同步，电子计算机应用使变化不定张拉膜构造计算难题得到解决，由此当代张拉膜构造开始不断发展创新。进入90年代后张拉膜构造体系发展迅速，此类造形独特建筑物需要建筑师与构造工程师密切配合或集于一身去进行建筑造型创造与设计。计算机CAD造型功能提高、计算分析快捷与精确无疑会成为设计创作密切助手。建筑师对张拉构造设计浓厚兴趣，导致了许多创意新颖，构造体系合理，功能完善新建筑浮现。当前世界上单体规模最大膜构造是英国千年弯顶(Millennium Dome图3千年弯顶）位于伦敦东部泰晤士河畔格林威治半岛上，是英国政府为迎接21世纪而兴建标志性建筑。弯顶直径320m，周圈不不大于1000m，有12根穿出屋面高达1 OOm桅杆，屋盖采用圆球形张力膜构造。膜面支承在72根幅射状钢索上，这些钢索则通过间距25m斜拉吊索与系索为桅杆所支撑，吊索与系索同步对桅杆起稳定作用。此外，还设有四圈索析架将钢索联成网状。千年弯顶产生于全世界范畴为迎接对世纪到来庆典，在建造过程中受到了不少赞扬与批评，但最后构造还是显示了美好形象。图 3 当代建筑所确立重要原则之一就是运用先进构造技术将新建筑形式合理化。在某些成功大跨度建筑实例中，往往会浮现构造因素同步参加建筑体现。某些建筑实践中，构造构件不但体现为建筑支撑骨架作用，且作为一种整体装饰成分、一种特殊造型体现元素在起作用，浮现某些以构造构件为主体建筑构成。构造构件几何特性是内在力学性质外显特性，是建筑形象塑造外在要素。日本建筑师安藤忠雄曾说:建筑是以几何来体现世界艺术。某些自身具备一定几何特性构造构件可像“符号”和“语言”同样，起到传递美学信息树立美好形象作用。从老式建筑构图概念看，某些构造形式中构件往往是多余。其实否则，在许多状况下，这些容易被抹除构造构件正是加强建筑形象和个性体现“符号”和“语言”，问题在于建筑构图手法运用与否有灵活性和独创性。柱、梁、析架、索、拱等构造构件都可以构成不同“符号”和“语言系统”，在建筑物局部将某种构造构件作为“符号或语言”来加以运用，运用符号和语言系统“所指”或“感化”作用，不单会加深人们对建筑物视觉印象，并且还能在相称大限度上，体现建筑师所追求某种建筑风格。建筑构造构件几何体现，现技术美。此外，诸多建筑还运用钢材抗拉强度高特点，以斜拉杆件中张力所呈现出紧张感和力度感给人们以视觉冲击。由于富有体现力钢构架经常暴露在外，因此外露构造节点自然成为建筑形象有机构成某些，构造节点便被赋予了特殊意义，它与古典柱头同样，具备明显造型作用。其高质量工艺水平，更能表达人们技术审美状况，多采用巨型构架造型和坦露构造构件手法展同步也给建筑师们更多体现空间。 如法国里昂飞机铁路客运站(图4)建筑外形采用欲将起飞鸟翅膀造型，由玻璃和钢所构成建筑形态体现了构造张力和拉力，构造中通过屋顶起伏深度拉紧四个跨越大厅轻质支撑拱(拱作用力集中在两侧单一混凝土腿上)，拱下钢肋则支撑着围护大厅巨大玻璃墙。客运站这种雕塑感立体造型较好地照顾了从空中俯视或平视透视效果。位于剖面中部大厅不但沟通了下部地铁与上部机场联系，并且缩短了外部交通距离，室内外流动感。人们可以看到构造构件由下部混凝土到上部钢材料重要转换。整个设计体现出构造构件与空间造型完美结合。总之，这些几何特性鲜明构造构件，就像文学和绘画艺术语言和符号同样，强化了建筑行为特性，增强了建筑形象体现力和可辨认性。图 4构造构件联系靠节点来完毕。无论是老式木构造桦卯连接，还是当代网架构造球节点，都发挥着重要作用。作为构造技术一种体现手段，节点构造往往是人们视觉焦点，是制作粗糙还是加工精美，直接反映出建筑水准，构造与构造“制造”到精密限度时，建筑就有了它时代感，由于工业化水平和机械制造精细限度直接有关，当这种超乎寻常技术理性在建筑建造时充分表达出来时，建筑及构造也就成为了艺术，如德国柏林索尼中心(图5），建筑师把整个构造与结点裸露在外，获得了良好艺术效果。图 5 昆山市体育中心体育馆新馆是由昆山市政府新建当代化体育馆。它占地560亩，拥有一种3万人体育场、一种5000人座位体育馆、一种棒球场和其他相应配套设施，工程总投资5.6亿元，北侧与昆山森林公园隔路相望，视野开阔、环境优美。该中心由中华人民共和国工程院院士、知名体育场馆设计专家魏敦山专家领衔设计，由于我师长也参加其中，因此我才有幸对魏专家作品作近距离研究。 体育场馆均为薄膜构造，文章前某些提到过薄膜构造是近来发展起来张拉构造中建筑与构造完美结合构造体系，重要分为充气薄膜构造、悬挂薄膜构造、骨架支撑薄膜构造等。本设计属于骨架支撑薄膜构造，它是运用骨架、网索将各种当代薄膜材料绷紧形成一种建筑空间构造型式。薄膜自身不承受荷载，只有将它绷紧后才干受力，因此这种构造只能承受拉力，并且在任何状况下都必要保持受拉状态，否则就会失去稳定。张拉膜构造轻巧柔软、透明度高、采光好、省材料、构造简朴、安装迅速、便于拆迁、外形千姿百态，因而在世界各地逐渐兴建了许多这种建筑。昆山体育馆（图6)位于体育场旁边，平面形状呈椭圆形，其中长轴为126.4m，短轴为98.45m，建筑面积约22860 m2，设备和附属设施置于地下室，地上一层全为运动功能区，涉及一种篮球比赛厅，两个篮球训练场，两个多功能活动厅。看台座位是活动，可以依照使用功能需要任意增长或减少，甚至拆除，这是大型公共建筑设计与其他建筑设计不同点之一:大跨度建筑多功能规定，皆因业主考虑口后经济效益使然。这样，对空间需求或是尺度较大、或是功能分区很复杂，对视觉、声学、疏散和内外环境等等必然提出更多规定。尽管对建筑师规定是一次性设计，却要以不变应万变，必要此前詹性眼光去构思每一处细部。图 6 馆主体某些为钢筋混凝土构造，屋面为骨架支撑薄膜构造，整个屋面设计采用构造形态仿生与裸露构造构件综合体现手法。从构造形态仿生手法来看:整个屋面构造模仿龟壳，中间落地析架拱作为龟壳脊骨，两侧银灰色薄膜被钢骨架固定成持续起伏龟壳形，较好照顾了空间俯视效果，更为独特是建筑侧立面效果却似一只展翅蝴蝶，真是妙趣横生。设计师在运用访生手法时清晰懂得几何相似容易而材料相似很难，龟壳虽薄而坚硬，但若放大数百倍、上千倍，则连其自重都将难以承受，因而应着眼于生态构造内在合理性，神似比形似更重要。从运用构造构件体现手法来看:建筑师将巨型析架拱裸露在外使整个建筑立即获得了自己特性，拱将屋面荷载传至地面，体现了“力量”，显示出体育建筑性格。建筑师纯熟运用了构造中符合力学规律和力学原理形式美因素，来增强建筑艺术体现力。其实，这种形式美就是构造构件及它们组合所体现出来一种构成美，一种力学传递美，它魅力就在于它简洁、流畅，以暴露出构造构件自身而不需通过其他媒介来表达和创造空间造型。 另一方面，在屋面设计中，龟壳形状正好反映了构造形态与实用功能统一:在体育馆屋面设计中，多取中间高两边或四周低形式，这是实用功能需求，与周边环座观众心理需求也是一致。同步，在构造形态上，这也是最易于实现。由于出于受力合理性，普通拱型构造、弯顶构造及网壳构造都是中间高四周低形式，并且周边支撑构造无额外功能规定，也不适当做得过高。这样，主体构造和支撑构造关系就与重要建筑空间和辅助建筑空间关系获得了一致。 三万人体育场(图7)平面形状也为椭圆形，红色看台沿椭圆长轴方向两侧对称布置。该建筑设计最独特之处为看台雨棚，相似骨架支撑薄膜构造与体育馆相呼应，体现出和谐统一。看台雨棚设计运用了几何形体现手法:雨棚骨架为钢析架，构成单元为切割圆柱面，由两不垂直于柱面向外倾斜平面切割圆柱面而形成，上覆以体育馆一致银灰色薄膜。28个独立、支撑在两侧钢析架上骨架支撑薄膜柱面沿着看台四周持续排列在一起、出挑尺寸、雨棚高度随着看台形状变化而变化，建筑形象波浪起伏、轻巧活泼，极有节奏和韵律感，从最大限度上缓减了运动员紧张心情。事实上在建筑设计中各种构造构件，如立柱、楼板、挑梁、钢架、拉索、桅杆等，是使建筑物立面构图获得某种韵律与节奏最活跃基本要素，而这些有规律排列构造构件，不但构造简化，受力合理，有助于迅速施工，并且，还可以使建筑物空间造型具备该构造形式某些基本特性并获得极富变化韵律感与节奏感。图 7总之，在昆山体育场馆整个设计中构造不是被动支撑着形式，而是作为造型要素，直接影响着建筑整体质量优劣，构造形态拟定对建筑空间形象产生了绝对性影响。 当代大跨度建筑充分体现了宏伟、美观、富有艺术想象力，体现了构造技术进步，也体现了当代大跨度空间形态建立在合理构造设计理念基本上。以真实构造塑造真实内部空间和外部形象，这是建筑创作基本原则。大跨度建筑空间形态创新需要掌握一定构造技术理念，并在实践中不断摸索和研究。因此我以为，咱们应当回归问题本质，踏踏实实地把建筑与构造结合起来，特别是把建筑形象与构造形态有机地统一起来，咱们必要及时地掌握构造发展最新动态，敏感捕获可以表达构造形态各种机遇，无论从事构造体现是构造工程师还是建筑师，都需实现自我超越，使咱们作品和咱们设计思想真正达到完美境界。