建筑结构选型论文

河北农业大学

建筑结构选型课程论文

题目：建筑结构选型的综合考虑

学院：

专业班级：城市规划专业 1001班

学号：

学生姓名：钰

指导老师：

2013年4月1日

目录

引言

1概述

1.1建筑结构选型的现实意义

1.2建筑结构类型

1.3大跨度结构分类

1.4高层建筑结构体系

2结构选型与建筑设计要求的关系

2.1 建筑设计与结构的关系

2.2因地制宜，逐序选择

2.3建筑结构与建筑空间功能的关系

2.4结构力学对选型的影响

3结构选型与经济技术问题的关系

3.1结构与造价的关系

3.2结构选择对建筑费用的综合影响

4结构选型与建筑美学

4.1结构选型与人的审美

4.2结构选型与建筑造型美

4.3结构的形式美

全文总结

参考文献

摘要：

建筑结构是建筑三大构成要素中建筑技术的组成内容，是保证房屋安全的重要手段。

建筑结构选型工作之所以复杂，不但是因为它涉及到安全、经济、环境、适用等众多领域，还存在许多确定性因素和未知因素需要预见性考虑。在城市空间环境日益紧张、人们审美能力不断提升、环境质量问题受到社会广泛关注的今天，合理的建筑结构选型，势必更加符合城市发展的需要、符合城市居民反对建筑风格单一化的要求，也能在一定程度上缓解建筑扩张给环境带来的压力

关键词：空间功能设计要求；力学分析；经济技术指标；建筑美学

引言

随着我国社会经济的飞速发展，建筑业也得到了快速发展。优秀的建筑设计应做到艺术、技术和经济性的三位一体,它是建筑师对这三方面知识充分掌握和创造性应用的产物。建筑师在完成建筑功能、建筑艺术性设计的同时,也应当兼顾建筑的安全性、适用性、耐久性和经济性,以便建筑设计时其他工种的同事能同自己良好的衔接。所以了解并选择合适的建筑结构是建筑设计的重要工作。

建筑结构设计主要分为三个阶段：结构方案阶段、结构计算阶段与施工图设计阶段。其中结构方案阶段的内容是：根据建筑的重要性，工程地质勘查报告，建筑所在地的抗震设防烈度，建筑的高度和楼层的层数以及建筑场地的类别来确定建筑的结构形式。在确定了结构的形式之后，就需要根据不同结构形式的要求和特点来布置结构的受力构件和承重体系。选择满足建筑需求的建筑结构是建筑建设的基本要求。一种好的建筑形式更是使得建筑本身增色出众。

1概述

1.1建筑结构选型的现实意义

功能综合化、需求多元化是现代建筑发展的大趋势，因此，现代建筑尤其是现代高层建筑，其立体和平面形状更加多样化、内部空间的分布更加复杂化与个性化，另外建筑净空高度的增加对建筑的结构系统提出更高、更新的要求，合理选择建筑结构显得更加必要。

建筑结构所要涉及的领域越来越宽广，需要综合考虑众多领域的信息和内容，假若考虑范围出现漏洞，导致建筑结构选型不合理，“蝴蝶效应”便会产生作用，则其后续问题更多更加麻烦。

建筑施工尤其是高层建筑施工更是旷日持久的大工程，不仅投资大，而且工期通常非常长，一旦建筑结构选型不合理并付诸实践，则积重难返。结构选型的问题需要从外形方面和内部空间布置方面来综合考虑，统筹兼顾。

1.2建筑结构类型

建筑结构形式有许多种类型，也有许多不同的分类方法，其中最常见的分类方法是按建筑物主要承重构件所用的材料分类和按结构平面布置情况分类。

1.3大跨度建筑结构

大跨度建筑构造通常是指跨度在30m以上的建筑，主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂航空港等，工业建筑主要用于飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房

大跨度建筑迅速发展的原因：一是需要，二是可能

大跨度建筑结构主要有桁架结构、单层钢架结构、拱式结构、钢筋混凝土空间薄壁结构、平板网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、张拉整体体系和索穹顶、弦支空间骨架结构、斜拉结构、混合结构、多面体空间钢架结构等。

拱结构：影响造型的因素：矢高大小，平衡拱推力（拉杆承受，框架结构承受，基础承受）刚架结构：刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构

刚架形式：无铰刚架，两铰刚架，三铰刚架（跨度小）

刚架造型：常用钢筋混凝土建造，为了节约材料和减轻自重，常做成变断面的形式

桁架结构：桁架是由杆件组成的一种格构式体系

桁架形式：三角形，梯型，拱形，无斜腹杆式和三铰拱式

桁架造型：多用作屋顶的承重结构，单坡，双坡，单跨，多跨

网格结构：按外形分类：平板网格（网架<双多>）和曲面网格（网壳<单双>）

网架按其构造方式分类：交叉桁架体系，角锥体系（椎体单元：三角锥、四角锥、六角锥）

网架杆件断面：网架杆件常用钢管或角钢

网架杆件节点连接：角钢-钢板焊接，钢管-钢球

网架排水坡度：2%~5%

网架建筑造型：影响因素：结构的形式，结构的支承方式

折板结构的组成：折板，横隔构件波长<12m

折板的结构形式：波长数目（单波，多波），结构跨度的数目（单跨，多跨），结构断面形式（三角形折板，梯形折板），折板的构成（平行折板，扇形折板）

薄壳结构形式：筒壳，圆顶壳，双曲扁壳，鞍形壳

悬索结构的组成：索网，边缘构件，支承构件

悬索结构的优缺点：优点：充分发挥材料的力学性能，利用钢索来受拉，钢筋混凝土边缘构件来受压，受弯，因此能节省大量材料，减轻结构自重，比普通钢结构建筑节省钢材50%。

由于主要构件承受拉力，其外形与一般传统建筑迥异，因而其建筑造型给人新鲜感，且形式多样，可适用于方形，矩形，椭圆形等不同的平面形式。

由于它受力合理，自重轻，故能跨越巨大的空间而不需要在中间加支点，为建筑功能的灵活安排提供了非常有利的条件。

悬索结构的施工比其他大跨度建筑更方便更快捷，因钢索自重轻，不需要大型施工设备即可安装。

缺点：是在强风吸引力的作用下容易丧失稳定和破坏，故在设计中应加以周密的考虑。

膜结构的支承方式：张拉膜结构，骨架支承膜结构，空气支承膜结构（气承式充气薄膜结构，气肋式充气薄膜结构）

1.4高层建筑结构体系

基本体系：纯框架体系，纯剪力墙体系，筒体体系

体系组合：框支剪力墙，框架-剪力墙，框架-筒体，筒中筒，束筒

.框架-筒体：核心筒-框架体系，多筒-框架体系

.多筒-框架体系：两个端筒+框架，核心筒+端筒+框架，核心筒+角筒+框架

楼盖形式：肋梁楼盖结构，无梁楼盖结构，叠合板楼盖结构，压型钢板组合楼盖结构二结构选型与建筑设计要求的关系

2.1建筑设计与结构的关系

建筑结构与建筑设计是两个既相互独立又紧密联系的专业工种。

建筑结构的型式是为了满足建筑功能要求，为创造建筑的美而服务。

建筑结构是解决支撑体系问题，处于服务地位，由注册结构师完成。

建筑设计是解决功能、适用和美观的问题，处于先行与主导地位，由注册建筑师完成。

建筑设计必须和建筑结构有机结合起来，只有真正符合结构逻辑的建筑才具有真实的表现力和实际的可行性，富有建筑的个性。

2.2因地制宜，逐序选择

在建筑技术设计作图中,首先要根据建筑平面布置及房屋层数和高度,选用合理的结构体系,如:砌体结构、框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等。

其次要合理地确定和布置竖向承重构件和抗侧力构件,这些构件一般包括:承重墙体、柱、框架和支撑等。墙体既是竖向承重构件,又是抗侧力构件,同时又是建筑平面分隔和围护的需要;框架是由梁和柱刚性连接组成的骨架,它能承受建筑物的竖向荷载,同时也能承担水平荷载(如风力、地震作用) ;支撑是作为承担建筑物水平荷载的专用构件,主要用于单层产房、钢结构和高层建筑中。

再次是合理地选择楼(屋)盖体系,楼(屋)盖体系构件包括:楼板(屋面板)、梁系(屋架)。楼板主要功能是沿水平方向分隔建筑中的上下空间,将其承受的建筑使用荷载传递给梁系或直接传给框架梁;使用梁系主要是为了使较大空间的房间传力途径更加合理,梁系中次梁将荷载传递给主梁或框架梁,再传至柱或墙。

最后应合理地选择基础形式,根据不同的结构体系、建筑体型和场地土类别为竖向承重构件选取合理的基础形式,例如带拉梁或不带拉梁的独立基础、条形基础、箱形基础、役形基础、桩基础等。

2.3建筑结构与建筑空间功能的关系

2.4力学作用对选型的影响

“作用”是使结构产生效应（如内力、应力、位移、应变、裂缝等）各种原因的统称。

直接作用：直接作用在结构上的力，称为荷载。如构件自重、风、雪、人群等。

间接作用：指引起结构外加变形或约束变形的原因，如地震、基础不均匀沉降、混凝土收缩、温度变化等。

建筑结构或构件必须具有足够的可靠性，即承受荷载后应不致破坏和失稳，变形、裂缝等也不超过规定的限值，并能达到规定的使用年限。在满足可靠性的同时，还应具有经济性。可靠和经济是一对矛盾。

建筑结构设计所要解决的根本问题，就是要在结构可靠与经济之间选择一种合理的平衡，使所建造的结构既经济合理又安全可靠。

结构设计是一个复杂的综合工程，一般需要先对结构进行总体布置，然后对构件进行受力分析、荷载计算、内力计算、选择尺寸和材料、构造处理等等，最后绘出结构施工图。

三结构选型与经济技术问题的关系

3.1结构与造价的关系

人们物质需求及市场价格变化使得建筑的成本攀升，按我国现行的建筑工程造价构成分析，采用优化的设计方法可以使建筑工程造价降低6%-34%。而在整个设计阶段的经济性，合理性，又取决于结构设计时应用科学的技术含量及合理的方案比选。

在目前的建筑结构设计中，结构工程师一般从建筑结构的安全性、适用性、耐久性三项功能要求来考虑，而很少考虑其经济性，认为那是建筑师应该考虑的问题。实则不然，按我国现行的建筑工程造价构成分析，尽管设计费在建设工程全过程费用中比例不大，但对工程造价的影响可达75%以上。由此可见，结构设计直接影响到建设费用的多少，直接决定人力、物力和财力投入的多少。合理科学的设计，可降低工程造价。但在工程设计中不少设计人员重技术、轻经济，任意提高安全系数或设计标准，而对经济上的合理性考虑得较少，从根本上影响了项目成本的有效控制。

3.2结构选择对建筑费用的综合影响

结构选择应该从多方面考虑到建筑费用的问题。包括：建筑材料的选择，建筑结构施工费用，建筑耗电费用，建筑后期维护费用等。

应该根据工程的建筑特点认真分析。例如：；六层教学楼是选框架结构还是砌体结构，这些都要需设计前期对建筑美观，设备专业的影响综合因素等等考虑。并经过对结构方案计算、核对后方可确定最适合的方案。

对于大跨度建筑，选择合理的屋盖形式，能够减少内部空间，这样可以大大减少建筑耗电量。

对于网架结构等结构形式，减少用钢量就变得十分重要，在保证结构安全性前提下可以采取抽空部分网格等方法减少用钢量。

对于高层建筑结构选型的意义

高层建筑在节约土地方面有着重要优势，几十层甚至上百层的大楼容纳更多的人员，使人们的活动更加的集中，更为集中的生活和工作方式极大地提高了效率，不仅节约了土地资源，还节约了其他的资源。高层建筑可以有效改善城市绿化，增加绿化面积。当然，高层建筑也有其存在的劣势，按单位建筑面积计算高层建筑的造价和管理费用都远远超过多层建筑，高层建筑中结构设备占去更多的空间，便有效使用的建筑面积减少。高层建筑的供热通风系统消耗更多的能量等等。建筑设计往往决定了建筑物的造型和功能，而建筑物的结构设计则决定了建筑物的整体骨架，是整个建筑的基础部分，这也正是高层建筑结构设计之所以重要的原因。结构设计完成的是建筑物的骨架，骨架的形式以及它所在空间结构的合理性将直接影响到高层建筑的造型和高层建筑的功能，以及建筑物的安全。还将间接影响到高层建筑的经济效益，预设功能的发挥。科学合理的选型，对于高层建筑来说有着重要意义。一旦在结构设计中出现问题，选型不合理，将严重威胁建筑物的安全，同时造成重大的经济损失，再精确的计算和高明的理论也无法挽回这种损失。结构设计正确处理高层建筑结构体系的选型问题，对于高层建筑的设计施工乃至使用维护而言都具有至关重要的意义。

四结构选型与建筑美学

4.1结构选型与人的审美

相传古代西方，有一位年轻漂亮的歌手，有一天，他用音乐女神缪斯交给他的一把神奇的七弦琴，弹奏着美妙动听的乐曲。一曲终了，山岳动容，万物起舞,连周围的房屋建筑，砖瓦木石，也翩翩响应，转而化为固体的“音符”，组成了“凝固的音乐”。音乐是美的，音乐的美附着在建筑的物质媒体上，才使建筑产生了美的旋律。这虽是一个神话般的传说，然而它却道出了一个事实：建筑的美具有“依存性”，它依赖于一定的物质材料和工程技术。

4.2结构选型与建筑造型美

建筑造型，历来是建筑的主要审美对象。它集中地表现在三个基本方面，这就是：建筑造型的“体形美”和“立面美”；建筑造型的“静态类”和“动态美”；建筑造型的“外饰美”和“素质美”。

建筑仿佛是一种“巨大的空心雕刻品”。由于建筑外壳包容着庞大的内部空间，因此建筑的实体形态，同它的空间一样，总是呈现出“三次元”、“三向量”性质。从本质上说，建筑造型就是三维空间的立体造型。任何建筑物，只要建立于大地之上，它就不可能是抽象的二次元的“面”，也不可能是抽象的一次元的“线”，更不可能是抽象的零次元的“点”。它势必呈现出长、宽、高三向量的“体”。体积、体量和体态，统属于“体形”，它构成建筑造型美的基本特征。然而，同为三度空间的实体形象，表现在具体建筑作品中，却又反映出建筑艺术家们各自不同的审美意趣和艺术追求。

4.3结构的形式美

在现在建筑造型中可以充分利用结构中符合力学规律和力学原理的形式美的因素来增强建筑艺术的表现力，大体上来说：结构所具有的这些形式美可以归纳为以下几个方面平衡与稳定连续性和渐变性、力度感和形式感。

结构的平衡和稳定

由于力学要求结构形式都必须保持平衡和稳定，这同建筑构图中形式美的规律是一致的，结构稳定是建立在静力平衡的基础上的，不论是从力学角度还是美学观点来看，对称是平衡中的一种比较简单的形式，而非对称的平衡则要复杂得多长期以来建筑师和结构师多半都是按照把一个实体构件放到另一个实体构件之上的原则来解决结构的承重问题。这样，所谓平衡与稳定的概念也就必然和敦厚庞大稳重以及上轻下重，上小下大等这样一些视觉感受视觉印象紧密联系在一起然而随着高强材料和各种新技术的出现拉力，在结构的平衡和稳定中起着越来越大的作用带有索的各种结构系统，如悬索结构、悬挂结构、帐篷结构、索杆结构等。从根本上改变了传统建筑基于受压力学原理之上的空间造型特征。不仅会变得轻巧雅致甚至给人以飘然失重的感觉。

结构的连续性与渐变性

结构的连续性是指结构构件各部分之间连接的整体性，而构件断面形状无突变的连续过渡，则是其渐变性结构的连续性和渐变性是受自然界中力学作用的结果。当结构刚度发生突变时，会出现应力集中的现象。从力学观点来看，结构构件的交接以微曲线过渡比较理想此时应力分布较均匀，以此便可推断：当壳体构件成连续曲线时，对结构中内力的传递也很有利，而这样的结构在造型上也显出一种流线美，现代建筑中的所谓的空间的流动，正是由于按照建筑构图原理，去直接利用结构本身所具有的受力合理的曲线或曲面几何形体而形成的空间的流动形成空间的连续结构中内力的流动形成连续的结

构。可见，直接利用结构的曲线或曲面体形来构成建筑物的空间界面，是造成视觉空间连续与流动艺术效果的一个重要原因。

结构的力度感和形式感

建筑结构是承受各种荷载和作用的系统，它自然应当表现出力度，建筑结构的力度使人感到安全奋起，充满信心和力量，埃菲尔铁塔是第一座以三维几何学为根据计算的金属空间结构，这座塔的底部结构跟人体的小腿肌肉的结构十分相似，而人的小腿肌肉在人体上表现出强大的力度，刚劲也是力度的表现。高层建筑中采用的剪力墙筒体结构就是以刚劲表现力度的例子。反过来，柔韧也是力度的表现：蜘蛛网以它的力度使撞上来的昆虫难以脱身，悬索结构也是以它的柔韧来表现强大的力度，形式感是指艺术领域中形式因素本身对于人的精神产生的某种感染力。从艺术心理学的角度来看，一些自身具有一定形式特征的结构构件可以像符号，一样起到传递美学信息的作用，斗拱是我国古代木构建筑的象征半圆拱和尖券则分别是古罗马建筑和哥特建筑的突出标志梁、柱、拱穹隆. . . . . . 这些不同的结构构件都可以构成不同的符号系统，传递给人们一定的象征信息，激发人们的审美感情。

探索建筑功能与形式的最佳结合之路工业建筑设计的目的是创造满足生产要求的空间和环境，既要满足建筑的一般概念要求，又必需满足工艺生产的特殊功能要求，同时在建筑艺术、空间和色彩、建筑环境上表达工业建筑的个性。建筑师应完成生产空间的建筑功能，建筑造型和建筑构造的设计，以期达到完美的统一。

全文总结

建筑结构选型要照顾到设计的方方面面，既要与建筑形式相呼应，又要考虑技术经济问题，勇于探索新的结构形式，满足人们使用需求与审美需求，当然，最根本的还是要保证结构的稳定与安全。

参考文献

[1]彭一刚著,建筑空间组合论.中国建筑工业出版社 1998.10

[2]李必瑜魏宏杨主编,建筑构造.中国建筑工业出版社 2008.11

[3]戚豹编著建筑结构选型中国建筑工业出版社 2008.1.1

[4]郭志恭郭薇薇建筑结构设计的美学原则西安交通大学 710049

城市规划专业

安钰

2013-4-1