【導(dǎo)讀】design····································&

　　

【正文】 ctural material. 第 9 頁 第五單元 課文 建筑物的結(jié)構(gòu) [1] 如果只考慮工 程要點(diǎn)建筑物 結(jié)構(gòu)可以定義為 保持形狀與穩(wěn)定而存在的那些部分 的 集 合。其主要目的是抵制任何 作 用于建筑物 上 的負(fù)載，并 將 其 傳輸 到地上。 [2] 根據(jù)建筑 ， 建筑的結(jié)構(gòu)不止 那 些 。它是 建筑形式的 不可分割的一部分 并在不同程度上 是那種形式的產(chǎn)物 。熟練使用 上 ，建筑結(jié)構(gòu)可以建立或加強(qiáng) 建筑體量 和平面之間 的 順序和節(jié)奏 。它可以直觀地主導(dǎo)或隱性 。它可以 發(fā)展 和諧或沖突。它可以同時(shí) 受限和 解放。不幸的是在某些的情況下 ， 它不能被忽略。它是物 質(zhì)性的 。 [3] 結(jié)構(gòu) 也 必須保持建筑形式 的 工程化。原則 與 物理 、 數(shù)學(xué)工具 依據(jù)建造 提供了區(qū)分理性與非理性形式的 基本原理 。藝術(shù)家有時(shí)可以 產(chǎn)生消除任何科學(xué)考慮的形狀 ，但建筑師 卻 不能。 [4]存在 至少三個(gè) 必須出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)上的 項(xiàng)目： 穩(wěn)定 強(qiáng)度和剛度 經(jīng)濟(jì) [5] 采取 這 三種的需求的 第 一個(gè) ,顯 然 ,穩(wěn)定 需要 保持形狀。一個(gè)不穩(wěn)定的建筑結(jié)構(gòu)意味著不平衡的力 或缺乏平衡 和 隨之 加速 的 結(jié)構(gòu)或其 構(gòu) 件。 [6] 強(qiáng)度 的 要求意味著 被選擇 抵制 通過 結(jié)構(gòu) 負(fù)載和形狀 產(chǎn)生 的應(yīng)力必須是足夠的。 的確 ,一個(gè) “ 安全系數(shù) ” 是經(jīng)常被 提供 的 ,以致 于 在預(yù)期的荷載作用下 ,一個(gè)給定的材料是不強(qiáng)調(diào)一個(gè)甚至接近其破裂點(diǎn) 的 水平 。 被 稱為剛度的材 料 屬性是 和 強(qiáng)度 要求 是一起 被 考慮的 。 剛度不同于強(qiáng)度 ,因?yàn)樗苯由婕?結(jié)構(gòu) 在荷載作用下 的 拉傷和 偏斜 多少 。 強(qiáng)度高但剛度弱 的材料在抵抗應(yīng)用力價(jià)值方面將變形太多 。 [7] 建筑結(jié)構(gòu) 經(jīng)濟(jì) 涉及到的不僅是材料使用費(fèi) 。 工程經(jīng)濟(jì) 是一個(gè)復(fù)雜的主題，涉及原料、 制造、 安裝及保養(yǎng)。必須考慮設(shè)計(jì)和建設(shè)勞動(dòng)成本和能源消耗成本。建設(shè)速度和錢 (利息 ) 的成本也是因素。在大 多數(shù)的設(shè)計(jì)情況下 ， 多個(gè)結(jié)構(gòu)材料需要考慮。 競爭的選擇幾乎總是存在的， 選擇是不明顯的 。 [8] 除了這 三 個(gè) 主要要求 ， 其他 幾個(gè)因素 是 值得 強(qiáng)調(diào)的 。首先，結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須與建筑的功能相關(guān)。 它 不應(yīng) 從形式上 沖突。 例如線性函數(shù)要求一個(gè)線性的結(jié)構(gòu)， 因此不 適合給 有圓頂?shù)谋｝g球館 蓋以屋頂 。同樣，劇院必須有大、 無 第 10 頁 障礙物阻擋視線的范圍，但 高級餐廳 可能不 一定 。 簡單 地 說， 結(jié)構(gòu)必須適合它 作為 住房 的功能。 [9] 第二 ,結(jié)構(gòu)必須是防火的 。 顯然， 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必須能夠保持其完整性，至少直到居民 是 安全 的 。建筑規(guī)范 規(guī)定 建筑必須抗火不塌的小時(shí)數(shù) 。 這些 結(jié)構(gòu)材料用于 那些固有抗火或通過防水材料被 充分保護(hù)的元素 。 被 提供的 抗火 程度將取決于一大批項(xiàng)目 ,包括 空間 的使用 和占有荷載 、 它的尺寸和 建筑物 位置 。 [10] 第三 ,結(jié)構(gòu)應(yīng)也與這座大樓的流通系統(tǒng) 很好地 集成。它不應(yīng)與水和垃圾管道系統(tǒng) ， 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng) 或 （最重要的）人的運(yùn)動(dòng) 有沖突 。很明顯的是 ,各種建筑系統(tǒng)必須 與 設(shè)計(jì)過程 相 協(xié)調(diào)。 人們 可以設(shè)計(jì)在任何一個(gè)的系統(tǒng)內(nèi)順序的分步方式，但他們所有的設(shè)計(jì)應(yīng)以并行方式移動(dòng)完成?？臻g 上 ，建筑物的所有各部分是相互依存的。 [11] 第四 ,結(jié)構(gòu)必須心理和物理安全一樣 ,在風(fēng)中 劇烈 搖擺 的高層建筑框 架也許實(shí)際上是不危險(xiǎn)的 但也許 使建筑還是 一樣不適宜居住 。 太 ” 彈性 ” 的輕質(zhì)樓板系統(tǒng)會(huì) 使用戶感到不舒適 。不被分割的豎框打斷 的 大 玻璃窗可 能 相當(dāng)安全但將對臨近一個(gè)街道上的一 40 層樓非常不安全 。 [12] 有時(shí)建筑師必須故意 試 圖 增加 結(jié)構(gòu) 表面 強(qiáng)度或 硬度 。這種明顯的安全也許比真誠地表現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)更重要 ， 因?yàn)?未經(jīng) 訓(xùn)練的 觀察 者無法區(qū)分真正的和可預(yù)見的安全。 第 11 頁 閱讀材料 A 結(jié)構(gòu)的規(guī)劃和設(shè)計(jì) 建筑設(shè)計(jì) 者 需要了解負(fù)載下的物理結(jié)構(gòu)的行為。本能 或 “感覺” 結(jié)構(gòu)行為的能力 是 通過 那些已有很多 涉及結(jié)構(gòu)定性和定量 的分析 的 經(jīng)驗(yàn) 獲得的 。 隨之而來的 怎樣 建立不同材料和 、 形狀 的 力 、 應(yīng)力 和 變形 知識(shí) 對 這種 “ 感覺 ” 的發(fā)展至關(guān)重要 。 開始 力 、 應(yīng)力和變形 的 研究是 最容易 通過定量方法 實(shí)現(xiàn)的 。 形成 所有結(jié)構(gòu)規(guī)劃和設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)的 這兩個(gè)主題 是非常 難 以 抽象 學(xué)習(xí)的 。 在大多數(shù)建筑設(shè)計(jì)的努力 下 ,最初的結(jié)構(gòu)計(jì)劃是由建筑師 完成的 。理想的情況 下 ,結(jié)構(gòu)和機(jī)械 咨詢師 應(yīng) 從 項(xiàng)目構(gòu)想到施工竣工 伴隨 建筑師 左右工作 。 但是，在大多數(shù)的情況下 ， 建筑師必須做出 一些 有 關(guān) 結(jié)構(gòu) 形式 和 結(jié)構(gòu)體系 之間 被 發(fā)展的關(guān)系 的 初始 假設(shè) 。在結(jié)構(gòu)的原則和行為 方面 的 扎實(shí) 背景 需 要 做 這些 與 任何 信心 合理程度 有關(guān) 的 假 設(shè)。 結(jié)構(gòu) 層 的 形狀 、 所有主要 支持元素的位置、 系統(tǒng) 的 方向性 （如果有 的話 ）主要 結(jié)構(gòu)材料和跨度長度的初步 確 定 都是 結(jié)構(gòu) 規(guī)劃進(jìn)程的 組成 部分 。 另外一方面 ， 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)是由建筑師和工程師 共同 完成的 。提供對以前的假設(shè)的合理性進(jìn)行檢查的主要結(jié)構(gòu)元素 大小的初步測定是通過建筑師 和 工程師 完成的 。 最后 ,渉及 所有的零部件全面的分析 、 結(jié)構(gòu)詳細(xì)的論述 和 結(jié)構(gòu)材料 、 施工方法 細(xì)則 的 最終結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 幾乎總是由結(jié)構(gòu)工程師 完成的 。 在 這兩個(gè)的領(lǐng)域 中， 結(jié)構(gòu)規(guī)劃是比結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜得多。 它 涉及到前面提到的 “ 對結(jié)構(gòu) 的 感 受 ” 或來自經(jīng)驗(yàn) 的 直覺。 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)可以 從 講座和書 上學(xué)到 ，但很可能的是結(jié)構(gòu)規(guī)劃 卻 不能。不過，一些見解和判斷可以從結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)中的最小背景 中發(fā)展 而 來 。 如果可能的話 ,這應(yīng)該 來自 一個(gè)建筑 觀點(diǎn) ,不論可能在哪，都強(qiáng)調(diào)數(shù)量 和 最終質(zhì)量 之間 的關(guān)系 ,而不是 來自 一個(gè)工程的方法。 雖然這種深度不是絕對必要的， 但是 這項(xiàng)定量結(jié)構(gòu) 研究可 能足夠 徹底 地 允許 建筑師 完全做 較小 項(xiàng)目 的 分析 。至少，它應(yīng)提供 知識(shí)和 可能與 咨詢工程師一起工作的 必要詞匯。必須記住的是 ， 建筑師接收更多的教育 是面向創(chuàng)造力的 而 不是工程師 所做 的 ，因此 需要 保持對設(shè)計(jì)的控制。它可 以向 建筑師 提 問智能問題 并 建議 可行的 選擇 。如果 結(jié)構(gòu) 忽略殘缺的話 ，一些設(shè)計(jì)決策 實(shí)際上 將 被 他 人 完成 。 第 12 頁 閱讀材料 B 荷載 類型 及應(yīng)力類型 負(fù)載類型 一般情況下， 作用在 建筑結(jié)構(gòu) 上 的荷載可分為兩組 ： 由于 地球 引力 產(chǎn)生 的荷載 和 由 于其他自然 因素 和元素 引起的荷載 。重力負(fù)荷可以進(jìn)一步分為兩個(gè)組別： 活荷載和 恒荷載 。建設(shè)活荷載包括 在 結(jié)構(gòu)內(nèi)或它的頂部 上的 人和 大多數(shù) 可移動(dòng)的物體。雪是活荷載。大鋼琴、 冷藏室 或水床 也是 。附錄 O 代表性地 提供了 一些 在 建筑結(jié)構(gòu)內(nèi) 占據(jù)的 各種類型 的 活荷載。研究證實(shí)了這些數(shù)字表示一個(gè)結(jié)構(gòu) 生 命 期內(nèi) 活荷載的可能最大值。這種負(fù)荷很少會(huì) 被 意識(shí) 到。 在 空 間 使用上 的意外 變化 更有可能 。 人們 可以感覺如果 一個(gè)廢棄的學(xué)校 用作 (存儲(chǔ)保齡球 ) 的倉庫可能導(dǎo)致的問題。另外一方面 ， 恒載一般包括建筑物內(nèi) 的 不動(dòng) 的物體 。（內(nèi)部和外部） 的墻壁、 地板、 機(jī)械電氣設(shè)備和結(jié)構(gòu)元素本身 都 是恒載的例子。 附錄 N 中 的雪地圖提供最大的雪 荷 載， 它可以 在美國各地 被 合理預(yù)測 。像活荷載的值，這樣大的降雪很少發(fā)生。然而，我們必須 為一些可能性水平設(shè)計(jì) 而不應(yīng)該忘記正如 發(fā)生 于 1974 年美國東南部的 超過 500 毫米 降雪 的 情況 ， 它 導(dǎo)致許多小建 筑毀壞 。 自然力 不 是由 于作用在建筑上的重力，而是 由 風(fēng)和地球地震提供的。風(fēng)荷載是橫向的負(fù)荷 ， 它 隨 高度 而產(chǎn)生 不同 強(qiáng)度 。 (颶風(fēng)和龍卷風(fēng) 呈現(xiàn)了 特別設(shè)計(jì)的問題， 并且 當(dāng)?shù)亟ㄖ?法規(guī) 通常需要某些 抵制 施工 的 類型 。 ) 一個(gè)可能 的 風(fēng)壓地圖 被載于 附錄 N。 地震 （至少 因?yàn)槌醪皆O(shè)計(jì)意圖 ） 也被視為橫向荷載，但眾所周知，在地震中的 建筑物 也 受到垂直力 的 作用 。 設(shè)計(jì)方法 因 如 龍卷風(fēng)和地震 的 災(zāi)難荷載 而不 完善 ，并且 研究在這些領(lǐng)域 繼續(xù) 前進(jìn) 。 最終類型 的 負(fù)載 是一種 沖擊荷載， 通常 ， 由于發(fā)生 在 結(jié)構(gòu)內(nèi)或 結(jié)構(gòu) 上 的 移動(dòng)設(shè)備 引起的 。大多數(shù) 結(jié)構(gòu)材料能承受 一種 比慢慢地應(yīng)用的負(fù)載較高規(guī)模的突然和臨時(shí)的負(fù)載。 由于這個(gè)原因 ，當(dāng)這些荷載控制 設(shè)計(jì)時(shí)，指定 的 許 用 應(yīng)力幅度是基本增長的 。 無 永久性 損傷是通過 提供 不反復(fù)出現(xiàn) 的適 度 沖擊荷載實(shí)現(xiàn)的 。（地震是 一個(gè) 嚴(yán)重和重復(fù) 沖擊 荷載的 好例子。 所有 涉及在此文中的 圖 表 作 為 這些 附錄 的一 部分 ，它 只 提供粗略的數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì) 者 應(yīng)咨詢當(dāng)?shù)?始終優(yōu)先 的 建筑 法規(guī) 。 當(dāng) 情況需要時(shí) ， 設(shè)計(jì)人員 也 承擔(dān)著增加任何 推薦 設(shè)計(jì)荷載的職業(yè)責(zé)任。 第 13 頁 應(yīng)力 類型 建筑 結(jié)構(gòu)分析中的一個(gè)基本概念是對象處于平衡的狀態(tài)。這意味著 作用在 結(jié)構(gòu)或其部件 上 的任何一點(diǎn)沒有不平衡力。所有力 都一個(gè)一個(gè)抵消，這將導(dǎo)致 力的平衡。因?yàn)樗鼪]有凈力 作用在 結(jié)構(gòu) 元素或?qū)ο?上，故 它不加速 ，但是 它 對這些內(nèi)力產(chǎn)生響應(yīng)。 它 是 受 推或 受 拉 的 ，否則 它會(huì) 變形 ， 釋放 出 和 它抗拒力 一樣的 能量 。不同類型和規(guī)模的內(nèi) 部 應(yīng)力 伴隨著 提供這種阻力的變形。 這些 應(yīng) 力是 通過它 們的行動(dòng)或行為 （即，拉伸、 壓縮、 剪切，和彎曲） 命名的。通過 作用在 軸或?qū)ο?質(zhì)心 的 拉伸和壓縮應(yīng)力 是 均勻地分布在抗區(qū) 上的并將產(chǎn)生 所有 像 數(shù)額 一樣 被 強(qiáng)調(diào)的 材料光纖 。 更重要的是，剪應(yīng)力 、 彎曲應(yīng)力并不一致， 并 通常 產(chǎn)生 一些 物質(zhì) 纖維 ，但其他材料保持 無應(yīng)力或接近這樣時(shí)這種材料將變形到極 至 。 到目前為止 ,彎曲是 結(jié)構(gòu)上 承受 荷載的 最有效 方式 。 假設(shè)目前我們 在 拉伸、 壓縮、 剪切，和彎曲 上 有同樣強(qiáng)烈的 的材料， 最好 在 張力上 加載它 以 實(shí)現(xiàn)其最大的結(jié)構(gòu)容量。 應(yīng)用到一個(gè)細(xì)長結(jié)構(gòu) 上 的 壓力 會(huì)導(dǎo)致屈曲。 屈曲總是 將 要 在真正壓縮 （即粉碎） 使 材料 失 效 的較 小 荷 載 發(fā)生 。 當(dāng)然，當(dāng)以不同方式加載時(shí)，材料 將 在強(qiáng)度上不平等 。一些材料 幾乎沒有拉伸強(qiáng)度 ，并且 難 以 概括 。 正如 后續(xù)章節(jié) 解釋的那樣， 剪 力將 引起 拉伸和壓縮 ； 且 彎曲 實(shí)際上 是 剪拉壓的組合。由于前面 涉及 應(yīng)力強(qiáng)度 是不 均勻 分布 的，因而， 彎曲 總是 可以 用于任何 抵 抗 結(jié)構(gòu)材料 的 最具破壞性的 荷載 。