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建筑结构“一维”、“二维”、“三维”空间

发布于：2021-03-09 16:57:09 来自：建筑结构/混凝土结构 [复制转发]

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建筑的结构就是建筑物的骨架，每个建筑物都拥有自己合适的建筑结构。建筑结构承受着建筑绝大部分的荷载。建筑结构设计方式一般来说有三种。

第一种：线性结构（一维），结构构件简化成线性，进行计算设计。比如说，桁架、框架的梁、柱等。

第二种：面域结构（二维），结构构件简化成平面进行计算设计。比如说，板、网架结构等。

第三种：空间结构（三维），结构构件简化为空间结构进行计算设计。比如说，壳体结构等。

根据建筑结构设计的主要受力构件有：壳、板、梁、柱、墙等。从结构受力设计角度来划分建筑结构类型有哪些呢？

建筑建造发展过程中，以墙受力最为典型。我们常见的与砖木结构、砖石结构等砌体结构，都是以墙为主要承重结构。混凝土大量运用后，砖混结构也是我们常见的以砌体墙为主要承重结构，而钢筋混凝土主要用于纵向横向的拉结，保证结构的整体性。

因社会快速发展，大跨度、大空间、高层建筑的需求，框架结构也被大量运用。比如说，厂房、高层框架等。特别是框架结构厂房的建设，在我国2000年前后被大量建造。最初，由于我国钢材价格过高，厂房建设中，框架柱采用钢筋混凝土现浇，然后安装钢结构屋架。这种结构充分发挥了钢筋混凝土和钢材两种材料力学性能的优势，同时降低了建造成本。

由于高层、超高层的需求，建筑结构需要合适的结构与之匹配。高层、超高层建筑当超高一定高度后，风、地震等是影响建筑结构安全的主要因素，随之出现框剪结构、筒体结构、多筒结构等。这些结构不仅限于采用钢筋混凝建造，特别是建筑机械和建筑施工技术的发展，钢结构的框筒、多筒结构建筑也应运而生。比如说我们以前提到的“上海国际贸易中心”就是钢结构的框筒结构建筑。

我们前面说的几种结构形式都可以采用线性结构进行简化计算。但是，受到材料性能的限制，大跨度、大空间的建筑这些结构形式很难被应用，即使能够运用，从经济上来说也是非常不合适的。这就需要采用二维空间的设计计算方法。比如我们常见到的大型体育场、影剧院、航空港、大型火车站等，它们采用的网架结构。网架结构可以简单理解为将多榀桁架按一定的规律，在空间内进行有效组合，网架结构最大跨度可以达到一百多米。它的受力特点所有荷载，通过铰接点分布到各个杆件中，由各杆件承担相应的竖向、横向荷载；整个网架受力比较均匀，而且抗震性能优异。

三维空间结构典型的就是壳体结构了。比如说北京国家大剧院就是壳体结构。说到壳体结构，我们经常想到这样问题“一个人踩在鸡蛋上，为什么鸡蛋不会破？”这就是壳体结构被应用最好解释。壳体结构自重轻、空间大、省材料、造型美观，可用钢筋混凝土、钢材、玻璃等材料均可以建造。它的曲面一般采用高斯曲线（曲率）进行空间组合，一般设计、计算都很复杂。