浅 述 建 筑 结 构 设 计 基 本 原 理

摘 　要

:

分析了建筑结构设计的静力平衡原理

,

力与变形的关系 、

力与加速度的关系

,

强调了结构概念设计的重要性

,

以

提高工程师的设计能力

,

保证设计结构的合理性 、

安全性 。

关键词

:

建筑结构

,

静力平衡原理

,

概念设计

中图分类号

: TU318

文献标识码

:A

　　建筑结构是支撑和满足建筑空间环境及功能的力学体系

,

结

构设计是一门历史悠久而古老的学科

,

并随着科学技术及新材料

的发展而不断进步

[ 1 ]

。但是

,

其最原始最基本的原理却一直保持

着不变性

,

这些基本原理构成了结构设计最根本的理论依据

,

虽

然它们并不一定直接地体现在工程师的图纸上

,

但是这些基本原

理却始终指导和贯穿着结构设计全过程 。文中结合实际工作经

验来阐述结构设计基本原理

,

归纳起来主要有四个方面

:

静力平

衡原理 、

力与变形的关系 、

力与加速度的关系及结构概念设计 。

1 　静力平衡原理

当物体所受的外力之和为零时

,

该物体处于静止状态或匀速

直线运动平衡状态

,

这就是牛顿第一定律 。它推出了一个重要的

方程

:

静力平衡方程 。结构工程中几乎所有的问题最终都转化为

静力问题

,

所以静力平衡方程构成结构工程最基本的理论依据 。

无论是结构构件的截面承载力计算还是超静定结构的内力计算

,

最终都离不开解静力平衡方程或方程组 。静力平衡原理也始终

贯穿在整体结构设计的各个环节中 。高层建筑的抗倾覆计算就

是解水平力引起的倾覆力矩和建筑自重产生的抗倾覆力矩之间

的平衡方程

;

地下室抗浮计算就是解当向上的净浮力与向下的地

10 %

左右 。计算结果基本相同 。

为了验证网壳结构的内力及变形情况

,

在施工过程中又进行

了施工同步跟踪计算 。由施工测量数据及施工跟踪计算进行比
较

,

发现 两者 所测 得的结果与设计值相比

,

均比前 两 者 小

,

在

10 %

范围内

,

这说明在施工过程中所采取的施工组织设计方案

是成功的

,

设计方法及取值也是正确的 。

表

3

　支座径向位移对比

项目

SAP2000

3D3S

最大径向位移/ mm

29. 3

27. 6

控制荷载

恒载 、

活载 、

升温和水平风荷载 恒载 、

活载 、

升温和水平风荷载

2. 4

　

挠度对比 (见表 4)

表

4

　挠度对比

项目

SAP2000

3D3S

最大挠度及

所处位置

- 61. 97 mm ,从中心向外地二环

(上弦)

- 52. 7 mm ,从中心向外地二环

(上弦)

最大挠度的

控制荷载

恒载 、

半跨雪载 、

降温

恒载 、

雪载

中心点挠度
及控制荷载

- 52. 55 mm ,恒载 、

雪载 、

降温

- 52. 2 mm ,恒载 、

雪载

2. 5

　

支座反力对比 (见表 5)

表

5

　支座总反力

kN

项目

杆件自重

恒载 + 活载

恒载 + 雪载

SAP2 000

5 824

18 710

18 354

3D3S

5 903

21 283

20 676

3 　网壳结构的发展趋势

[ 3 ]

3. 1 　网壳结构的跨度将会越来越大

根据国外网壳结构的发展情况和我国钢结构发展的实际情

况和发展趋势

,

研究 、

设计 、

制作和安装

150 m

～

200 m ,

甚至大于

200 m

的大跨度与超跨度的空间钢结构在我国将成为必然 。

3. 2 　网壳结构的体型会更加丰富 、

合理

建筑设计师的设计理念和设计思路正在摆脱旧的思想的束

缚

,

不再拘泥于以往特定的网壳型体

,

不断创新

,

根据所设计的建

筑物的功能 、

性质及其使用要求

,

因地制宜地设计出更为灵活 、

更

多样化的网壳结构 。

在我国

,

应在取得已有成果的基础上

,

进一步发展和完善具

有我国特色的组合 、

斜拉和预应力网架和网壳结构

,

并扩大它们

的应用范围 。并积极研究和开拓应用当前空间结构中最热门的

索 —杆

(

梁

)

杂交结构体系和索穹顶

,

以填补我国钢结构发展领域

的空白 。
参考文献

:

[ 1 ]

沈祖炎

,

陈扬骥

.

网架与网壳

[ M].

上海

:

同济大学出版社

,1997.

[ 2 ]

沈祖炎

,

严 　慧

,

马克俭

,

等

.

空间网架结构

[ M ] .

贵阳

:

贵州人

民出版社

,1987.

[ 3 ]

符立勇

.

大跨度空间结构 —

——网壳结构

[J ] .

建筑

. 2002 ( 11) :

50

2

52.

[ 4 ]J GJ 61

2

2003 ,J 2 58

2

2003 ,

网壳结构技术规程

[ S] .

The design of large

2

span reticulated shell structure

Abstract : Taking t he construction of gymnasium in Jiangnan University , t he aut hor introduces its structural arrangement , compares t he calcu

2

lation of internal force under t he effect of load from t he internal force , mode shape and cycle of partial members and t he radial dispersion of

pedestal , proposes t hat t he construction management planning scheme used in t he project is successful , and finally makes a prospect on t he de

2

veloping tendency of reticulated shell structure.

Key words : reticulated shell structure , dimensional steel structure , stress ratio