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建筑结构选型
内容包括：桁架、刚架、拱、薄壳、网架、网壳、悬索、薄膜结构、混合空间结构、多层建筑结构、高层建筑结构、楼盖结构等，对上述结构选型分别介绍结构组成、受力特点、布置方式、适用范围、构造要点等。将概念，分类，特点，选型总结分析为思维导图，帮助同学及建筑从业者更好的组织复习学习。
编辑于2022-05-31 09:38:33- 学习教育
- 结构选型
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建筑结构选型
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建筑结构选型
绪论
恒载：长期作用结构上，不变
自重
活载：长期可变
列车，座椅
偶然荷载
爆炸，撞击
01结构选型意义
单叶双曲面
减少风的阻力
用最少结构维持结构完整
不同截面直径，加速冷却
单叶双曲面是一种直纹曲面，它的主体可以只由直的钢梁来建造。
聚声
02结构概念
1.受力状态
·轴心受拉是最合理的受力状态；轴压状态材料利用较好，但须防止失稳。
·弯剪状态材料不能充分利用，但工程中不可避免，应注意选择合理截面和型式。
·扭转状态对截面抗力最为不利，但亦不可避免，应注意选择合理截面和结构布置。
2.材料对结构影响
1.充分发挥材料特性
2.选择合理的截面形式及结构形式
3.采用组合结构，充分发挥材料的特性
4.利用三向受压应力状态，提高材料的强度和延性
3.构件尺寸概念
结构尺度的变化，将改变结构内部作用效应和抗力的比例，从而改变结构的受力状态。
4.构件受力后的变形
弯矩公式
5.预应力概念
挤压拿书
预应力混凝土梁示意图
03结构体系
圈梁平面布置图
结构选型
建筑设计中，空间组合和建筑造型的主要环节是选择最佳结构方案
刚度是指构件或结构抵抗变形的能力。
强度是指某种材料抵抗破坏的能力，即材料破坏时所需要的应力。
案例
方案五
柱间刚性横梁使柱顶变形一致，引起柱内的附加轴力，并组成反向力矩，大大减少柱顶侧移，提高了结构刚度。
方案六：形成框架
方案七：形成桁架
方案八：体形接近弯矩
04结构选型影响因素
一、建筑物的功能要求
1.使用空间
厂房
2.使用功能与几何形体
音乐厅
3.美观功能
悉尼歌剧院
二、建筑结构材料性能对结构选型的影响
结构型式： 梁板、拱、刚架、桁架、悬索、薄壳等等。
组成材料： 钢、木、砖、石、混凝土及钢筋混凝土等。
构件受力图
国家大剧院：钢结构网壳
三、施工技术水平对建筑结构型式的影响
·由于施工技术不同，其结构形式也不同。例如：当钢材供应紧缺或钢材加工、施工技术不完善时，不可大量采用钢结构；
·注意施工过程：前期设计时应考虑施工过程组织和安全。
四、体系结构计算手段的提升和设计理论的发展
计算手段的提升对复杂新型结构的设计产生影响；
抗震设计理论的研究和发展：
选择对抗震有利的场地、地基和基础；
采用对抗震有利的建筑平面和立面；
选择技术上、经济上合理的结构体系；
处理好非结构构件；
注意材料的选择和施工质量。
五、经济因素对于结构选型的制约
不但要考虑一次投资费用， 还要考虑其全寿命期费用。
除了考虑建造成本外，还要从节省材料消耗和节约劳动力等各项指标来衡量。此外从人类长远利益考虑，还要特别考虑资源的节约。
考虑一次性初始投资和建设速度的关系， 以便较快地回收投资资金，获得较好的经济效益。
05结构的组成与分类
一、 建筑结构的组成
1. 承受竖向荷载的水平构件
板——板的长、宽两个方向的尺寸远远大于其厚度尺寸。板有平板、曲面板和斜板。
梁——梁的截面宽度和高度尺寸远远小于其跨度尺寸。梁有直梁、曲梁和斜梁。
桁架、网架——由杆件组成，且杆件截面尺寸远远小于其长度尺寸。
2.支撑水平构件或承担水平荷载的构件
柱——柱截面尺寸远小于其高度，承受梁传来的荷载。
墙体——墙体的长、宽两个方向的尺寸远大于其厚度尺寸，承受梁、板传来的荷载。
基础——基础是建筑物与地基相联系的部分，承受建筑物的全部荷载并传至地基。
二、 建筑结构的分类
1. 根据建筑结构的外形特点分类
单层结构-（1～3层，多用于单层厂房、食堂、影剧院、仓库）；
多层结构-（2～6层）；
高层结构-（一般在7层以上）；
大跨度结构-（跨度为40～50m，甚至更大）
2. 根据结构所采用的材料分类
钢筋混凝土结构；
砌体结构（砖砌体、石砌体、小型砌块、大型砌块、多孔砖砌体）；
钢结构；
木结构；
塑料结构；
薄膜充气结构
3. 根据建筑结构的主要结构形式分类
（1）墙体结构（以墙体作为支撑水平构件及承担水平力的结构）；
（2）框架结构（由梁和柱刚性连接的骨架结构）；
（3）框架－剪力墙（抗震墙）结构；
（4）剪力墙结构（墙体既承担水平构件传来的竖向荷载，同时也承担风力和地震力传来的水平荷载）；
（5）筒体结构（由剪力墙组成或密柱框筒组成）；
（6）桁架结构；
（7）拱形结构；
（8）网架结构（以网架做屋盖）；
（9）空间薄壁结构（包括薄壳、折板、幕式结构）；
（10）钢索结构（悬索结构，以钢缆或钢拉杆为主要承重构件）。
4. 根据结构受力特点分类
（1）平面结构体系；
（2）空间结构体系。
一.砌体（长城）
1.1 砌体结构的特点
使用比例仍较高；
良好的耐火性、化学稳定性和大气稳定性；
施工简单；
较好的隔热、隔音性能；
混合结构房屋：由两种以及两种以上材料作为主要承重结构的房屋。
1.2 砌体结构的发展
一、砌体结构量大面广
二、新材料、新技术、新结构的研究与应用
三、砌体结构理论研究与计算方法
四、展望
积极开发节能环保形的新型建材;
发展高强砌体材料;
加强配筋砌体和预应力砌体的研究;
加强砌体结构理论的研究.
1.3 砌体结构材料
一、块体材料
二、砌筑砂浆
1.4 墙体承重体系
1.5 砌体结构静力计算方案
1.6 有关构造措施
1.7 防止或减轻墙体开裂的主要措施
1.8 砌体结构抗震要求
1.9 砌体结构的发展趋势
（1）材料强度的提升（砖砌体、砂浆）
（2）预制砖墙板（施工机械化、标准化）
（3）不同材质的砌块的应用
（4）配筋砌体的推广
（5）预应力技术的应用
（6）节能、环保和低污染
二.排架
排架结构
2.1 特点
基本特点
平面结构体系
工业厂房的主要特点
建筑上
①满足生产工艺流程；
②满足采光、通风、隔热、保温；
③满足防尘、防腐蚀、恒温和恒湿；
④满足生产设备安装与检修；
⑤考虑敷设辅助设备的管线和地沟。
结构上
①须考虑动力荷载的影响；
②当纵向、横向过宽时，按需要设置伸缩缝
施工上
①吊装工作量大；
②设备安装复杂，需多种工种协同作业；
③设备基础埋置深，精度要求高。
2.2 类型
钢筋混凝土排架结构
单跨、多跨，等高、不等高或锯齿形
钢排架结构
混合排架结构
砖排架结构
2.3 组成
屋盖结构
横向平面排架
纵向平面排架
围护结构
纵墙、横墙(山墙)、墙梁、抗风柱(有时还有抗风梁或抗风桁架)和基础梁等
2.4 承受的主要荷载及传力途径
主要荷载
(1)恒荷载：包括屋盖自重、柱自重、墙体自重、吊车梁及轨道连接的自重等；
(2)吊车荷载：包括吊车的垂直轮压(竖向荷载)和水平制动力(水平荷载)；
(3)风荷载：用基本风压计算的作用在厂房各部分表面上的风压(吸)力；
(4)雪荷载；
(5)屋面均布活荷载、屋面积灰荷载；
(6)地震作用：地震时作用于厂房结构上的惯性力。
传力途径
屋面荷载
屋顶承重结构(屋盖结构)→排架柱→基础
作用于围护墙的风荷载
一部分直接传于柱子；另一部分则由墙体先传至墙梁，再由墙梁传至柱子
水平地震作用
吊车制动力
作用于排架平面内的任何荷载均通过排架传至地基，均使柱子产生弯矩、剪力、轴力等，使柱与基础均为偏心受力构件
2.5 主要构件的选型
选型的原则
工艺和建筑设计要求
比如盐库和露天煤棚的例子
经济合理
工业厂房构件标准图集
荷载或对负荷的限制条件
根据图集中不同荷载情况下的标准构件选用
施工条件
吊装、焊接、运输、预应力施工技术
主要构件的选型
屋面板；
檩条；
屋架和屋面梁；
天窗架；
托架；
吊车梁；
柱：矩形、工字形、双肢柱、管型预制柱；
基础。
2.6 单层厂房排架结构设计步骤
初步
扩大初步
施工图
钢排架和混合排架
钢排架
屋顶承重结构采用钢桁架，铰接于钢柱柱顶；
优点
钢桁架自重轻，制作与吊装均比钢筋混凝土桁架有利（不产生裂缝），对具有较大振动的建筑物具有韧性，在地震作用下，钢结构具有很好的延性。
在跨度＞30m时，优点更突出。
有防爆要求的建筑中，为减轻屋顶重量、减少灾害，常采用钢结构屋顶。
缺点
高温环境，钢材的强度将受到影响；
一般在300oC以下影响不大，而超过300oC以后，钢材的屈服点及极限强度均开始下降，当达到600oC时，强度几乎为零。
防火等级不能满足二级要求（屋顶承重结构为非燃烧体，耐火极限0.5小时)；
不能耐受酸气腐蚀；
不宜用于湿度较大的环境；
易失稳，应注意设置支撑系统
混合排架
屋顶承重结构采用钢结构而柱子采用钢筋混凝土结构
三.框架
3.1 高层建筑结构体系概述
高层建筑常用结构体系
框架结构体系；
剪力墙结构体系；
框架-剪力墙结构体系；
筒体结构体系；
巨型框架结构体系；
巨型桁架结构体系
（1）框架结构体系
优点
①建筑平面布置灵活，分隔方便;
②整体性、抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力；
③外墙采用轻质填充材料时，结构自重小
缺点
侧向刚度小，抵抗侧向变形能力差
限制了框架结构的建造高度
适用范围
·高抗震烈度地区不宜使用；
·最大适用高度依设防烈度变化；
·钢筋混凝土结构≤20层；钢结构≤30层；
·多用于住宅楼，办公楼，教学楼，综合楼
（2）剪力墙结构体系
优点
①整体性好、刚度大，抵抗侧向变形能力强；
②抗震性能较好，设计合理时结构具有较好的塑性变形能力
缺点
受楼板跨度限制（一般为3～8m），剪力墙间距不能太大，建筑平面布置不够灵活
特殊情况，框支剪力墙。但是这种墙体上、下刚度形成突变，对抗震极为不利。
（3）框架-剪力墙结构体系
在框架结构中的适当部位增设一定数量的钢筋混凝土剪力墙
特点
体系的侧向刚度比框架结构大，大部分水平力由剪力墙承担，而竖向荷载主要由框架承受，用于高层房屋比框架结构在受力方面更为合理；同时由于它只在部分位置上有剪力墙，保持了框架结构易于分割空间、立面易于变化等优点；此外，这种体系的抗震性能也较好。
应用
广泛应用于多层及高层办公楼、旅馆等建筑中；最大适用高度为15-25层，一般不宜超过30层
（4）筒体结构体系
与剪力墙结构相比较，具有更大的抗侧刚度，更好的抗震性能，适用于更高的建筑。
分类
框架-筒体结构
框架-核心筒
筒中筒
多筒
3.2 框架结构的组成与布置
分类
按施工方法
全现浇式框架
半现浇式框架
装配式框架
装配整体式框架
按承重方式
全框架结构
内框架结构
底层框架结构
布置
框架柱布置
梁格布置
横向框架承重方案
纵向框架承重方案
纵横向框架共同承重方案
变形缝的设置
伸缩缝（温度缝）、沉降缝、防震缝
四.剪力墙
分类
特点
适用范围
形状和结构布置原则
形状
结构布置原则
剪力墙的间距
为了保证楼（屋）盖的侧向刚度，避免水平荷载作用下楼盖平面内弯曲变形，同时从经济角度考虑，剪力墙间距通常取6～8m
剪力墙的数量
与结构体型、高度等有关。从抗震性考虑，在一定范围内数量越多越好；从经济性考虑，数量太多会使结构刚度和自重很大，地震作用和材料用量增大，造价提高，基础设计困难。因此，剪力墙的数量应适宜，只需满足侧向变形的限值即可
剪力墙布置的构造及一般规定要求
剪力墙开洞的基本要求
框支剪力墙
框支剪力墙与落地剪力墙协同工作结构体系
五.框架-剪力墙
概述
变形特点
抗震性能
布置要求
布置原则
位置要求
附： 框支剪力墙体系
案例
北京民族饭店
六.楼盖
地下室顶板的结构形式
梁板式
无梁楼盖
韩国首尔Sampoong百货大楼是无梁楼盖体系连续倒塌
1.顶层楼板超载导致其中一个柱端节点发生冲剪破坏
2.楼面荷载发生大变形并导致荷载重分布，引发周边板柱节点的后继冲剪破坏
3.大变形和更多板柱相继失效导致了整个结构体系的连续倒塌
6.1 概述
6.2 现浇肋梁楼盖
概述
由板、次梁、主梁组成
板区格：板的四周支撑在次梁、主梁上，一般将四周由主、次梁支撑的板称为一个板区格
弯曲时板在任意一点处的挠度在两个的竖向平面方向是相等的，因此，在短跨内曲率较大，弯矩也较大，在长跨的竖向平面内则相反
单向板与双向板计算
（1）当长边与短边长度之比≥3时，可按沿短边方向受力的单向板计算；
（2）当长边与短边长度之比≤2时，应按双向板计算；
（3）当长边与短边长度之比2～3之间时，宜按双向板计算
单向板肋梁楼盖
1.单向板平面布置
单向板、次梁和主梁的经济跨度为： 单向板：1.7～2.7m；次梁：4～6m；主梁：5～8m
受力合理、满足建筑要求、方便施工
2. 单向板的受力特点
荷载主要沿短边方向传递
荷载的传递路线是：板→次梁→主梁→柱或墙
板的支座为次梁，次梁的支座为主梁，主梁的支座为柱或墙
3.单向板计算
（1）计算跨度
跨度：构件支座中心线之间的距离或定位轴线与支座中心线之间的距离。
计算跨度：指在内力计算时所采用的跨间长度。理论上计算跨度应取跨两端支座处转动点之间的距离。按弹性理论计算时，中间跨计算跨度为支承中心线之间的距离；边跨与支座反力分布有关
（2）计算方法
按弹性理论方法：
①截面间内力的分布规律是不变的；
②任一截面内力达到其内力设计值时，认为整个结构达到其承载能力。
实际上：
①截面间内力的分布规律是变化的。
②任一截面内力达到其内力设计值时，只是该截面达到其承载能力，出现了塑性铰。只要整个结构还是几何不变的，结构还能继续承受荷载
塑性铰与理想铰的区别
①理想铰不能承受任何弯矩，而塑性铰则能承受一定的弯矩（My≤M≤Mu）；
②理想铰集中于一点，塑性铰则有一定的长度;
③理想铰在两个方向都可产生无限的转动，而塑性铰 则是有限转动的单向铰，只能在弯矩作用方向作有限的转动
对于超静定结构，当结构的某个截面出现塑性铰后，结构的内力分布发生了变化，经历了一个重新分布的过程，这个过程成为“塑性内力重分布”
（3）考虑塑性内力重分布的意义
内力计算方法与截面设计方法相协调；
充分利用结构的承载力，取得一定的经济效益
（4）考虑内力重分布的适用范围
下列情况不宜采用：
在使用阶段不允许出现裂缝或对裂缝开展控
制较严的混凝土结构；
处于严重侵蚀性环境中的混凝土结构；
直接承受动力和重复荷载的混凝土结构；
要求有较高承载力储备的混凝土结构
双向板肋梁楼盖
1. 双向板平面布置
形状一般为方形或矩形；
方形双向板区格不宜大于5m×5m；
矩形双向板得短边不宜大于4m。
双向板厚度：
连续双向板：≥l0/50（l0较小跨度）
简支双向板：≥l0/45（l0较小跨度）
注意点
在平面布置时，梁板一般均应布置成等跨或接近等跨（相邻跨度之差不超过10％）。
板上有墙时，注意墙下的相应位置设梁，避免由板直接承受较大的集中荷载或较大的线荷载。
板上开洞，应考虑沿洞口四周布置小梁。
主梁上次梁至少二根，可使主梁弯矩变化平缓，，受力较有利。
梁宜在整个建筑平面范围内拉通。
楼盖结构中，板的混凝土用量以占整个楼盖混凝土用量的50%－70%，故板厚度取较小值
2. 双向板的受力特点
1）双向板受荷后第一批裂缝出现在板底中部，然后逐渐沿45°向板四角扩展，当钢筋应力达到屈服点后，裂缝显著增大。板即将破坏时，板面四角产生环状裂缝，这种裂缝的出现促使板底裂缝进一步开展，最后板告破坏。
2）双向板在荷载的作用下，四角有翘曲的趋势，所以，板传给支承梁的压力，沿板的长边方向是不均匀的，在板的中部较大，两端较小。
（3）尽管双向板的破坏裂缝并不平行于板边，但由于平行于板边的配筋其板底开裂荷载较大，而板破坏时的极限荷载又与对角线方向配筋相差不大，因此为了施工方便，双向板常采用平行于四边的配筋方式。
（4）细而密的配筋较粗而疏的有利，采用强度等级高的混凝土较强度等级低的混凝土有利。
3. 双向板计算简图
6.3 密肋楼盖结构
概述
肋梁楼盖的梁（肋）间距较小（约0.5～1.0m）
在相同条件下，密肋楼盖梁高度减小，使大楼净空增加。在密肋之间，可以放置填充物→密肋楼盖下表面平整，可省去吊顶
单向密肋楼盖
常用长宽比大于1.5，跨度不宜大于6.0m；
肋梁高取l0/18～l0/20，宽一般为80～120mm；
单向板密肋楼盖的受力性能与单向板肋梁楼盖的受力性能相似：荷载都是沿短跨方向传递到两边的肋上，但由于肋间距比较小，所承受的荷载也很小，所以肋的截面尺寸也较小
双向密肋楼盖（井式楼盖）
1. 结构布置
井字楼盖：当柱间距较大时，若用单向板肋梁楼盖，梁高度很大，不经济。井字楼盖：梁格布置成井字形，两方向梁截面相同。
梁间距比密肋楼盖的肋间距大，井字楼盖梁间距常采用1.0～1.5m。井字楼盖梁的跨度3.5～6.0m。
肋高取l0/20～l0/30，肋宽常用150～200mm。
井字楼盖常布置为方形、矩形或多边形
2. 井字楼盖的计算(分为三种类型)
肋间距小于0.5m：按拉区削弱的双向板计算（较少）；
区格数大于5×5格，且肋间距不大于1.25m：
按中点集中荷载作用时两方向板带挠度相等的原则计算出两个方向的均布荷载q1和q2，再计算出两个方向板带的中点弯矩，从而计算出支承梁的跨中弯矩。
区格数小于5×5格或肋间距大于1.25m：
荷载分配法。两方向肋梁的挠度在交叉点相等
6.4 无梁楼盖
概述
不设梁，而将板直接支承在柱上的楼盖称为无梁楼盖。
无柱帽
有柱帽
体系特点
柱间无梁，楼面荷载由板直接传递到柱上；
柱网一般为正方形或接近正方形，板双向受力；
与相同柱网尺寸的双向板肋梁楼盖相比，其板厚要大些（≥150mm）；
为提高柱顶处板的受冲切承载力以及减小板的计算跨度，往往在柱顶设置柱帽；
结构层厚度比肋梁楼盖的小，楼层净空高；
板底平滑，可改善采光、通风和卫生条件。
结构布置
跨度：≤6m；
板厚： 无柱帽 l0/30～l0/35，且≥150mm 有柱帽 l0/32～l0/40，且≥120mm
柱帽形式
受力特点
跨中板带在中间部分产生正弯矩；
·柱上板带产生负弯矩。
·柱上板带除承受自身范围内板的荷载外，还承受跨中板带传来的荷载，故正负弯矩均较大
不宜在地震区采用此结构
6.5 无粘结预应力楼盖
概述
张拉后与周围混凝土发生纵向相对滑移的钢筋叫做无粘结预应力筋。
适用于大跨度的高层和超高层建筑楼盖
优点：平面空间布置灵活；楼层净空大；楼板刚度大，挠度小，几乎无裂缝； 施工进度快，节约钢材。
缺点：施工工艺复杂，需专业的施工队伍和施工设备
预应力的施加方法
先张法：是在台座或钢模上先张拉预应力筋并用夹具临时固定，再浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，放张并切断构件外预应力筋的方法。
该法适用于生产中小型、直线配筋的预制预应力混凝土构件
后张法：是先制作构件或结构，待混凝土达到一定强度后，在构件，或结构上张拉预应力筋的方法。后张法不需要台座设备，灵活性大
广泛用于施工现场生产大型、曲线配筋预制预应力混凝土构件和就地浇筑预应力混凝土结构。后张法预应力施工，又可分为有粘结预应力施工和无粘结预应力施工两类
优缺点
优点：
不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，使构件在重复荷载下的抗疲劳性能较好，提高结构的耐久性；
合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土，从而减小构件截面尺寸，减轻自重；
提高结构或构件的刚度，使混凝土结构的应用范围扩大；
施加预应力是对结构作了一次检验，有利于保证工程质量
缺点：
施工工序多，工艺复杂，需要专业施工队伍；
设计工作较繁重，需相应的施工设备和场地；
施加的预应力需细心控制；
构件延性降低；
技术经济指标（组成及布置）
·单向板:跨度6～9m；
·双向板:跨度7～12m；
常用的无粘结预应力楼盖最大跨度可达12m，自重可减轻15％左右
设计原则
根据裂缝控制等级控制预应力大小，预应力钢筋与非预应力混合配筋
裂缝控制标准
◆一级：严格要求不出现裂缝的构件；
◆二级：一般要求不出现裂缝的构件；
◆三级：允许出现裂缝的构件，但要限制裂缝的宽度。
6.6 预制板楼盖体系
可以节约模板，加快施工速度，提高工作效率
装配式；
铺板式、密肋式和无梁式
应用最为广泛的为铺板式楼盖
常用预制板的形式
装配式梁
一般混合结构房屋中的楼盖梁往往是简支梁或带悬挑的简支梁，也常采用连续梁
铺板式楼盖的布置
结构平面布置方案
装配式楼盖的连接
1.板与板的连接
2.板与墙或板与梁的连接
3.梁与墙的连接
4.对于抗震设防区的多层砌体房屋，当圈梁设在板底时，预制板应相互拉结，并与梁、墙或圈梁拉结
装配整体式
具有较好的整体性
根据施工方法分为：
·预制叠合板
·预制叠合梁
七.筒体
概述
可以由剪力墙构成空间薄壁实腹筒体，成为竖向悬臂箱形梁结构；
或者加密框架柱，辅以增强梁的刚度，也可以形成空间整体受力的空腹框架筒
筒体结构是由实腹剪力墙或空腹密柱深梁封闭起来的一个或几个筒体作为承受水平和竖向荷载的高层或超高层建筑结构
筒体结构具有造型美观、受力合理、使用灵活，以及整体性强等优点，适用于高层和超高层建筑，应用广泛
平面外形宜选用圆形、正多边形、椭圆形或矩形，内筒宜居中，以增强筒体结构在侧向力作用下的结构性能。筒体结构性能具有形状效应
对于正多边形来讲，边数越多，剪力滞后现象越不明显，结构的空间作用越大
剪力滞后效应
框筒结构中应力不保持直线分布的现象
影响因素
平面形状
建筑高宽比
梁柱刚度比
布置
布置原则
框筒、筒中筒、束筒都是首选的结构体系
符合高层建筑的一般布置原则
考虑如何合理布置，减小剪力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用
一、平面布置及有关尺寸
1.筒体结构的性能以正多边形为最佳，且边数越多性能越好，剪力滞后现象越不明显，结构的空间作用越大；反之，边数越少，结构的空间作用越差。
2.也可采用椭圆形或矩形等其他形状，当采用矩形平面时，其平面尺寸应尽量接近于正方形，长宽比不宜大于1.5，不应大于2。若长宽比过大（超过1.5），可以增加横向加劲框架的数量，形成束筒结构
3.三角形平面宜切角，外筒的切角长度不宜小于相应边长的1/8，其角部可设置刚度较大的角柱或角筒，以避免角部应力过分集中；内筒的切角长度不宜小于相应边长的 1/10，切角处的筒壁宜适当加厚
4.筒中筒结构中的外框筒宜做成密柱深梁，一般情况下，柱距为1～3m，不宜大于4m且不宜大于层高
5.筒中筒结构的内筒宜居中，面积不宜太小，其边长可为高度的 1/12～1/15，也可为外筒边长的1/2～1/3，为保证足够的使用空间，一般取1/3外筒边长
6.框筒结构的柱截面宜做成正方形、矩形或T形
筒体的角部是联系两个方向的结构协同工作的重要部位，受力很大，通常要采取措施予以加强；
内筒角部通常可以采用局部加厚等措施加强；外筒可以加大角柱截面尺寸，采用L形、槽形角墙等予以加强，从而提高承载力及稳定性。
但角柱面积过大，会加大剪力滞后现象，使角柱产生过大的轴力，故通常角柱面积宜取中柱面积的2倍左右
7.框筒梁的截面高度不小于600mm，可取柱净距的1/4左右，常取1～1.5m。
8.由于框筒结构柱距较小，在底层往往因设置出入通道而要求加大柱距，必须布置转换结构。转换结构的主要功能是将上部柱荷载传至下部大柱距的柱子上。
9.在框筒顶部设置1～2层高的刚性环梁，以提高整体框筒的空间整体性。
二、竖向布置
1.筒体结构的高宽比不应小于3，并宜大于4，其适用高度不宜低于60m，以充分发挥筒体结构的作用；
高宽比也不宜过大
2.开孔率是框筒结构的重要参数之一，框筒的开孔率不宜大于40%，任何情况下开洞率不大于50%。
洞口的高宽比应尽量接近层高与柱距的比值，避免细高（使裙梁的高度减小）和扁宽（使柱的宽度减小 ）的洞口
楼盖
一、框筒结构中的楼盖构件(包括楼板和梁)的高度不宜太大，可将楼盖做成平板或密肋楼盖，采用钢楼盖时可将楼板梁与柱的连接处理成铰接。
二、框筒或束筒结构可设置内柱，以减小楼盖梁的跨度，内柱只承受坚向荷载而不参与抵抗水平荷载
三、筒中筒结构的内外筒间距通常为10～12m，宜采用预应力楼盖。
四、采用普通梁板体系时，楼面梁的布置方式一般沿内、外筒单向布置。外端与框筒柱一一对应；内端支承在内筒墙上，框筒或筒中筒结构梁板体系楼盖典型的布置方式如图所示。
五、筒体结构层数很多，降低层高具有重要意义
可降低梁板高度，从而使楼层高度也可以降低
框架-核心筒结构
一、受力特点
当实腹筒布置在框架内部时，形成框架-核心筒结构，是目前高层建筑中广为应用的一种体系。它与筒中筒结构在平面形式上可能相似，但受力性能却有很大区别。
对由密柱深梁形成的框筒结构，由于空间作用，在水平荷载作用下其翼缘框架柱承受很大的轴力；
当柱距加大，裙梁的跨高比加大时，剪力滞后加重，柱轴力将随着框架柱距的加大而减小，翼缘框架柱仍然会产生一些轴力，存在一定的空间作用。
当柱距增大到与普通框架相似时，除角柱外，其它柱的轴力将很小，通常就可忽略沿翼缘框架传递轴力的作用，而按平面结构进行分析。
框架-核心筒结构，因为有实腹筒存在，我国《高层规程》将其归入筒体结构，但就其受力性能来说，框架-核心筒结构更接近于框架-剪力墙结构，与筒中筒结构有很大的区别。
二、布置
框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混合结构
在钢筋混凝土框架-核心筒结构中，外框架由钢筋混凝土梁和柱组成，核心筒采用钢筋混凝土实腹筒；
在钢结构中，外框架由钢梁、钢柱组成，内部采用有支撑的钢框架筒；
或者外框架由钢梁、柱，内部核心筒由钢筋混凝土实腹筒。
由于框架-核心筒结构的柱数量少，内力大，通常柱的截面都很大，为减小柱截面，常采用钢骨混凝土、钢管混凝土等构件做成框架的柱和梁，与钢筋混凝土或钢骨混凝土实腹筒结合，就形成了混合结构。
框架-核心筒结构的布置除须符合高层建筑的一般布置原则外，还应遵循以下原则
1.核心筒是框架-核心筒结构中的主要抗侧力部分，承载力和延性要求都应更高，抗震时要采取提高延性的各种构造措施。
核心筒宜贯通建筑物全高。核心筒的宽度不宜小于筒体总高的1/12，当筒体结构设置角筒、剪力墙或增强结构整体刚度的构件时，核心筒的宽度可适当减小。
2.核心筒应具有良好的整体性，墙肢宜均匀、对称布置；筒体角部附近不宜开洞。
在核心筒延性要求较高的情况下，可采用钢骨混凝土核心筒，即在纵横墙相交的地方设置竖向钢骨，在楼板标高设置钢骨暗梁，钢骨形成的钢框架可以提高核心筒的承载力和抗震性能
3.框架-核心筒结构的周边柱间必须设置框架梁。框架可以布置成方形、长方形、圆形或其他多种形状，框架柱距大，布置灵活，有利于建筑立面多样化
·平面布置尽可能规则、对称，以减小扭转影响，质量分布宜均匀，内筒尽可能居中；
·核心筒与外柱之间距离一般以l0～12m为宜，如果距离很大，则需要另设内柱，或采用预应力混凝土楼盖，否则楼层梁太大，不利于减小层高。
·沿竖向结构刚度应连续，避免刚度突变
4.框架-核心筒结构内力分配的特点是框架承受的剪力和倾覆力矩都较小
外框架构件的截面不宜过小，框架承担的剪力和弯矩需进行调整增大
钢框架-钢筋混凝土核心筒结构的总高度不宜太大
5.框架-核心筒结构的楼盖，宜选用结构高度小、整体性强、结构自重轻及有利于施工的楼盖结构形式
宜选用现浇梁板式楼板，也可选用密肋式楼板、无粘结预应力混凝土平板，以及预制预应力薄板加现浇层的叠合楼板
截面设计及构造要求
筒体结构应采用现浇混凝土结构，混凝土强度等级不宜低于 C30；
框架节点核心区的混凝土强度等级不宜低于柱的混凝土强度等级，且应进行核心区斜截面承载力计算
由于剪力滞后，框筒结构中各柱的竖向压缩量不同，角柱压缩变形最大，因而楼板四角下沉较多，出现翘曲现象
设计楼板时，外角板宜设置双层双向附加构造钢筋（如图），对防止楼板角部开裂具有明显效果。钢筋的直径不应小于8mm，间距不应大于150mm，配筋范围不宜小于外框架（或外筒）至内筒外墙中距的1/3和3m。
核心筒由若干剪力墙和连梁组成，各剪力墙的截面形状应尽量简单。核心筒外墙的截面厚度不应小于层高的1/20及200mm，对一、二级抗震设计的底部加强部位不宜小于层高的1/16及200mm，不满足时，应进行墙体稳定计算，必要时可增设扶壁柱。
在满足承载力要求以及轴压比限值时核心筒内墙可适当减薄，但不应小于160mm。
例子
原纽约世贸中心
地下6层，地上110层，高度411m
建筑高宽比为6.5
楼面采用格架式肋梁结构
外筒承担全部水平荷载，内筒只承担竖向荷载
钢板厚度随高度逐渐变薄
标高12m以下为满足使用要求需加大柱距，故将三柱合一
小 结
1、框筒、筒中筒和束筒结构都是常用的高层建筑结构的形式，除符合高层建筑结构的一般布置原则外，其结构布置应从平面形状、高宽比、框筒的开孔率、柱距、框筒柱和裙梁截面、内筒布置、楼盖形式等方面考虑，减小剪力滞后，以便高效而充分发挥所有柱子的作用
2、框架-核心筒结构可以做成钢筋混凝土结构、钢结构或混合结构，可以在一般的高层建筑中应用，也可以在超高层建筑中应用；
3、框架-核心筒结构虽然与筒中筒结构在平面形式上可能相似，但受力性能却有很大区别，其结构布置对核心筒提出了更高的要求，对周边框架、框架与核心筒的内力分配以及楼盖等也提出了相应的要求。
八.高层钢
概述
钢结构通常用于高层、大跨度、体型复杂、荷载或吊车起重量大、有较大振动、高温车间、密封性要求高、要求能活动或经常装拆的结构
一、钢结构的特点
1.轻质高强
2.钢材的塑性和韧性好
3.工业化程度高，工期短
4.抗震性能好
5.密闭性好，不渗漏；
6.钢材耐热性好，耐火性差；
7.钢材耐腐蚀性差；
8.造价高
二、钢结构的应用范围
1.大跨度结构
2. 工业厂房
3. 承受动力荷载及地震作用的结构
4.高层建筑与高耸结构
5.道路、桥梁结构
6.水利、水工结构
7. 轻型房屋钢结构
(1) 波纹拱壳结构
(2) 门式刚架结构
8.可拆卸、移动房屋及移动结构
9.构筑物
10.建筑雕塑、小品
三、建筑钢材
1、品种：碳素钢、低合金钢
2、规格：钢板、型钢
高层钢结构的设计原则
概念设计
体形设计
1.平面设计：简单对称
2.立面设计：下大上小，沿高度均匀变化
3.高层钢结构适用的最大高度
4.高层钢结构的高宽比限值
结构高宽比对结构的整体稳定性和人在建筑中的舒适度
结构布置
结构的布置要根据体系特征，荷载分布情况及性质等综合考虑
使荷载以最直接的线路传递到基础。
柱间抗侧支撑的分布应均匀，其形心要尽量靠近侧向力的作用线，否则应考虑结构的扭转。
结构的抗侧移应有多道防线
高层钢结构的布置除应符合建筑概念设计的有关要求外，尚应符合下列规定
1.支撑框架在两个方向的布置均宜基本对称，支撑框架之间楼盖的长宽比不宜大于3 ;
2.钢结构房屋设置地下室时，框架-支撑（抗震墙板）结构中竖向连续布置的支撑（抗震墙板）应延伸至基础，框架柱应至少延伸至地下一层
3.设防烈度8、9度时，宜采用偏心支撑、带竖缝钢筋混凝土抗震墙板、内藏钢板支撑或其他耗能支撑；
4.超过12层的钢结构采用偏心支撑框架时，顶层可采用中心支撑；
5.超过12层的钢框架-筒体结构，在必要时可设置由筒体外伸臂或外伸臂和周边桁架组成的加强层；
6.楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板
场地选择
1. 避开不利建筑场地
避开可能发生崩塌、滑坡、地陷、泥石流等对建筑抗震危险的地段
2. 隔震方法的采用
利用隔震装置来控制和阻隔地震对结构的作用
高层钢结构体系
框架结构体系
框架结构体系是沿房屋纵横方向由多榀平面框架构成的结构。这类结构的抗侧力能力主要决定于梁柱构件和节点的强度与延性，故节点常采用刚性连接节点
框架-支撑结构体系（双重抗侧力体系）
“框撑结构体系”是在框架体系中沿结构的纵、横两个方向均匀布置一定数量的支撑所形成的结构体系。
支撑体系的布置由建筑要求及结构功能来确定。
框撑结构采用由轴向受力杆件形成的竖向支撑，取代了由抗弯杆件形成的框架结构，获得更多的抗推刚度（抗侧刚度）
剪切型变形，底部层间位移大；支撑为弯曲型，底部层间位移小，两者并联，可以明显减小建筑物下部的层间位移
Ａ.中心支撑
Ｂ. 偏心支撑
框架-剪力墙板体系（双重抗侧力体系）
剪力墙板主要类型
钢板剪力墙板
内藏钢板支撑剪力墙墙板
带竖缝钢筋混凝土剪力墙板
筒体体系
（a）框架筒
（b）筒中筒
九.巨型结构
概述
由梁式转换楼层结构发展而来
巨型结构是由不同于通常梁、柱概念的大型构件组成的主结构和由常规构件组成的次结构共同工作而形成的一种结构体系。
主结构通常为主要抗侧力体系，承受自身和次结构传来的各种荷载；
次结构主要承担竖向荷载和少部分作用其上的风荷载与地震作用，并负责将力传递给主结构。
优点：有巨大抗侧刚度、整体工作性能好，充分发挥材料性能；主、次结构之间传力明确；建筑满足特殊体型和建筑平立面要求。
分类
巨型框架结构
香港汇丰银行大楼
由于构件刚度增大，温度、收缩、局部受压的影响大大加剧，节点构造上也会出现一些新的问题
巨型桁架结构
大型支撑框筒型
芝加哥汉考克大厦
大型空间桁架型
香港中国银行大厦
斜格桁架筒型
巨型悬挂结构
巨型分离式结构
十.空间网架
概述
网架结构一般是以大致相同的格子或尺寸较小的单元（重复）组成的，常应用在屋盖结构
通常将平板型的空间网格结构称为网架， 将曲面型的空间网格结构简称为网壳
网架一般是双层的（以保证必要的刚度），在某些情况下也可做成三层，而网壳有单层和双层两种
平板网架无论在设计、计算、构造还是施工制作等方面均较简便，因此是近乎“全能”的适用大、中、小跨度屋盖体系的一种良好的形式
特点及适用范围
一、网架特点
高次超静定空间结构，空间刚度大、整体性好、抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响。
结构分为静定结构和超静定结构，
有一个以上的多余约束的静定结构就为超静定结构，
多一个的为一次超静定，
两个的为二次超静定，
有很多多余约束的就是高次超静定。
网架结构的自重轻，用钢量省；
既适用于中小跨度，也适用于大跨度的房屋；
同时也适用于各种平面形式的建筑，如：矩形、圆形、扇形及多边形。
取材方便，一般采用Q235或Q345钢，截面形式有钢管（较常见）和角钢两类，可用小规格的杆件截面建造大跨度的建筑（因为网架结构能充分发挥材料的强度，节省钢材）；
网架结构杆件规格统一，工厂化生产效率高，节省工程进度。
二、适用范围
网架结构既可用于体育馆、俱乐部、展览馆、影剧院、车站候车大厅等公共建筑，近年来也越来越多地用于仓库、飞机库、厂房等工业建筑中
形式及选型
分类
结构组成：双层、三层网架；
双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构，是最常用的网架形式
三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构
当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高
支承情况：周边支承、点支承、周边支承和点支承混合等形式；
水平斜杆承
网架组成情况：由两向或三向平面桁架组成的交叉桁架体系、由三角锥体或四角锥体等（角锥单元）组成的空间角锥体系等等
两向正交斜放网架
两向正交斜放：短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利，角部产生拔力，常取无角部形式。
两向斜交斜放：适用于两个方向网格尺寸不同的情形，受力性能欠佳，节点构造较复杂
三向交叉网架
三个方向的平面桁架相互交角60°
比两向网架刚度大，适合大跨度
常用于正三角形，正六边形平面
选型
原则：网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和造价等因素综合分析确定。
按照《JGJ7-2010：空间网格结构技术规程》的划分：
大跨度为60m以上；
中跨度为30～60m；
小跨度为30m以下
平面形状为矩形的周边支承网架：
边长比(长边／短边)小于或等于1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。
边长比大于1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架。
边长比不大于2时，也可用斜放四角锥网架
平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架。
平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架
对于大跨度结构：优选三向交叉网架和三角锥网架
对于平面交叉桁架体系而言，平面形状为方形或接近方形宜采用正交正放形式；平面形状为矩形时，宜采用正交斜放形式；不推荐采用斜交斜放形式。
对四角锥体系网架而言，正放受力均匀，刚度最好；正放抽空节约钢材，便于采光、通风；斜放和星形有利于充分发挥材料的强度。
网架的主要尺寸
一、 网架高度确定原则
网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关；
屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应越大；
平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些；狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些；
点支承网架比周边支承的网架高度要大一些；
当网架中有穿行管道时，网架高度要满足要求
二、网格尺寸确定原则
网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦杆夹角应控制在40°～55°之间为宜。如夹角过小，节点构造困难。
网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3m，否则安装困难。
对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按下表选用。
三、网架的挠度要求及屋面排水坡度
网架结构的容许挠度不应超过下列数值：
用作屋盖－L2/250；
用作楼面－L2/300。（L2为网架的短向跨度）
有起拱要求的网架(为消除网架在使用阶段的挠度)，其拱度可取不大于短向跨度的1／300。
网架屋面排水坡度一般为1％～4％，可采用下列办法找坡：
(a)在上弦节点上加设不同高度的小立柱(图a)，当小立柱较高时，须注意小立柱自身的稳定性；
(b)对整个网架起拱(图b)；
(c)采用变高度网架，增大网架跨中高度，使上弦杆形成坡度，下弦杆仍平行于地面，类似梯形桁架
网架屋面找坡方法
用小立柱
网架变高
整个网架起坡
支承柱变高
网架结构的支承方式与节点
一、网架的支承方式
周边支承
周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座(图a，b)，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式。
为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进，如图(c)
点支承
点支承网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。
为减小跨中正弯矩及挠度，设计时应尽量带有悬挑，多点支承网架的悬挑长度可取支承点跨度的1/4～1/3
周边支承与点支承相结合
特点：
平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度
两边和三边支承
二、网架节点构造
（1）焊接空心球节点
（2）螺栓球节点
（3）支座节点
（4）屋顶节点
（5）悬挂吊车节点
实例
截面为三角形的空间桁架（北京：燕山石化仓库）
网壳
概述
北京：石景山体育馆
分类
按高斯曲率
零高斯曲率网壳：柱面网壳、圆锥形网壳等。
正高斯曲率网壳：球面网壳、双面扁网壳、椭圆抛物面网壳等。
负高斯曲率网壳：双曲抛物面网壳、单块扭网壳等
按层数
1.单层网壳：
1）单层柱面网壳形式：单斜杆柱面网壳(b,c)、双斜杆柱面网壳(d)、三向网格型柱面网壳(e)等
2）单层球面网壳形状：正方形、梯形、菱形、三角形和六角形等
①梯形(肋环型球面网壳)
②菱形(无纬向杆联方型网壳)
②三角形(有纬向杆联方型、施威德勒型)
②三角形(有纬向杆联方型、施威德勒型)
2.双层网壳：
1）交叉桁架体系：球面、柱面
①双层球面交叉桁架体系：构造简单，参照普通钢桁架设计；
②双层柱面交叉桁架体系分为：两向正交正放网壳、两向正交斜放网壳、三向网壳
2）角锥体系：三角锥、四角锥、六角锥等单元型式，也可是“抽空角锥”。有双层球面和双层柱面两种网壳形式
①双层球面网壳：
由三角锥构成联方型三角锥球面网壳(图11.10)；
由四角锥构成肋环型四角锥球面网壳(图11.11)
②双层柱面网壳：
由三角锥构成三角锥柱面网壳(图11.12)
由四角锥构成正放四角锥柱面网壳
3.变厚度网壳：具有单、双层网壳优点
从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀地减少(图11.14)；
大部分为单层，仅在支承区域内为双层(图11.15)；
在双层等厚度网壳上大面积抽空等
按材料分类
钢筋混凝土网壳；
钢网壳；
铝合金网壳；
木网壳；
塑料网壳及其他材料
选型
在选择网壳结构时应考虑：使用功能、美学、空间、工程的平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工方法等因素。
满足建筑使用要求
1.立面设计
·要求大空间，选矢高较大的球面或柱面网壳
·要求小空间，选矢高小的双曲扁网壳或落地双曲抛物面网壳
·若有矢高限制，又要求大空间时，可将网壳支承于柱顶或墙顶。
2.平面设计
·圆形平面：球面、组合柱面、组合双曲抛物面
·方形或矩形平面：柱面、双曲抛物面、双曲扁网壳
·狭长平面：宜柱面
·菱形平面：双曲抛物面
·三角形、多边形平面：可对球面、柱面或双曲抛物面做切割
3.网壳跨度
·跨度越大，用钢量越大
·非对称荷载下，对单层网壳应慎重
·若跨度较大，尽量采用双层网壳，节约材料
·受力性能比较：
球面：优先选短程线，次选凯威特、施威德勒和联方型
柱面：优先选双斜杆型、联方型
考虑工程的经济性
1.网格数和网格尺寸
2.支承条件
门式刚架
概述
排架：梁与柱之间为铰接的单层结构
刚架：由直杆通过刚节点连接组成的结构
框架：多层多跨的刚架结构
单层刚架：也称门式刚架
适用范围及截面形式
(1)屋面荷载较小，横向跨度为9～24m，柱高为4.5～9m。
(2)没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。
(3)当横向跨度≤15m，柱高≤6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。
当横向跨度＞15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。
变截面刚架与等截面刚架的对比
柱和梁采用变截面形式时，截面形状与内力图形附合较好，受力合理、节省材料。
变截面刚架在构造连接及加工制造方面不如等截面方便。
柱脚形式
门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式
特点
（1）质量轻：围护材料均轻质，承重结构用钢量10-30kg，为同类混凝土结构自重的1/20-1/30，地基处理费用少，地震作用小，风荷载作用大；
（2）工业化程度高，施工周期短，质量易于保证；
（3）综合经济效益高：造价略高于砼结构，但设计周期短，加工、安装方便，资金回报快，投资效益高；
（4）柱网布置比较灵活
结构形式和布置
一、结构形式
·按结构体系分：有实腹式和格构式
·按截面形式分：有等截面和变截面
·按结构选材分：有普通型钢、薄壁型钢、钢管
·按跨数分：有单跨和多跨
门式刚架体系构成：
⑴屋面：单层或夹芯压型钢板（彩钢板）
⑵檩条：冷弯薄壁型钢，C形，Z形，工字形
⑶主刚架：常用等截面或变截面工字形
⑷隅撑：常用角钢
⑸支撑：常用张紧的圆钢，在有吊车荷载时柱间支撑用
⑹拉条与撑杆：常用小直径圆钢。
种类与受力特点
种类：无铰刚架、两铰刚架和三铰刚架
一、约束条件对结构内力的影响
与排架相比：在竖向荷载作用下，由于柱对梁的约束作用，减少了梁跨中的弯矩和挠度
与排架相比：在水平荷载作用下，由于梁对柱的约束作用减少了柱底的弯矩和侧向变形
三种门式刚架受力比较
无铰刚架：柱脚与基础固接，三次超静定结构，刚度好，内力分布均匀。柱底有弯矩，对地基与基础要求高。地基的不均匀沉降会产生附加内力。
两铰刚架：柱脚与基础铰接，结构内力大于无铰刚架。但基础不承受弯矩，设计、施工简单。但柱脚不均匀沉降会产生附加内力。
三铰刚架：柱脚、屋脊处均为铰接，为静定结构。刚度较差，结构内力大。变形及不均匀沉降均不会产生附加内力。适用于小跨度和基础性能较差的工程建筑
二、梁柱线刚度比对结构内力的影响
三、高跨比对结构内力的影响
四、结构构造对结构内力的影响
五、温度变化对结构内力的影响
六、支座移动对结构内力的影响
结构选型
钢筋混凝土刚架结构
变截面的规则：
一般是截面宽度不变而高度呈线性变化
对于两铰刚架或三铰刚架，立柱上大下小，为楔形构件，横梁为直线变截面
为减少或避免应力集中现象，转角处常做成圆弧或加腋的形式。
立柱：上大下小的楔形构件。截面变化的形式尚应结合建筑立面要求确定，可以做成：里直外斜或外直里斜的形式，横梁通常也为直线变截面
为减少材料用量，减轻自重，可采用空腹刚架，有两种形式：空心截面杆件和杆件上留洞
钢刚架结构
格构式
胶合木刚架结构
结构布置
按跨度可分为单跨、双跨和多跨。
按屋面坡脊数可分为单坡、双坡、多坡屋面。
按截面形式分，有等截面与变截面
节点的连接构造
钢刚架节点的构造
刚架铰节点的构造
顶铰节点的构造
钢柱脚-铰支座形式
混凝土柱脚-铰支座形式
轻型钢结构厂房简介
轻型房屋钢结构体系
轻
采用轻质围护结构，大大减轻恒载，整体结构自重轻；
采用标准化、自动化生产构件，现场装配，施工进度快；
广泛用于大中小跨度、工业与民用建筑，空间布置灵活，建筑造型轻；
可回收，符合环保及可持续发展原则
轻型门式刚架结构
构件截面尺寸较小，可有效利用空间，降低房的高度，建筑造型美观；
门式刚架刚度较好，自重轻，横梁与柱可以组装，便于制作、运输、安装；
屋面刚架用钢量仅为普通钢屋架用钢量的1/5～1/10(20～50kg/m2)，是一种经济可靠的结构形式
桁架
一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式结构（格构）
特点
（1）桁架的节点都是光滑的铰节点；
（2）各杆的轴线都是直线并通过铰的中心；
（3）荷载和支座反力都作用在节点上
计算的假定
优点
1）扩大了梁式结构的适用跨度。
2）桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、钢材、木材均可。
3）桁架是由杆件组成的，桁架体型可以多样化。如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等型式。
4）施工方便，桁架可以整体制造吊装，也可以在施工现场高空进行杆件拼装
桁架结构的外形与内力的关系
桁架是由杆件组成的格构体系，其节点一般假定为铰节点，当荷载作用在节点上时，桁架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系
内力
主内力:按计算简图计算出的内力
次内力:实际内力与主内力的差值
梁和刚架以承受弯矩为主，因而截面应力分布不均匀，材料不能得到充分利用
桁架杆承受轴力为主，可以克服梁和刚架的不足
在一定荷载作用下，桁架内力分布与桁架的形式有关。假设在满跨均载作用下
几种梁式桁架的受力比较
1、平行弦桁架
2、三角形桁架
3、抛物线形桁架
屋架结构的型式及适用范围
概述
使用要求，跨度和荷载大小，以及材料供应和施工技术水平
一般原则是适用经济美观和制造简单
不同材料制造的屋架，其型式也各不一样
型式
按使用材料：木屋架、钢－木组合屋架、钢屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架、钢筋混凝土－钢组合屋架等
木屋架
钢屋架
三角形屋架、梯形屋架、平行弦屋架
三角形钢屋架
特点
1)因钢材是一种柔性材料，虽然强度高，但抗弯性能差，而屋架上弦是压弯构件，为了适应钢材这个弱点，芬允式屋架把上弦分成左右两个小桁架，小桁架内的杆件长度就变得较短，由此来能适应钢材柔性的特点
2)这种屋架型式的下弦中段虽然长，但因下弦内力是受拉，钢材抗拉最适宜，所以，这段杆件虽长但无害处。 芬克式屋架为钢屋架，钢材成本较高，故主要用于大跨度情况，一般适用跨度为36m以上
钢-木组合屋架
豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架
轻型钢屋架
钢筋混凝土屋架
钢筋混凝土-钢组合屋架
组合屋架的自重轻，节省材料
屋架的上弦和受压腹杆可采用钢筋混凝土杆件，下弦及受拉腹杆可采用钢拉杆
组合屋架已大量采用，由于制造简单、施工占地小、自重轻，不需要重型起重设备，因此特别适于山区中、小型建筑。
按屋架外形：三角形屋架、梯形屋架、抛物线屋架、折线型屋架、平行弦屋架等
按受力特点：桥式屋架、无斜腹杆屋架（刚接桁架、空腹桁架）、立体桁架等
板状屋架
屋面板与屋架合二为一
屋架选型的一般原则
使用要求、跨度和荷载、以及材料供应，施工条件等因素，并进行全面的技术经济分析
选型与布置
一、桁架的外形及腹杆形式
三角形屋架
梯形屋架
平行弦屋架
二、确定桁架形式的原则
1.满足使用要求
2.受力合理
3.材料耐久性和使用环境：
木材、钢材：易腐蚀，维修费用高。不宜用于相对湿度较大、通风不良、及有腐蚀性介质的工业厂房。
4.屋架结构的跨度
5 .制造简单及运输与安装方便
6. 综合技术经济效果好
三、桁架主要尺寸的确定
1.矢高
矢高大：弦杆受力小；但腹杆长、易压屈，用料增多
矢高小：弦杆受力大、截面大，且屋架刚度小、变形大
矢跨比：屋架的矢高要根据屋架的结构型式确定，矢跨比一般为：1/10～1/5
2.坡度
上弦坡度应与屋面防水构造相适应
3.节间长度
与屋架的结构型式、材料、受荷条件有关
跨度 L —工艺及使用要求
高度 H —经济、刚度、运输、坡度等
四、屋架的支撑
·屋架之间的垂直支撑、水平杆系、上下弦平面内的横向支撑、设在下弦平面内的纵向水平支撑
1.作用
（1）保证屋盖结构的几何稳定性
（2）保证屋盖的刚度和空间整体性
横向水平支撑
纵向水平支撑
（3）为弦杆提供适当的侧向支承点
（4）承担并传递水平荷载
（5）保证结构安装时的稳定与方便
2.布置
（1）上弦横向水平支撑布置原则:
在有檩条或只采用大型屋面板的屋盖中都应设置屋架上弦横向水平支撑，当有天窗架时，天窗架上弦也应设置横向水平支撑。
设置在房屋的两端 ,一般设在第一个柱间或设在第二个柱间,间距L0≤60m
（2）下弦横向水平支撑布置原则 ：
当跨度L≥18m；
设有悬挂式吊车起重量大于5吨；
厂房内设有较大的振动设备。
与上弦横向水平支撑布置在同一柱间
（3）纵向水平支撑布置原则 ：
厂房内设有托架，或有较大吨位的重级、中级
工作制的桥式吊车；
或有壁行吊车，或有锻锤等大型振动设备；
以及当房屋较高，跨度较大，空间刚度要求高时
（4）垂直支撑布置原则 ：
所有房屋中均应设置垂直支撑。
梯形屋架在跨度L≤30m，三角形屋架在跨度
L≤24m时，仅在跨度中央设置一道 。当跨度大
于上述数值时宜在跨度1／3附近或天窗架侧柱
外设置两道 。
梯形屋架不分跨度大小，其两端还应各设置
一道，当有托架时则由托架代替 。
垂直支撑与上、下弦横向水平支撑布置在同
一柱间。
（5）系杆
刚性系杆：能承受拉力也能承受压力的系杆。
柔性系杆：只能承受拉力的系杆。
作 用：为没有参与组成空间稳定体的屋架提供
上下弦的侧向支承点。
在垂直支撑的平面内一般设置上下弦系杆；
屋脊节点及主要支承节点处需设置刚性系杆，
天窗侧柱处及下弦跨中或跨中附近设置柔性系杆；
当屋架横向支撑设在端部第二柱间时，第一柱间
所有系杆均应为刚性系杆
五、常见屋架的基本尺寸和适应范围
屋架跨度，一般以3m为模数
其他，悬索等
悬索结构
概念
悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。
拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢筋混凝土结构。
特点
1、通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最充分地利用钢材的强度。索一般都采用高强材料，可大大减少材料用量并减轻自重。因此适用于大跨度建筑，如：体育馆、展览馆等。跨度越大，经济效果越好。
2、便于建筑造型，容易适应各种建筑平面，能较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。钢索线条柔和，便于协调，有利于创作各种新颖的富有动感的建筑体型。
3、施工比较方便。钢索自重很小，屋面构件一般也较轻，安装屋盖时不需要大型起重设备。施工时不需要大量脚手架，也不需要模板。因而，与其他结构型式比较，施工费用相对较低。
4、可以创造具有良好物理性能的建筑空间。双曲下凹碟形悬索屋盖具有极好的音响性能。因而可以用来遮盖对声学要求较高的公共建筑。悬索屋盖对室内采光也极易处理，故用于采光要求高的建筑物也很适宜。
5、稳定性较差。单根的悬索是一种几何可变结构，其平衡形式随荷载分布方式而变，特别是当荷载作用方向与垂度方向相反时，悬索就丧失了承载能力。因此，常常需要附加布置一些索系或结构来提高屋盖结构的稳定性。
6、悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。因此悬索体系的支承结构往往需要耗费较多的材料，无论是设计成钢筋混凝土结构或钢结构，其用钢量均超过钢索部分。当跨度小时，由于钢索锚固构造和支座结构的处理与跨度大时一样复杂，往往并不经济
分类
其他空间结构
空间大跨结构的特点
① 整体上是空间结构
② 跨度大，可覆盖巨大的室内空间
③ 矢高小、曲率平缓，可有效利用空间
④ 厚度薄、自重轻，节省材料
⑤ 形式多样，可适合于各种形状的组合
类型
形态主导
向量主导
表面主导
截面主导
拱
概述
拱（Arch）是杆轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平推力（反力）的结构。由于推力的存在，拱截面的弯矩比同跨度、等荷载的梁的弯矩要小得多，并且主要承受压力。这时拱截面上的应力分布较均匀，因而更能发挥耐压材料（如砖、石、混凝土）的作用
拱结构的受力特点和适用范围
三铰拱
静定结构
两铰拱和无铰拱
超静定结构
一、支座反力
1. 竖向反力V与其等代梁的反力相等;
2. 水平反力H与拱轴线形状无关.
3. 荷载P与跨度L一定时，水平反力与矢高f成反比
二、拱身截面的内力
拱身内的弯矩M小于跨度相同荷载作用下简支梁内的弯矩M0；
拱身截面内的剪力Q小于跨度相同荷载相同下简支梁内的剪力Q0；
拱身截面内存在较大轴力，而简支梁中无轴力。
·根据荷载情况合理选择拱轴线形状，使拱身主要承受轴力、尽量减少弯矩十分重要。
·实际工程中，结构承受的荷载是多种多样的，只能根据主要荷载确定合理的拱轴曲线
拱截面必须设计成有一定的抗弯能力
特点
·拱结构是使构件摆脱弯曲变形的一种突破性发展，为抗压性能好的材料提供了理想的结构型式，比如：砖、石、混凝土、钢丝网水泥、钢筋混凝土、钢材、木材等
·拱结构的形式多种多样，有利于丰富建筑的外形。
·拱结构适用跨度范围极广，不仅适合大跨度结构，也适用于中小跨度的房屋建筑，广泛应用于各种宽敞的公共建筑物，如展览馆、体育馆、商场等
① 拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；
② 合理的拱是一种无弯矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；
③ 拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大
适用范围
① 大中小型房屋，桥梁、展览馆等公共建筑结构；
② 纪念观赏性建筑；
③ 与悬索结构组合使用可充分发挥二者的优势
类型
·按材料：
砖石砌体拱结构、钢筋混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构等；
一、钢结构拱
二、钢筋混凝土拱
·按组成和支承方式：
无铰拱、两铰供和三铰拱，无拉杆拱和有拉杆拱；
·按拱轴形式：
半圆拱和抛物线拱；
·按拱身截面：
实腹式和格构式、等截面和变截面等。
拱结构的形式与合理拱轴
拱的合理轴线
拱的矢高
矢高的选择应合理综合考虑建筑空间、造型、受力、屋面排水构造等要求
拱结构的水平推力的平衡
水平推力直接作用在基础上——落地拱
基础尺寸一般都很大，材料用量较多。为了更有效地抵抗水平推力，防止基础滑移，基础底部常做成斜面形状
适用：水平推力不太大或地质条件较好
水平推力由竖向承重结构承担
用于无拉杆拱，拱脚推力下传给支承拱脚的抗推竖向结构
常用竖向结构形式：
1.扶壁墙墩；
2.飞券；
3.斜柱墩；
4.其他边跨结构
水平推力直接由拉杆承担——拉杆拱
水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆
选型与布置
选型
结构的支撑方式
静定三铰拱不会产生附加内力，但构造复杂，适用于地基特别软弱时，一般工程不大使用
两铰拱和无铰拱属于超静定结构，要考虑基础不均匀沉降和温度变化引起的附加内力的影响；两铰拱受力合理，用料经济，制作和安装简便，最常用；
无铰拱受力最为合理，但对支座要求高，适用于地基条件好或支承可靠时，一般用于桥梁结构，很少用于房屋建筑
拱的结构布置
拱结构的支撑系统
折板
概述
定义：由许多薄平板，以一定角度相互整体联接而成的空间结构体系
一.折板的组成及其作用
1.组成：折板结构与筒壳相似。一般由折板、边梁、和横隔三部分组成。对于多波预制折板，也可以靠转折处的边棱代替边梁
2.作用
（1）折板：主要起承重及维护作用
（2）边梁：
a.作为简支板或连续板的横向支承
b.联接相邻折板，加强折板的纵向刚度。
c.增强折板的平面外刚度。
d.对折板起加劲的作用
（3）横隔：
a.保证折板结构为双向受力的空间结构体系。
b.作为折板边梁的纵向支座，承受折板传来的顺剪力，并传给下部支承结构
c.作为折板的板端边框，加强折板的横向刚度，并保持折板的几何形状不变
二.折板结构的受力特点
根据折板结构的受力特点，按其跨度与波长的比，分为长折板（L1/L2≥1)，和短折板（L1/L2<1)。短折板结构的受力性能与短筒壳相似，双向受力作用明显，计算分析较为复杂。实际工程中，由于折板结构的波长不宜过大（L2≤12m），其跨度是波长的好几倍。因此，工程中多为长折板结构。
长折板的受力特点：其受力性能与长筒壳相似，对于边梁下无中间支承，且L1/L2≥3的长折板可按梁理论计算。
（1）折板
A.纵向折板
取一个波长作为计算单元，按两端支承在横隔上的梁进行内力分析。折板截面折算成T形或工型截面，截面上的应力可按材料力学的有关公式计算。
B.横向：
由于折板双向受力。横向可取1m板带作为计算单元。按多跨连续板进行内力分析
（2）横隔
由于折板很薄，平面外刚度很小，所以，折板传给横隔的只是沿折面的顺剪力，与筒壳相似。
三.折板结构的选型设计
1.折板结构的形式
（1）无边梁的折板
A.无边梁的折板结构由若干等厚度的平板、V形折板和横隔构件组成。平板的宽度可以是相同也可以不同。因无边梁，两端支承于横隔上，计算按梁理论，截面简化为V形
B.预制V形板的生产特点：
可以采用长线叠层生产。其与现浇折板结构和梁板结构相比，具有制作方便、节省材料（省脚手架、模板）、施工速度快的特点。
C.构造：
波长：一般为2～3m；
跨度L：一般为6～15m（有预应力时可达21m）；
倾角：一般为30～45度
D.V形折板的折缝处理
上折缝应将V形折板外露的横向钢筋弯折180°，并勾住折缝中附加的纵向通长钢筋后浇注混凝土。非卷材屋面上折缝灌缝混凝土应覆盖v形折板上缘上表面
下折缝横向钢筋网片与附加的纵向通长钢筋Ф12绑扎后浇注混凝土
（2）有边梁的折板－筒壳式折板结构
1.折板
折板、边梁、横隔三部分组成，是现浇结构
A.折板厚度一般为35～60mm，板厚大于板宽得1/40；
B.为限制水平顶面板弯矩，水平顶面板宽要求≤(0.25～0.4)L2或≤(3.0～3.5)m；
C.波长L2≤(10～12)m；
D.折板应做成等厚度，并且其倾角不宜小于25°，板与板夹角通常为60°～160°；
E.折板的矢高一般不应小于0.1L2;矢高太小时，对边缘构件的水平作用力将会太大而不利
2.横隔：由于其跨度不是很大，一般多用薄腹梁或框架梁。
3.边梁：一般为矩形截面梁，梁宽宜取折板厚度得2～4倍
四.折板结构的优缺点
1.优点：
A.受力优于梁板式平板结构。
B.模板简单
C.造型独特
2.缺点：
折板很薄，一般需增加保温隔热材料；另折板结构在室内不平，可利用其造型，可吊顶，也可不吊顶。
薄壳
概述
薄壳结构
壳体结构一般是由上、下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。两曲面间距离即为壳体的厚度δ，当δ比其他尺寸小得多时
空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭距很小，所以材料强度能得到充分的利用
自重轻、材料省、跨度大、外形多样，可覆盖各种平面形状的屋盖
概念
等厚度壳
壳体结构
薄壳
比较
优点
材料强度能得到充分的利用
自重轻、材料省、跨度大、外形多样，可覆盖各种平面形状的屋盖
缺点
形式较复杂，多采用现浇施工，费工、费时、费模板，且结构计算较复杂，不宜承受集中荷载,以及某些壳体易产生回声现象
曲面形式
旋转曲面
平移曲面
平移曲面
直纹曲面
点到线
曲面的组合
圆顶薄壳
壳板
支座环
作用
阻止裂缝开展
保证壳体处于受压工作状态
实现结构的空间平衡
支承结构的类型
支承在竖向承重构件上
支承在斜柱或斜拱
支承在框架上
落地拱直接落地并支承在基础上
圆顶的受力特点
1.圆顶的破坏
2.圆顶的薄膜内力
圆顶的工程实例
罗马小体育宫
钢筋混凝土网肋形扁球壳结构
球壳采用预制钢丝网水泥菱形构件作模板，与壳板现浇成整体的肋形球壳
壳肋——葵花图案 具有装饰性
采用36根Y字型斜柱支承 结构明朗 轻快 富有表现力
施工时起重机安装在中央天窗处 十分合理
筒壳
结构组成
边梁的型式
横隔板的型式
受力特点
是否有横隔板是筒壳和筒拱的区别
双曲扁壳
优点：
矢高小，结构空间小，屋面面积相应减小，比较经济；
平面多变，适用于圆形、正多边形、矩形等建筑平面。
结构组成与形式
边缘构件
种类
带拉杆的拱，拱形桁架，薄腹梁，拱形刚架
要求
具有较大的刚度
在四角交接处应有可靠连接构造措施（水平推力较大）
薄膜内力为主
三个受力区
1 中央区
2 边缘区
3 四角区
边缘构件主要承受壳板边缘传来的顺剪力
北京火车站
鞍壳、扭壳
特点
扭壳的结构组成和形式
组成：壳板和边缘构件
形式
受力特点
壳板
只有顺剪力 平行于直纹方向
整个扭壳看成一系列受拉索与一系列受压拱组成的曲面组合结构
四坡屋顶
上弦杆受压，下弦杆件受拉
单块扭壳屋盖
落地拱单块扭壳屋盖
膜
概述
膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障，因此需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜结构
形式
按结构受力特性
索穹顶
索穹顶是对双层索系环向布置的一种改进，只是由于目前所有的索穹顶均采用膜材作为覆盖材料
充气膜结构
气肋式
气承式：直接向膜材所覆盖的气密性使用空间内注入一定压力的空气；
气承式
气肋式：直接向特定形状的封闭式气囊内充入一定压力的气体以形成具有一定刚度和形状的构件，再由此构件相互联接形成使用空间。气肋式所需注入的空气压力要比气承式大得多，但充气量较少。
充气膜结构的平面一般为圆形或椭圆形，形式单一，矢跨比一般小于0.75
充气膜结构存在的问题
外部荷载通常呈非均匀分布状态，此时膜面形状将发生较大改变以缩小室内容积和提高膜面内外压力差来平衡外荷载。但是由于膜材柔软，刚度很小，不能将荷载传递至较大的范围，膜材的局部变形和应变会很大，从而出现应力集中，易导致膜材撕裂。
因此，大跨度充气膜结构的膜面需要增加钢索，以便将荷载传递到更大范围。
张拉膜结构
1. 当结构覆盖空间的跨度较小时，可通过膜面内力直接将荷载传递给边缘构件，即形成整体式张拉膜结构；
2. 当跨度较大时，既轻又薄的膜材本身抵抗局部荷载的能力较差，难以单独受力，需要与钢索结合形成索-膜组合单元；
3. 当跨度更大时，可将结构划分成多个小单元，形成多个整体式张拉膜单元或索-膜单元的组合结构
索的作用
充气膜结构中：钢索主要起加劲作用，增加膜面的刚度；
张拉膜结构中：钢索与膜材一样均为主要受力构件，因此也将张拉膜结构称之为张拉索-膜结构
预张力
预应力大小与分布决定了结构的刚度和形状，因此其设计过程首先是寻求满足建筑功能要求的理想几何外形（形）与合理应力状态（态）这两个未知数的过程（也称之为形态分析）
受力特性
由于柔软的膜材只能承受面内拉力，薄膜结构在面外荷载作用下产生的弯矩、剪力通过结构的变形而转换成面内拉力。其初始曲率较小时，变形引起的面内拉力会很大
为防止膜内拉力过大，结构的初始形状应保证具有一定曲率，因此张拉索-膜结构本身属于壳体范畴，有时成为柔壳
张拉膜结构的高斯曲率只能为负值
由索、膜两种材料组成的张拉索膜结构为组合结构，曲面为连续折曲面，一般不能用统一的平衡方程表示。但是索可以看做是薄膜曲面的柔性边界
支承体系
封闭性建筑的边界支承一般采用连续刚性构件，将膜边界直接与下部结构或邻近结构的刚性构件如圈梁等相连接，形成自平衡体系
开敞式结构，边界支承一般采用柔性体系，即膜材边界通过边索将膜内力汇至节点，通过斜拉索传入基础。当斜率较小时，拉索向外扩展距离较大占用空间，此时宜在节点处增加支杆改变斜拉索方向，减少空间占用。
跨内支承有内支、外吊两种形式
内支是在跨内支承点处直接布置支杆、拱等刚性构件，或将支杆设置成飞柱通过其他构件将荷载传至边界支承；
外吊是在跨内支承点处设置外吊点，将内部支承改为外部支承增加结构净跨，并可单点或多点布置
膜材的裁剪与连接
张拉索膜结构一般为不可展连续折曲面（3维），而所用膜材却是平面卷材（2维），需要将平面膜材按特定的设计裁剪，再拼接成近似的空间曲面。裁剪设计除了满足受力要求外，还要满足视觉美观要求。
建筑膜材
主要特征
（1）拉伸性能
（2）撕裂强度
（3）正交异向性
（4）徐变和松弛
（5）非力学性质
膜结构的优点与应用
优点
形状多样
自重轻
抗震性好
跨度大
充分利用自然光
节能
自洁性
施工快
应用
★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、 篮球馆等。★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。
膜结构的施工
1.基础及承重钢构工程
2.搭设脚手架
3.现场除锈打磨
4.钢结构的拼装
5.喷刷面漆
6.钢构件吊装
7.膜材吊装
8.压膜边
9.帽口固定
10.工程竣工
膜结构应用实景
（1）收费站天棚类
（2）运动场馆体育看台类
（3） 停车棚类
（4）建筑入口类
（5）景观小品类
（6） 室内张拉膜
（7） 屋面、舞台、剧场
（8）充气膜结构
（9）其他应用实景
预应力
概 述
一、 预应力混凝土的基本原理
1. 普通混凝土的缺点
抗裂性能差，在使用荷载下一般为带裂缝工作
影响耐久性，功能，疲劳性
其抗拉强度提高不大，故提高混凝土等级用于改善混凝土抗裂性能作用不大
难以利用高强度钢筋及高强混凝土
结构自重大，刚度小
2. 预应力砼的基本原理
预应力砼：
在砼结构承受外荷载之前，对其受拉区预先施加压应力。
ACI的定义：
根据需要人为地引入某一数值与分布的内应力，用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土
力的作用
预压应力可以部分或全部抵消外荷载产生的拉应力，因此可推迟甚至避免裂缝的出现。通过人为控制预压力N的大小，可使梁截面受拉边缘混凝土产生压应力、零应力或很小的拉应力，以满足不同的裂缝控制要求。
3.对于预应力混凝土概念的两个理解
实质：利用混凝土较高的抗压强度来弥补其抗拉强度的不足，从而达到避免或推迟裂缝出现的目的；
施加预应力对构件的正截面承载力无明显影响
优缺点
优点
不开裂或延迟开裂、限制裂缝开展，使构件在重复荷载下的抗疲劳性较好，提高结构的耐久性；
合理、有效地利用高强钢筋和高强混凝土；
减轻自重，从而减小地震作用；
施加预应力是对结构作了一次检验，有利于保证工程质量。
可预制，利于工业现代化，加快施工进度。
缺点：
施工工序多，工艺复杂，需要专业施工队伍；
设计工作较繁重，需相应的施工设备和场地；
施加的预应力需细心控制；
构件延性降低；
预应力混凝土结构的分类
1、按照预应力程度分
全预应力混凝土
定义：在使用荷载作用下，构件截面混凝土不出现拉应力，即全截面受压。
特点：抗裂性好、刚度大和抗疲劳性能好。费钢材；反拱大；预拉区开裂；延性差；施工费用高。
部分预应力混凝土
定义：在使用荷载作用下，构件截面混凝土允许出现拉应力或开裂，即部分截面受压。
特点：克服全预应力构件的不足，可合理控制裂缝。
2、按照预应力筋与混凝土之间的粘结状态划分
有粘结：沿预应力筋全长其周围均与混凝土粘结、握裹在一起的预应力混凝土结构。(常用)
无粘结：预应力筋沿全长伸缩、滑动自由，不与周 围混凝土粘结的预应力混凝土结构。
3、体外预应力混凝土结构
常用于桥梁结构与房屋结构的加固改造工程中
先张法构件是通过预应力钢筋与混凝土之间的粘结力传递预应力的。
工序少、工艺简单、质量易保证。适合于预应力筋为直线型的成批中小型预应力构件，生产不耗锚具、成本低。灵活性差，一次性投资大
后张法构件是依靠其两端的锚具锚住预应力钢筋顶住构件并传递预应力的
不需要台座，比较灵活，可适用于曲线型预应力筋。逐个构件张拉，工序多、复杂，张拉需锚具，成本高
预应力砼构件的机具及材料
一、预应力砼构件的锚(夹)具
构件制作完后，能取下重复使用–––夹具
用于永久固定钢筋、作为构件的一部分 –––锚具
二、材料
混凝土：一般 ≥ C30。
采用碳素钢丝，钢铰线， 热处理钢筋作预应力筋时≥C40；
总的要求：低徐变 、低收缩；硬化快，早强
预应力钢筋：高强度、低松驰、具有一定的塑性、
可加工性，与混凝土有可靠的粘结力。
常用：碳素钢丝，刻痕钢丝，钢绞线，热处理钢筋
预应力技术对建筑功能的影响
一、使用空间、平面布置更灵活
二、降低结构层高
增加净高
可能降低成本
增加结构的抗震性能
三、减少伸缩缝
总之，预应力混凝土结构是利用高性能材料、现代设计理论和先进施工工艺设计建造起来的高效结构。与非预应力混凝土结构相比,预应力混凝土结构不仅具有跨越能力大、受力性能好、使用性能优越、耐久性高、轻巧美观等优点,而且较为经济、节材、节能。
因此,预应力混凝土结构是建造高(高层建筑、高耸建筑)、大(大跨度、大空间结构)、重(重载结构)、特(特种结构及特殊用途)工程中不可缺少的重要结构型式之一。
预应力混凝土的应用与发展
一、适用范围
大跨度及大且无阻挡空间时,如体育场馆,展览厅,飞机库等;
重荷载及超重负荷条件时,如桥梁、多层仓库、多层停车场等;
活动及移动结构物,减少自重是重要原则时,如塔吊,开启式体育馆等;
高耸结构物, 稳定性及刚度是主导因素时,如无线电及电视塔,高压输电线塔等
高压大直径圆筒板结构,当板厚无法增大时, 如储液、气罐、输油、气管线、冷却塔等;
在运转条件下加固现役结构物时,如加固桥梁、运输栈桥、工业厂房等;
创建新结构体系,用柔索取代受弯构件时,如吊挂体系,整体张拉体系等;
从结构体系来说,可用于轴心受力(拉杆和压杆)杆件、受弯杆件(实腹梁和桁架)、拱和刚架、静定结构和超静定结构;
目前,广泛应用于空间组合结构中,形成了新的建筑体系和形式(统称预应力空间组合结构),如悬挂体系,整体张拉结构体系等;
不但广泛用于新建工程,还可用于旧结构的维修加固,是一种值得研究、有发展前途的新结构
张弦梁结构体系
分类
单向
上海·浦东国际机场航站楼
总结
结构总体系
水平结构体系
一般由板、梁、桁（网）架组成，如板—梁结构体系和桁（网）架体系。水平结构体系也称楼（屋）盖体系。
其作用为：① 在竖直方向，它通过构件的弯曲变形承受楼面或屋面的竖向荷载，并把它传递给竖向承重体系；② 在水平方向，它起隔板作用，并保持竖向结构的稳定
竖向结构体系
一般由柱、墙、筒体组成，如框架体系、墙体系和井筒体系等。
其作用为：① 在竖直方向，承受水平结构体系传来的全部荷载，并把它们传给基础体系；② 在水平方向，抵抗水平作用力，如风荷载、地震作用等，并把它们传给基础体系
基础结构体系
一般由独立基础、条形基础、交叉基础、片筏基础、箱形基础（一般为浅埋）以及桩、沉井（一般为深埋）组成。
其作用为：① 把上述两类结构体系传来的重力荷载全部传给地基；② 承受地面以上的上部结构传来的水平作用力，并把它们传给地基；③ 限制整个结构的沉降，避免不允许的不均匀沉降和结构的滑移。
水平体系和竖向体系间的矛盾
竖向结构构件之间的距离愈大，水平结构构件所需要的材料用量愈多。
好的结构概念设计应寻求到一个最开阔、最灵活的可利用空间，满足人们使用时的功能和美观需求，而为此所付出的材料和施工消耗最少，且能适合本地区的自然条件（气候、地质、水文、地形等）。
建筑结构的分类
按所用材料的不同
1）混凝土结构
钢筋混凝土结构—配置受力的普通钢筋，钢筋网或钢
预应力混凝土结构 —配置预应力钢筋的混凝土结构；
素混凝土结构 —没有配置受力的钢筋的混凝土结构
2）钢结构:以钢材(钢板、型钢）为主制作的结构。
3）砌体结构:由块材通过砂浆砌筑而成的结构。
4) 木结构 :指全部或大部分用木材制作的结构。
5）混合结构:由两种及两种以上材料作为主要承重结构的房屋。
此外还有钢—混凝土组合结构、钢管混凝土等
根据结构受力特点
平面结构体系
空间结构体系
按其承重结构的类型
1）框架结构
※采用梁、柱组成的结构体系作为建筑承重结构。
※框架结构的主要构件是梁和柱，而墙体只是作为围护构件。
※可以做成预制或现浇框架，平面布置比较灵活，可以获得较大的使用空间，
※比混合结构强度高整体性强，但随层数增多抗侧刚度不足
2）剪力墙结构
※利用建筑物的纵向及横向的钢筋混凝土墙体作为主要承重构件，再配以梁板组成的承重结构体系。
※其墙体同时也起围护及分割房间的作用。
※整体性好，刚度大，抗震性能好，适于建造高层建筑（10－50层范围内都适用）。
※不过剪力墙间距太小，平面布置不灵活，自重大，不适应建造公共建筑，一般适用于建造住宅。
3）框架-剪力墙结构
※框架结构的基础上，沿框架纵、横方向的某些位置，在柱与柱之间设置数道钢筋混凝土墙体作为剪力墙。
※因此它是框架和剪力墙的有机结合，综合了二者的优点：一个布置灵活，一个抗侧力高。
4）筒体结构
※用钢筋混凝土墙组成一个筒体作为房屋的承重结构。
※筒体可以由密柱深梁组成一个筒体，也可以用多个筒体组成筒中筒、束筒，还可以将框架和筒体联合起来组成框筒结构。
※筒体结构在各个方向的抗侧刚度都很大，是目前高层建筑中较多采用的结构形式。框筒是上个世纪60年代由美国工程师法卢齐－坎恩第一次提出来的。
5)壳体结构
薄壳结构是用混凝土、塑料等刚性材料以各种曲面形式构成的薄壳结构，呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭距很小，所以混凝土强度能得到充分的利用。
由于是空间结构，强度和刚度都非常好。薄壳厚度仅为其跨度的几百分之一，而一般的平板结构厚度至少是跨度的几十分之一。所以具有自重轻、省材料、跨度大、外形多样的优点，可覆盖各种平面形状的建筑屋顶。
6）悬索结构
悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。拉索按一定的规律布置可形成各种不同的体系，边缘构件和下部支承构件的布置则必须与拉索的形式相协调，有效地承受或传递拉索的拉力。
拉索一般采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，边缘构件和下部支承构件则常常为钢筋混凝土结构
7）拱结构
拱结构是杆轴线为曲线，且在竖向荷载作用下会产生水平推力（反力）的结构。由于推力的存在，拱截面的弯矩比同跨度、等荷载的梁的弯矩要小得多，并且主要承受压力。这时拱截面上的应力分布较均匀，因而更能发挥耐压材料（如砖、石、混凝土）的作用。
另一些直杆结构虽有别于拱，但同样能在竖向荷载作用下产生水平推力，故称之为拱式结构，如三铰刚架、拱式桁架等。
8）膜结构
膜结构由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)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的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式，是依靠膜材自身的张拉力和特殊的几何形状而构成的稳定的承力体系。膜只能承受拉力而不能受压和弯曲，其曲面稳定性是依靠互反向的曲率来保障，因此需制作成凹凸的空间曲面，故习惯上又称空间膜结构
预张应力
十大建筑事故
哈利法塔
基础结构优缺点
框架
优点
(1)空间分隔灵活，自重轻，有利于抗震，节省材料;
(2)具有可以较灵活地配合建筑平面布置的优点，利于安排需要较大空间的建筑结构;
(3)框架结构的梁、柱构件易于标准化、定型化，便于采用装配整体式结构，以缩短施工工期;
(4)采用现浇混凝土框架时，结构的整体性、刚度较好，设计处理好也能达到较好的抗震效果，而且可以把梁或柱浇注成各种需要的截面形状。
缺点
1)框架节点应力集中显著;
(2)框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性;
(3)钢材和水泥用量较大，构件的总数量多，吊装次数多，接头工作量大，工序多，浪费人力，施工受季节、环境影响较大;
剪力墙
优点
(1)整体性好;
(2)侧向刚度大，水平力作用下侧移小;
(3)由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置
缺点
(1)不能提供大空间房屋;
(2)结构延性较差
框架剪力墙
优点
(1)框架结构建筑布置比较灵活，可以形成较大的空间，但抵抗水平荷载的能力较差，而剪力墙结构则相反。
(2)框架一剪力墙结构使两者结合起来，取长补短。
(3)在框架的某些柱间布置剪力墙，从而形成承载能力较大、建筑布置又较灵活的结构体系。在这种结构中，框架和剪力墙是协同工作的，框架主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。
筒体
优点
（1）主要抗侧力，四周的剪力墙围成竖向薄壁筒和柱框架组成竖向箱形截面的框筒，形成整体，整体作用抗荷。
（2）由密柱高梁空间框架或空间剪力墙所组成，由一个或数个筒体作为主要抗侧力构件而形成的结构称为筒体结构，它适用于平面或竖向布置繁杂、水平荷载大的高层建筑。
缺点
结构负载，框架较重，成本高
框架—筒体结构
整体建筑主要由几大框筒承担重量，单元内的墙体不起承重作用，真正的活性建筑，墙体可以随意改变，甚至整层都可以随意间隔。这是现在最先进的结构。
框架-筒体结构的筒体一般位于建筑物中央（也可见到位于一侧的），其框架一般位于筒体四周。
框架-筒体结构与框架-剪力墙结构的受力和变形特点类似，但因为筒体的存在，其刚度、强度、抗扭性能都增强了，故可以建造高达30～40层的建筑。
框架-筒体结构的剪力墙设置很集中，建筑平面布置可较为灵活，适用于公共建筑、办公楼和商业建筑等。
刚架和排架区别
网壳和网架区别
单向板和双向板