The Basic Performance of Structure 安全 Safety
影 响 因 素
适用 Serviceability
耐久
Durability
在结构局部遭到破坏 后，仍能保持有足够的承 载能力，不产生倾覆或失 稳，不产生过大的变形和 1. 失效（破坏）后果是否严重 裂缝，使损失控制在局部 范围内。 2.失效（破坏）预兆是否明显
使 学生 开阔 视野 了解作为建 筑功能和形式因 素的结构体系的 基本类型及组成 了解和掌握 建筑方案中空间 形式和结构性能 的相互关系 理解 和体会一 些重要的 结构概念
学会从工程中抽象出计算简图，用近似方法快速估算 和比较各种设计方案，使得在房屋设计的最初阶段就能保 证建筑设计与结构设计的基本协调。了解世界建筑业的现 状以及我国建筑业的发展方向，以提高学生的专业素质。
概
述
（Introduction）
课 程 意 义
结 构 概 念
结 构 体 系
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
结构体系：是由许多结构构件有效地组合起来 的结构的整体，用以承受各种可能的外部作用。
早期的 房屋
仅仅为人类提供一个挡风避雨的场所
现代的 建筑
不仅要为人们提供有效的空间和环境， 还提供良好的设备和其它环境保障系统
双曲抛物面冷却塔可谓建筑造型、结构形式和使 用功能的完美结合，世界各地到处都可看到双曲抛物 面冷却塔。可见，即使设计象冷却塔这样一种工程构 筑物也要求设计者具有渊博的知识。
声音聚焦 Sonic Focussing
(a) (a)
拱形天棚的声聚焦现象
(b) (b)
球形或抛物面形的屋盖结构(壳体或拱结构)，若曲面 的焦点位臵处理不当，会形成声音聚焦。在焦点附近，强大 的躁音会使人难以忍受，严重影响使用功能。 改变曲率或加设吊顶，可以减少或消除这种声聚焦的现 象。可见，在设计的方案阶段，应注意基本的建筑功能、空 间形式与结构体系的协调一致。
0.3 结构体系(Structural Systems)和其他体系（系统）…
一幢现代建筑中的其他设施系统主要有
水(Water and Waste water)
暖 (Energy)
电(Electrical and Information works )
动力电和照明电系统、应急 照明系统、电报、电传、电话、 电视、信息网络系统、信息传 感系统、安全监控系统等
从结构方面：
底部斜框架轻易地跨越了大街，车流人流 在塔下畅通无阻，更显铁塔的雄伟壮观。艾菲尔铁塔可谓建 筑、结构完美统一的代表。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
0.1 Significance of the Course …
艾菲尔铁塔
例：双曲抛物面冷却塔（Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 人们在世界各地的火电厂附近常见到钢筋混凝土双曲抛物 面冷却塔（Reinforced Concrete Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell），其功能是要冷却汽轮机中被加热了的冷却水。
经 济 学 等
引导学生深入理解结构概念，学会从房屋总体（而 不是结构构件）来分析和理解结构体系。介绍和分析各种 常见的水平结构体系、竖向结构体系和工程实例。
剖析典型 的工程
介绍国内外著 名的建筑结构
0.1 Significance of the Course …
剖析典型工程，介绍国内外著名的建筑结构
工程中 常采用多次 超静定结构 。当某个杆 件遭到破坏 后结构会产 生内力重分 布，保证结 构整体不倒 塌。
0.2 Structural Concepts …
一些重要的结构概念 (Some Important Concepts of Structure )
1.1 基本受力状态 (The Basic Mechanical States) 1.2 材料对结构的影响 (The Effects of Material on Structure ) 1.3 关于构件尺度的概念 (The Concepts of Members’ Dimension ) 1.4 构件受力后的变形 (The Deformations of Member after Loading ) 1.5 预应力的概念 (The Concepts of Pre-stress )
以巴黎艾菲尔铁塔（Eiffel Tower）为例，原是1889年为纪念 法国大革命胜利一百周年及巴黎世博会而建的标志性建筑，高 320 m，为当时世界第一高度，用钢9000t。它不仅满足了标志性 建筑及展览功能，并且由于其精美设计，一直保留至今。 风 荷 下 的 弯 矩 图
从力学方面:
铁塔可看成是嵌固 在地上的悬臂梁，对于 高耸入云的铁塔来说， 风荷载是其主要荷载， 由于铁塔的总体外形与 风荷引起的弯矩图相似， 因此充分利用了塔身材 料的强度和刚度，受力 非常合理；
哈尔滨工业大学土木工程学院
School of Civil Engineering,Harbin Institute of Technology
结构概念和体系
Structural Concepts and Systems
主讲： 计学闰
2007年9月18日
本课程教材采用 高等教育出版社出版 的新世纪土木工程系 列教材《结构概念和 体系》一书，由哈尔 滨工业大学计学闰、 王力编著，2004年11 月出版。书后附有 《结构概念和体系》 配套电子教案（精简 版）。
0.1 Significance of the Course …
一栋优秀的现代建筑必然是众多专业密 切配合、创造性合作的成果。
建筑物
建筑
结构
施工
设备
经济
材料
其它
要加强各学科之间的相互渗透， 使建筑、结构、设备、环境达到完美统一。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
结构设计中的总体问题 结构的水平体系
第三章 第四章
(The Horizontal Systems of Structure )
(The Vertical Systems of Structure )
结构的竖向体系
第五章
(Introduction to Engineering Examples )
工程实例简介
上水系 能源系统包 统、排水系 括煤气、燃油、 统、消防水 蒸汽、热水、采 系统等 暖或空调系统等
同时
不仅能精确地计算和分析一个给定的体 系或构件。同时也要求具备丰富、踏实的整 体结构概念和基本体系的相互比较概念。
0.1 Significance of the Course …
本课程是一门理论与实际联系密切，多学科综合性的专业课 目的在于对各门 力 学 房 屋 建 筑 学 钢 结 构 及 砌 体 结 构 课程作横向连系 钢 筋 混 凝 土 施 工 技 术 建 筑 设 备
M
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
从建筑方面:
现在，艾菲 尔铁塔已成为巴黎 和法国的象征。可 见一栋优秀的建筑 在社会、政治、经 济和文化中所起的 重大作用。每年 600 多 万 旅 游 者 登 塔观光，旅游收入 也十分可观。
0.1 Significance of the Course …艾菲尔铁塔
招 标 书
方 案 设 计
初 步 设 计
施 工 图 设 计
0.1 Significance of the Course …
先进的设计思想
通过 方案设计
充分地体现出来
结 构 工 程 师
国际上公认的 主要任务 在特定的建筑空间中用整体概念来设计 优秀结构，都是由 结构，并能有意识地利用总结构体系与各基 本体系之间力学关系。 一种或几种体系有 机结合而成。
3.失效（破坏）概率的大小
在偶然事故 后 ( after an 世界上 accident ) 仍能保 没有绝对的 持结构的整体稳 安全可靠！ 定性（General 所谓安全就 Stability） 是失效概率 小到人们可 以接受的程 度。
0.2 Structural Concepts …
纽约：长途汽车总站
从施工方面：
双曲抛物面是一个旋转曲面， 由一根倾斜母线绕纵轴旋转而 成，曲面上存在两个母线方向。 即曲面上任一点都存在两根曲面 上的直线，施工比较方便。
例：双曲抛物面冷却塔（ Cooling Tower with hyperbolic paraboloid Shell） 双曲抛物面冷却塔优美的结构形 式，加上冉冉升起的水气形成地平线上 一道美丽的风景线，十分壮观。采用双 曲抛物面壳这种薄壁空间结构，受力合 理，自重轻，不但安全可靠，也经济合 理。
从工艺方面：
汽轮机的效率和进汽温度 双曲抛物面冷却塔塔身中 与出汽温度之差有关，温差越 部略细，加速了空气上升速度， 大，效率越高，所以要用水来 形成上拔力，加速空气流动。 冷却汽轮机。冷却水被加热后， 到塔身上部，上升的空气被继 用管道送到冷却塔顶部喷洒下 续加热，体积更加膨胀。此时， 来，并通过滴水板尽量延长热 上部塔身略为放宽，减少了上 水下落的路程，同时冷空气从 升空气的阻力，有利于空气流 冷却塔下部进入塔内，与热水 动。可见，双曲抛物面薄壳冷 进行热交换，被加热的冷空气 却塔在冷却工艺上是很合理的。 体积膨胀，容重减轻，缓缓上 升。
学会从工程中 抽象出计算简图
学会用近似方法快速估 算和比较各种设计方案
概 述
（Introduction）
课 程 意 义
结 构 概 念
结 构 体 系
0.2 Structural Concepts …(1)