混凝土结构设计 楼主 发帖

【悬挑结构精品集】珠海横琴梧桐树大厦等7个实例“颠覆”悬挑设计

请叫我帅哥110楼主
1楼2017-03-1514:24

跳到1楼

纵观古今中外,悬挑以纷繁多样的形态参与在历史的诸多时期。中国古建筑中塔的出挑,采用的是砖或石料层层逐渐向外出挑的方式。



传统建筑中的大屋顶也有采用悬挑结构,大屋顶下的悬挑支撑构件为斗拱,最大能实现4~5m 的悬挑。



在当代建筑中,悬挑的尺度越来越大。建于1936 年的赖特流水别墅是一个著名的悬挑建筑实例,呈十字交叉、高低错落的两个阳台悬挑在瀑布之上,成为挑战竖向荷载、倾覆作用的一种有力的表达方式。



西班牙马德里的欧洲之门,是一个倾斜15°的建筑(超过了比萨斜塔的12°倾角),建筑立面上突出表现了结构元素,拉杆和压杆组成一个平衡力系,使倾斜的建筑给人一种稳定感。



体育建筑中也存在大量的悬挑现象,深圳大运中心主体育场由20 个形状相似的空间锥面围绕着马鞍面相连而成,柱脚呈铰接,从这一基本构成单元来看,它是不稳定的。各单元间通过屋面环向体系形成空间压力环,共同提供抗倾覆力矩,确保了结构的成立。



阳台和雨篷是常见的悬挑结构,在一般的建筑中,以小尺度的悬挑为主,但也不乏特殊的例子。丹麦VM 住宅中独特的三角形阳台是最引人注目的地方,在每个悬挑的三角形端部都有一根斜拉索与主体相连,以保证安全。



那么,什么是悬挑结构?


悬挑结构,是指一端支承在竖向支撑构件上,另一端向外延伸挑出支撑构件的结构。


图中A、B、C、D 四个支点中,当至少有一个支点没有构件支撑时,就构成了悬挑,其中①、②、③形成单面出挑,④由于把支承集中于中央,而使所覆盖的空间四面临空,形成四面出挑,形状如伞。悬挑结构的基本体系主要有板式体系、框架式(梁式)体系、桁架体系、拱式体系和空间体系。


板式体系和梁式体系由于其可实现的跨度相对较小,基本在5m 以内,常见于阳台以及商业中庭中。拱式体系由于其对形状要求的特殊性,只适用于能满足拱形要求的建筑中,在一些雨篷和体育建筑中有应用。桁架体系布置相对灵活,悬挑能力也较大,在大悬挑结构中应用广泛。空间体系是在空间受力模式下,对上述体系的综合运用。


悬挑结构在高层建筑中的实现方式?


这里谈到的高层建筑中的悬挑,主要是指整个建筑形体的出挑,在结构的实现方式上,主要可分为平面型悬挑结构和空间型悬挑结构。


平面型悬挑结构


  • 悬挑空腹桁架


桁架通常由上下弦杆和腹杆组成,当腹杆中仅有竖直腹杆而无斜腹杆时,即为空腹桁架。当建筑整体悬挑跨度在10m 以内,可以采用悬挑空腹桁架。


珠海横琴梧桐树大厦,立面呈树形,每层的建筑平面长度均不同,且两端悬挑没有柱落地,最大悬挑跨度11.2m。



这个项目中建筑师强烈要求不能使用斜杆。综合悬挑的跨度及受力情况,按不同的竖向分区采用了分段“空腹悬挑桁架”。空腹悬挑桁架在受力上主要以受弯为主,且桁架的下部承担较多的荷载,因此其效率相对不高,悬挑的跨度有限。由于其不存在斜杆,不影响建筑的立面及采光,在小跨度的悬挑中,往往受到建筑师的青睐。



  • 悬挑实腹桁架


当桁架中既有竖直腹杆又有斜腹杆时,称之为实腹桁架。实腹桁架的悬挑能力比空腹桁架要强很多,悬挑跨度可达到20~30m。当然不同的悬挑跨度对桁架的高度也是有一定的要求,通常为悬挑跨度的1/5~1/3。考虑到斜杆对建筑功能的影响,设计中往往结合设备层进行布置。中广核大厦北楼,是采用平面型悬挑实腹桁架的一个典型案例。



北楼地上24 层,结构总高度100m, 在10 层以上外挑16.5m,悬挑部分的总高度近60m。为了抵抗竖向荷载作用下的倾覆,设计师在悬挑部分的下部8 层设置了桁架结构,桁架总高度30m,悬挑桁架与框架柱位于同一平面,共4 榀。斜杆的布置也尽可能对考虑减小对建筑功能的影响。


  • 斜拉索结构


当然,为了减少斜杆对建筑使用的影响,还可以对实腹桁架做一些变通。比如把斜腹杆改成斜拉索,这就是斜拉索方案。由于拉索的材料强度是钢材强度的3~4倍,因此其所需截面小,对建筑使用影响也相对较小。深圳万科总部大楼,就是采用斜拉索结构的一个典型代表。



斜拉索往往用于桥梁结构,在这一项目中将其引入建筑结构中。深圳万科总部大楼中落地的均是筒体或实腹墙,底层平面距地有10~15m,在建筑的端部最大也有近20m 的悬挑。悬挑部分的竖向荷载传至底层平面,再通过预应力斜拉索传递至竖向落地的结构上。由于斜拉索会产生一个水平力分量,为了保证力的有限传递,该方案底层楼面的平面内刚度也有一定的要求。




由于拉索材料的强度高,相对钢材来讲,其所需的截面相对较小,同时拉索还可以通过调节初始张力,主动控制相邻柱的位移高低错落,来改善结构的受力。但是,斜拉索的支承楼层也不宜太多,传力路径也要尽可能地简洁,不要让索的受力太过于复杂而造成索受力状态难以准确分析。当然,斜拉索结构的节点构造相对复杂,土建造价也相对比较高。


  • 悬挂结构


在前面的中广核大厦中,悬挑桁架是布置在悬挑部分底部。当然,也可以把悬挑桁架布置在悬挑部分的顶部,此时,就成了悬挂结构。香港汇丰银行,它的立面就直观地体现了主结构。



整个立面分成的5 个区段,在每一区段的顶部均设置了两层高的伸臂桁架,用于承受区段内竖向荷载,伸臂桁架再将受力传至巨型的钢立柱上。立柱间跨度33.6m,两端悬挑了10.6m。




空间型悬挑结构


世博文化中心,大家非常熟悉的飞碟造型上大下小,是一个典型的悬挑建筑。结构沿环向布置了36 榀长度不一的悬挑桁架,悬挑跨度在20~31m 之间。在内框架的顶部设置了两道环梁,环梁的存在相当于在结构的顶部加了一道“紧箍”,将各榀悬挑桁架联系在一起。



由于悬挑跨度小的其刚度相对较大,通过环梁的环向拉力,根据变形协调原理,可为悬挑跨度大的提供刚度,使得整体结构体系呈现出空间受力型。空间整体效应显著改善了端部的变形以及主要构件的受力。



从上面的案例中可看到,通过交错布置的悬挑桁架,实现了三四十米的悬挑,那么,悬挑的跨度还能否进一步增加呢?在合理利用整体结构的空间作用的情况下,华东总院配合设计的央视新大楼实现了近70m的悬挑。



央视新大楼,在顶部通过14 层高的L 形悬臂结构将两座倾斜的塔楼连为一体,最大悬臂长度分别为67m 和75m。为了抵抗悬臂部分竖向荷载作用下的倾覆作用,将支承悬臂的两座塔楼设计成支撑框筒。支撑框筒最初为均匀布置的斜交网格,后来根据实际的受力状态,在受力大的区域,将支撑布置加密,受力相对较小区域,支撑布置比较稀。




同时,在悬臂部分中,底部两层设置桁架以支承上部各楼层。转换桁架在两个方向上连接于两个塔楼的外筒上。对央视新大楼顶部的悬臂部分来说,两个塔楼是不可或缺的,缺一不可。央视新大楼通过整个结构体系的合理布置,实现了目前世界上最大的悬挑高层建筑。



特殊的悬挑结构


  • 悬挑楼梯


悬挑楼梯属于空间受力体系。两个梯段板一个受拉,一个受压,平台板可认为是悬挑板。由于两个梯段板不在同一竖向平面内,因此梯段板、平台板均会受到一些平面外的力。



  • 螺旋式楼梯


螺旋式楼梯就像一小段弹簧,上、下两端连接在楼面上,受力特点主要是上半段受拉,下半段受拉,同时还承受弯、剪、扭的作用。



  • 单边支承弧形悬挑结构


这是一个单边支承的人行桥。人行桥的一侧铰接悬挂在一桅杆支承的空间悬索体系上,另一侧是自由端,无任何的支承。这是一种极具建筑造型感的结构形式。



这一结构是怎么成立的呢?如果这种单边支承的铰接支座为直线布置,很显然整个结构将绕支座直线转动而倾覆。因此,支座必须沿弧线或者是折线布置。由于支座间夹角的存在,因此可通过桥面产生竖向弯曲,来抵抗整个人行桥的倾覆,而使得结构得以成立。这种悬挑结构形式主要出现在欧美一些地区。另外,上海的迪士尼乐园有一座人行桥也采用了这种形式。


结语


结构,是建筑的骨架,是建筑物赖以存在的基础。悬挑结构以其强烈的表现力,受到建筑师们的青睐。建筑师们在考虑建筑造型美观的同时,也需要全方位地将结构因素放入考量和设计范畴。只有这样,才能设计出经济合理、结构合理的建筑作品。



3 40
  • ko77 2楼

    1楼
    结构,是建筑的骨架,是建筑物赖以存在的基础。悬挑结构以其强烈的表现力,受到建筑师们的青睐。建筑师们在考虑建筑造型美观的同时,也需要全方位地将结构因素放入考量和设计范畴。只有这样,才能设计出经济合理、结构合理的建筑作品。
    2017-3-15 16:05
  • 贪吃蛇不是蛇 3楼
    谢谢楼主的分享
    2017-3-16 11:14
  • 花开顷刻 4楼
    精彩的帖子,整理得很好。
    2017-3-16 11:28
  • 成阳 5楼
    谢谢楼主分享
    2017-3-16 11:58
  • wt66907af 6楼
    好棒!!???
    2017-3-17 07:39
  • 天空blue 7楼
    综合讲解了著名悬挑结构.很好的帖子
    2017-3-17 08:45
  • qazw6789 8楼
    谢谢楼主的分享
    2017-3-17 09:21
  • h6r9q70 9楼
    结构,是建筑的骨架,是建筑物赖以存在的基础。悬挑结构以其强烈的表现力,受到建筑师们的青睐。建筑师们在考虑建筑造型美观的同时,也需要全方位地将结构因素放入考量和设计范畴。只有这样,才能设计出经济合理、结构合理的建筑作品。
    2017-3-17 09:22
  • 天地不言 10楼
    香港汇丰银行,它的立面就直观地体现了主结构。
    2017-3-17 09:35

土木在线电脑版土木在线移动网土木在线微信

Copyright©2000-2016 CO土木在线 http://m.co188.com