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在論文完成之際,首先要感謝我的導師單承黎老師在兩年半的研究生學習中給我悉心指導、親切關懷和熱情幫助。從選題到資料的收集以及論文的寫作,無不包含著導師的關愛和心血。
導師寬厚的教學作風,樸實嚴謹的治學態度,強烈的責任感,敏銳的洞察力,富有創造力的學術見解以及淵博的專業知識,這些優良品質都將使我終身受用。導師的人格魅力也深深影響了我,使我在學術水平和工作能力上得到很大提高的同時,也更加明白做人的道理。
感謝朱賽鴻教授、舒平教授、孔俊婷教授、袁景玉教授、趙曉峰教授、劉磊副教授、任彬彬副教授、李建華副教授、魏廣龍副教授在學習中給予的有益教導,使我可以掌握一定的理論基礎和研究方法,得以展開設計研究,在此深表謝意。
【論文摘要】:文章通過對比鋼結構和混凝土結構介紹,闡述了新型、高效應力結構體系將在我國二十一世紀大規模基本建設中發揮越來越大的作用。
一、前言
鋼結構和混凝土結構是建筑工程中最常用的2種結構形式。鋼結構和混凝土結構各有所長,前者具有重量輕、強度高、延性好、施工速度快、建筑物內部凈空氣大等優點,而后者剛度大、耗鋼量少、材料費省、防火性能好。綜合利用這兩種結構的優點為高層以建筑的發展開辟了一條新途徑。統計分析表明,高層建筑采用鋼——混凝土混合結構和用鋼量約為鋼結構的70%,而施工速度與全鋼結構相當于,在綜合考慮施工周期、結構占用使用面積等因素后,混合結構的綜合經濟指標優于全鋼結構和混凝土結構的綜合經濟指標。
最近建設部和國家冶金工業局在頒布的《建筑用鋼技術政策》中,將鋼——混凝土混合結構列為要大力推廣的建筑新技術,可以預見,混合結構在高層辦公樓、學校、醫院及住宅等建筑中將有較廣泛的應用。
二、索張拉結構
索張拉結構基本受力構件有三類:受壓構件、受彎構件和受拉構件。
對于受壓構件,當構件長細比較大時,由于構件會發生整體失穩,構件的作用不能充分發揮。對于受彎構件,由于構件截面應力不均勻,截面邊緣的最大應力往往控制構件的設計,使得構件材料不能充分發揮作用。只有受拉構件,截面的應力均勻,不會發生整體失穩,如利用高強鋼索做成受拉構件,能最大限度地發揮受拉構件的作用,提高結構的經濟性。
在結構體系中巧妙利用張拉構件,結合少數剛性受壓構件,可構成受力合理的高效張拉結構體系,不僅承載力高、剛度大,且能使各種材料的強度均得到很好的發揮。
三、索穹頂結構
索穹頂結構實際上是一處特殊的索-膜結構,是近幾年才發展起來的一種結構效率極高的張力集成體系。其外形類似于穹頂,而主要的構件是鋼索,由始終處于張力狀態的索段構成穹頂,利用膜材作為屋面,因此被命名為索穹頂。由于整個結構除少數幾根壓桿外都處于張力狀態,所以充分發揮了鋼索的強度,只要能避免柔性結構可能發生的結構松弛,索穹頂結構便無彈性失穩之虞,所以,這種結構重量極輕,安裝方便,可具有新穎的造型,經濟合理,被成功地應用于一些大跨度和超大跨度的結構。
四、膜結構
膜結構是張力結構體系的一種,它以具有優良性能的柔軟織物為膜材,由膜內的空氣壓力支承膜面(充氣式膜結構或所承式膜結構),或利用鋼索或風性支承結構向膜內預施加張力(張力膜結構),從而形成具有一定剛度、能夠覆蓋大空間的結構體系。膜結構采用的薄膜的材料,大多采用涂層織物薄膜,分為兩部分,內部為基材織物,主要決定膜材的力學性質,提供材料的抗拉強度、抗撕裂強度等;外層為涂層,主要解決膜材的物理性質,提供材料的耐火、耐久性及防水、自潔性等,常用膜材一般為聚酯織物涂敷氯乙烯涂層膜材、玻璃纖維織物涂敷聚四氟乙烯涂層或有機硅樹酯涂層膜材。膜材并接的結構接縫多采用熱焊,非結構接縫采用縫合。
膜結構具有如下特點:造型活潑優美,富有時代氣息;自重輕,適合大跨度的建筑,充分利用自然光,減少能源消耗;價格相對低廉,施工速度快;結構抗震性能好。
充氣膜結構有單層、雙層、氣肋式三種形式,充氣膜結構一般需要長期不間斷地能源供應,在低拱度大跨度建筑中的單層膜結構必須是封閉的空間,以保持一定氣壓差。在氣候惡劣的地方,空氣膜結構的維護有一定的困難,不少建筑曾遭意外的漏氣而下癟。五、高效預應力結構體系
高效預應力結構是指用高強度材料、現代設計方法和先進的施工工藝建筑起來的預應力結構,是當今技術最先進、用途最廣、最有發展前途的一種建筑結構型式之一。目前,世界上幾乎所有的高大精尖的土木建筑結構都采用了高效預應力技術,如,大型公共建筑、大跨重載工業建筑、高層建筑、大中跨度橋梁、大型特種結構、電視塔、核電站安全殼、海洋平臺等幾乎全部采用了這一技術。
近年來,高效預應力技術在我國發展迅速,已制定專門的預應力結構設計、施工規程、工程中應用的預應力結構體系也很豐富。典型工程實例有:面積最大的單體預應力工程是首都國際機場新航站樓工程,每層建筑面積約8.8萬平方米,總建筑面積約35平方米,在混凝土板、墻、框架、柱以及鋼屋架、鋼梁和鋼管網架中大量采用了預應力技術;柱網最大的預應力工程是深圳車港工程,標準層平面尺寸159×103.5米,標準柱網16×25米,總建筑面積9.5萬平方米;最在的預應力鋼桁架工程是北京西站主站房工程,該預應力鋼桁架跨度45米,桁架上承40米高的中式門樓,門樓總重5400余噸;層數最多的預應力工程是廣東國際大夏主樓,總計63層;高度最高的預應力工程是青島中銀大廈,總高度241米,58層,等等因篇幅所限,文章重點介紹首都國際機場新航站樓工程和北京西客站主站房工程。
首都國際機場新航站樓工程全面采用了高效預應力技術,僅無粘結預應力筋量就達4000余噸堪稱本世紀國內最大的預應力工程之一。新航站樓的基礎為整體預應力平板片筏基礎,上部結構采用了預應力框架、剪力墻體系和預應力板柱、剪力墻體系,部分屋面采用了預應力空間焊接鋼管屋架。
關鍵詞:現代主義建筑設計
就在部分老一輩建筑師以他們近乎杰出的作品構筑中國建筑堅實平臺的同時,兩種不容忽視的力量正在把中國建筑界推向一個極至。對于前者來說,經過幾十年不懈的奮斗以及年見豐富的創作經驗的積累,就在當今這種日益優越的社會條件、經濟基礎以及技術手段的北影下,那些仍然沒有放棄創作、保持活力的老一輩建筑師不斷推出了成熟而富有說服力的作品,下百這些作品提高了中國建筑的整體水平。后者當是更令人振奮的兩股勢力,一種來自于西方世界,由地道的國外名星建筑師及事務所、商業建筑師及設計公司,以及借用國外設計組織招牌的華人建筑師組成,他們以爭取設計市場及獲取設計利潤為基本目的,通過他們的特殊身份和手段獲得設計機會;另一種勢力產生于本土,即中國的青年建筑師,他們中有土生土長但熟知世界建筑潮流的青年建筑師,有受過西方建筑教育并有過西方生活經歷后回國工作的青年建筑師,這些人或者通過了正統的國內設計企業機制,替代著某些無論在身體上還是在思想上逐漸衷微的前輩人,或者通過盤根錯節的各種社會關系,獲得了無數的設計項目,得以實現他們的建筑理想,這兩種勢力共同的特點在于他們在不同程度上具有獨特的建筑理念和設計美學,不僅了解中國,而且了解世界(或者相反),他們把握時代脈搏,創造力旺盛,具有爭強的勁頭,正是他們的作品使中國建筑與世界建筑靠得更近,并使中國建筑達到一定的思想高度。
這三種基本群體組成了壯觀的建筑陣容,在中國目前特定條件制約下,他們在建筑設計觀念上具有某種顯而易見的共通性,同時又顯現出各具特色的個性,他們的作品構成了一道陽光燦爛的建筑風景線,深入研究他們的作品,可以看出這種共通性和個性特征。
①他們作品的創作大體遵循這樣的規律:為滿足現階段中國社會生活的基本要求,在同一建筑中,以現代主義建筑的某種基本思想或某些設計原則為基因,綜合運用多元的設計美學觀進行創作:
②某些作品仍崇尚簡潔純粹的機器美學,追求形式與功能的統一,但又兼具近似后現代的局部裝飾趣味,建筑的形式美國微軟公司仍作為設計的第一原則:
③某些作品通過某種方式的表達,試圖表現對高科技成果的運用及與前沿科學的結合:
④某些建筑師對鄉土地方文化帶有濃重的卷戀之情,但他們又不泄一顧于一般簡單直觀的表達方式,建筑作品試圖讓地方文化通過"化顯"的方式再現:
⑤某些建筑師追求作品的思想深度,從現代觀念藝術那里受到啟發,建筑作品帶有神秘的色彩、個人的信碼及抽象的表達方式。當我們把這些作品放在一起的時候,現代主義建筑思想的基因就象一條無形的線索,把各自閃爍著異彩的建筑體聯成一體,形成了中國建筑發展的明晰的趨勢,為了便于展開對這樣一種趨勢的討論,我們不得不給它幟上一個標簽名,稱它為"中國的新現代主義建筑";而上述三種建筑師群體的集合,自然就成了"中國的新現代主義建筑師".
西方新現代主義建筑概念似乎不象現代主義及后現代主義那樣十分清晰,但從各種理論文章來看,似可將新現代主義者分成兩類,一類以邁耶、羅杰斯、福斯特、文彥、博塔、安藤忠雄為代表,包括了英國高技派、法國新柯布西埃派、日本新表現主義派,美國白色派等等,他們對現代主義理念或空間嚴肅地進行了重新審視,在某種程度上維護現代主義建筑價值和藝術觀,但他們在更廣闊的程度上,具有獨特的設計哲學及美學觀念:另一類以埃森曼、庫哈斯、蓋里、屈米、莫菲西斯、赫迪克、李伯斯金等人為代表,這類人的設計理念和設計哲學更接近解構主義思想,"建筑作品以其分裂、解體、不穩定、不協調節器的形象引人注目","建筑作品的空間沒有規律、變換無窮、耐人尋味".克斯曾說,80年代中期,看到紐約的一些批評家在羅杰斯和福斯特身上貼上"Neo-Modern"的標簽,我意識到解構主義和埃森曼對現代(Modern)建筑而言,確乎是"新(New"的,所以我就杜撰了"新現代"(NewModern)一詞,埃森曼假設了一種取代"人從他們的世界中心離"離的新現代建筑,去對抗原型關系和功能主義,并將新建筑置于一個迅速和分解的模式中,形成一種以可以認識、一系列沒有意義的符號碎片來進行設計的方法。查爾斯。克期在《新現代主義》一文中指出,"正是這種近乎埃森曼的意識形態確切地定義了新現代義……建筑師直至最近,在使他們的建筑達到功能要求,并為進一步達到社會的需要而操心。現在,新現代主義者不再相信人文主義,他們設計的作品是形而上學的概念的自我表現游戲。他們不再是企圖改變社會的烏托邦,而是玩弄現代主義形式的美學家他們最重要的信息不再是論理的,而是風格的、一種20世紀末苦專經營的、新巴洛克的裝飾語法。"