工程建筑結構體系初探(編輯修改稿)
2025-07-23 11:27 本頁面
【文章內容簡介】 受壓柱中，荷載直接沿柱軸線以最簡單，最直接，最短途徑傳入地基、達到平衡。嚴格地按照力的最短途徑來確定構件外形應是最經濟方式，但在建筑中卻很不現實，因形成跨度是結構的基本要求，而跨度的支座兩端距離較大，外荷載與支座反力并不共線，總要走一定“彎路”才能傳到支座上去。因此，建筑中的承荷傳力很少以這種最直接平衡方式出現，而更經常以間接，甚至迂回平衡方式實現。但是，力的間接或迂回傳遞，就意味著降低效率，付出代價與提高造價。一個設計者必須在初步設計時，就對結構的經濟效率作出定性估價，全面權衡共得失。——是指通過間接的方式將荷載傳遞至支座上。雖非直接平衡，卻是各類結構中最接近直接平衡，因而也是最好的承荷傳力方式。拱結構與索結構，是很好地證明。拱結構是古老的結構形式，依靠合理拱軸，將荷載轉化為軸向壓力。使用受壓材料就可以形成較大的跨度，因此古代的橋梁多數采用拱結構。拱結構的出現可以常為結構工程歷史上的一次革命性的飛躍，正是由于拱的出現，才可以使得在沒有良好受拉性能材料的古代，就能夠建設出大跨度的結構。而大跨度空間的出現，無疑推動了社會的進步。但拱結構的問題在于：一方面，受壓桿件特定的失穩(wěn)效應會使拱結構不能做得更加輕巧；另一方面，合理拱軸還會因為荷載的變化為而變化，帶有不確定性，因此唯一的辦法就是加大拱結構自身的重量，是外部荷載在總荷載中的比例降低，以此來保證合理拱軸的近似性。這兩方面的因素使得拱結構的傳力效果雖好，但結構的效率卻大大降低。另外拱結構的推力基礎也使該結構在很多情況下難以實現。為了減小推力，拱結構變得更加高聳，有時還要依靠扶壁來實現。在這點上，索具有特殊的優(yōu)勢，索以受拉為基本出發(fā)點，從根本上擺脫了受壓失穩(wěn)的可能性，而對于不同的荷載，也有著很大的適應性。索結構可以稱為結構工程歷史上新的革命。這是完全依靠拉力而形成的結構體系，對于材料強度的應用可以達到極限，可以形成更大的跨度。但是，雖然懸索本身雖是拉力結構，但其支承結構——撐桿、立柱、壓環(huán)，邊緣構件等都是受壓構件也要注意特殊問題。拱與索結構的主要問題在于：該結構類型難以形成較為平坦的屋面結構，這就意味著采用這種形式難以作成多層結構。如果形成多層結構，必須形成平整的跨度空間，在此類空間中，梁是最佳選擇?！本€的梁是典型的迂回平衡結構——依靠受彎來形成空間。由于彎矩的作用在截面內會產生兩種相反的應力，因此截面內材料的利用率較低。為在梁下獲得使用空間，梁兩端必須支于墻頂上才能構成房屋，因此梁柱結構是承荷與傳力方式中路線最迂回、效率最差的結構。梁柱剛接的框架是梁柱結構中的改善型式，雖其彎矩峰值減少、差距縮小。迂回傳力必然產生彎矩，使框架仍是以抗彎為主，抗拉壓為次的結構。材料效率一切材料都應發(fā)揮出最大強度潛力，以材料所能承擔的最理想方式、最大的應力作用來設計結構體系的內力，無疑是最有效率的。這可從以下四方面考慮：——各種結構材料受力特性不同，脆性材料耐壓，鋼材抗拉、抗壓強度雖相等，但因高強而細長的壓桿易失穩(wěn)，故鋼材雖然有很好的受壓性能，但其作為受拉材料更為適合；鋼
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