本单元内容:
主要的大跨结构类型及造型特点
屋顶的构造处理要点
天窗设计要点
三 大跨度建筑构造
• 学习的重点
• 各类型大跨结构的基本力学原理和特征
• 建筑造型与结构的有机结合。
• 尺度的概念
• 屋顶构造及天窗
• 大跨度建筑构造----概论
• 界定：30M
• 历史 ——万神庙 ——美国·底特律·韦恩
县体育馆 （Wayne County stadium ）
（266m，圆形钢网壳） ——上海体育馆
（110m，圆形钢平板网架） ——英国千年穹
（365m，帐篷结构）
• 选择结构形式的意义 ——造型 ——空间利
用的合理性 ——对内部装饰的影响
• 大跨度结构形式可分为两大类
• 平面结构体系 ——桁架 ——刚架 ——
拱 ——…… （把结构构件本身作为独立的
单元来考虑）
• 空间结构体系 ——网架 ——折板 ——
薄壳 ——悬索 ——…… （把结构的所
有组成构件协同起来共同跨越空间，作为整体来
考虑——整体作用大于单个作用之和，且多向受
力比单向受力更发挥材料潜力，空间工作比平面
工作更符合力的自然传递路线）
• 十种常用的大跨度结构形式
• 拱
• 刚架
• 桁架
• 网架
• 折板
• 薄壳
• 悬索
• 帐篷薄膜
• 充气薄膜
• 悬挑
• 一、拱结构及其造型
• 特点
• 结构类型
• 影响造型的因素
• 一、拱结构及其造型
• 特点 ——轴向受压（无弯距、只要求材
料的受压性能好，可以很薄。相同
截面高的拱与梁，由于前者的曲面作用，
跨度相差n倍） ——有横向侧推力
• 一、拱结构及其造型
• 结构类型
• ——无铰拱、两铰拱、三铰拱
• ——木、钢、钢筋混凝土
• ——实腹、空腹
• 一、拱结构及其造型
• 影响造型的因素 ——矢高f（1/5-1/7
不小于1/10） ——平衡水平侧推力的方
式 ——屋面材料的类型（如油毡f不小
于1/8）
• 实例
• 二、刚架结构及其造型
• 特点
• 结构类型
• 影响造型的因素
• 二、刚架结构及其造型
• 特点 ——刚结点（与排架结构对比）：
大大减少梁的跨中弯距 ——结构断面小，
外形简洁，可暴露结构构件 ——门型刚
架中部向上微翘有利于综合利用室内空间，
扩大净空高度 ——适用于40m跨度以内，
动荷载不能太大（吊车≤10T，远小于排架）
• 二、刚架结构及其造型
• 结构类型 ——无铰刚架、两铰刚架、三
铰刚架
• 二、刚架结构及其造型
• 三、桁架结构及其造型
• 特点 ——格构形，全部节点均为铰接，
每一杆件受力均为轴向力。 ——受力时
考虑施于节点，可避免使杆件受弯。
• 优点 ——①省材②受力明确③自重轻，
可跨越较大空间④便于安装运输缺点 —
—结构高度较大，需增强稳定性
• 三、桁架结构及其造型
• 类型
• 按构成 ●三角形 结构高度最低 1/5-
1/2 ≤18m ●拱形 受力最好
1/6-1/8 18-36m 60m
（无斜腹杆） 15-30m ●梯
形 受力较好 ，制作方便 1/6-1/8 18-
36m 72m
• 按材料 ●钢 适宜36m以
上跨度，自重轻 ●钢筋混凝土 适
宜36m以下跨度 ●木 ——特殊环境
（相对湿度大于75%或有腐蚀性介质时）
不宜钢、木材料，只宜预应力钢筋混凝土
材料。
• 三、桁架结构及其造型
• 三、桁架结构及其造型
• 实例
• 实例
• 四、网架结构及其造型
• 特点
• 结构类型
• 网架尺寸
• 杆件断面节点连接
• 造型
• 四、网架结构及其造型
• 特点 杆件互相支撑，形成多向受力的空
间结构
• 优点 ●空间刚度好 （多向受力，
整体性好） ●自重轻 跨度大 （受
力合理，节省材料） ●杆件规格统一为
有限的几种，易于工厂化生产 ●有利于
选型、适于各种屋面形状
• 四、网架结构及其造型
• 类型
• 按外形 平板、曲面
• 按层数 单层、双层、多层
• 按材料 木、钢、钢筋混凝土
• 四、网架结构及其造型
• 平板网架 ——构造简单：双层平板，无
侧推力，只需简单支座 ——可覆盖各种
形式平面 ●交叉桁架体系 （两向或
三向；正放与斜放） ●角锥体系
（三角锥、四角锥、六角锥）
• 四、网架结构及其造型
• 尺寸 ●网格高度（高跨比） 见表4-1
约1/15 ●网格尺寸 采用钢
筋混凝土屋面板时 ≯3m×3m
• 杆件断面与节点连接
• 四、网架结构及其造型
• 影响造型的因素 ●网架形式 ●支座方
式
• 四、网架结构及其造型
• 四、网架结构及其造型
• 五、折板结构及其造型
• 特点
• 结构类型
• 造型
• 实例
• 五、折板结构及其造型
• 特点 L2/L1≤1 短折板 L2≤12
米 L2/L1≥1 长折板 f长折板
=（1/10~1/15）L1 ——薄、省材；预
制装配（装配整体式）；构造简单
• 五、折板结构及其造型
• 类型 ——断面 ——外形
• 六、薄壳结构及其造型
• 特点
• 结构类型
• 六、薄壳结构及其造型
• 特点 曲面内轴向力；薄、轻、省、跨大、
造型丰富；费工费时
• 类型 筒壳、球壳、扁壳、鞍形壳
• 薄壳结构及其造型
• 薄壳结构及其造型
薄壳结构及其造型
• 七、悬索结构及其造型
• 特点
• 结构类型
• 七、悬索结构及其造型
• 特点 分工明确——索网：钢索，只受力
——边缘构件：梁、桁架、拱等
——支承结构 造型新颖、跨度大、施
工简便
• 七、悬索结构及其造型
• 类型
• ●单层单曲面
• ●双层单曲面
• 轮辐式
• 鞍形
• 七、悬索结构及其造型
• 类型
• ●单层单曲面
• ●双层单曲面
• 轮辐式
• 鞍形
七、悬索结构及其造型
七、悬索结构及其造型
七、悬索结构及其造型
七、悬索结构及其造型
• 七、悬索结构及其造型
• 八、帐篷薄膜结构及其造型
• 特点 撑杆+篷面
• 实例
• 九、充气薄膜结构及其造型
• 类型 气承式 气肋式
• 实例
• 十、悬挑结构及其造型
• 要点 考虑倾覆力矩；出挑构件的结构形
式多样
• 实例
十、悬挑结构及其造型
十、悬挑结构及其造型
• 大跨度建筑构造--屋顶构造
• 大跨度屋顶设计要求： ——结构轻；水
流路线长应保证防排水；保温隔热等热工
要求……
• 屋顶构造组成 ——承重结构、基层、防
水层 ——有檩方案、无檩方案
• 防水材料 ——橡胶卷材 ——涂膜
——金属瓦屋面 ——彩色压型钢板屋面
大跨度建筑构造--屋顶构造
大跨度建筑构造--屋顶构造
• 大跨度建筑构造--屋顶构造
• 金属瓦屋面 ——构造层次：檩条、木望
板、干铺油毡（一层）、瓦材（防腐处理）
——屋面划分：瓦材尺寸不宜超过2m
——细部构造：拼缝、泛水、天沟、檐口
等
• 大跨度建筑构造--屋顶构造
• 金属瓦屋面拼缝构造
• 大跨度建筑构造--屋顶构造
• 彩色压型钢板屋面 ——材料形式
• 大跨度建筑构造--屋顶构造
• 彩色压型钢板屋面 ——材料形式
• 大跨度建筑构造--屋顶构造
• 彩色压型钢板屋面——构造层次与细部构
造： 波高以35mm为界，纵向接缝搭接
长度不小于100mm
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 中庭的形式及设计要求
• 中庭的消防安全设计
• 中庭天窗构造
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 中庭的形式及设计要求 （一）中庭的基
本形式 （二）中庭的设计要求 1．节能要
求 2．采光要求 ·庭院本身的比例——长、
宽、高之间的比例关系（中庭的室形指数）
·侧面反射（虚实与色彩） 3．气候控制要
求
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 节能要求
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 中庭的室形指数
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 中庭的消防安全设计 1、中庭的防火措施
可参照《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045)对高
层建筑中庭防火措施的规定: (1)房间与中庭回廊的
门应设自动关闭的乙级防火门； (2)与中庭相连的过
厅通道外，应设防火大门或防火卷帘门分隔； (3)中
庭每层回廊应设有自动灭火系统，其喷头间距不小于
2m，不大于，中庭高度超过8m时，还应增水幕设
备； (4)中庭每层回廊应设火灾自动报警设备；
(5)应按规定设排烟设施: ①净空高度小于12m
的室内中庭可采用自然排烟措施，其可开启的平开窗或
高侧窗的面积不小于中庭面积的50%。 ②不具
备自然排烟条件及净空高度超过12m的室内中庭设置机
械排烟设施。此外，还要在中庭顶棚、走道、周围房间
等部位设有烟感探测器。同时还要采取隔离措施，保证
周围房间的烟火不窜入中庭空间。 2、必须使中庭
空间能有效地排烟。 中庭的机械排烟途径可以
有两种： ——通过中庭排烟或将烟从中庭外部
排出。
大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 中庭天窗构造 中庭围护结构有时也可以采用
在大跨度建筑中发展起来的织物篷幕结构——充气结构与
张拉结构。织物的透光性较差，在较强的天空亮度下半透
明性的织物可以使中庭产生少量的扩散光照度；织物可以
具有良好的反射性能，一般白色界面的织物白天可以反射
掉约百分之七十的日光热量，具有整体建筑节能的特点，
同时夜间照明比较经济。在织物围护的中庭中，应避免弧
面的声反射聚焦给室内使用带来的影响，在造型设计和构
造处理中减少不良的声学效果。 在中庭采光
处理中，最常用的是金属骨架玻璃采光天窗的方式。
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造材料的选
择：
• 采光天窗主要由骨架、透光材料、连接件、
胶结密封材料组成。
• 天窗透光材料的选择：安全要求、透光性
能、耐久性、热稳定性、抗冲击性能。在
需要防眩光处理的天窗中，也可以选择具
有漫反射功能的透光材料来避免眩光的产
生。
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造中庭天窗形式的
选择
• 按进光的形式不同——玻璃顶、侧天窗。
• 选择形式的依据：自然条件：纬度、日照、避免
室内过热……
• 技术条件：中庭的规模、屋顶结构型式、建筑造
型要求……
• 常见天窗形式: 1.棱锥形天窗 2.斜坡式天窗
3.拱形天窗 4.圆穹形天窗 5.锯齿形天窗 6.
其他形式的天窗
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造1.棱锥形天
窗
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造2.斜坡式天
窗 玻璃面的坡度一般为15°----30°，坡长
一般在15m以内
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造3.拱形天窗
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造4.圆穹形天
窗
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造5.锯齿形天
窗 炎热地区有一定优势
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造6.其他形式
的天窗（组合形式）
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造6.其他形式
的天窗（组合形式）
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造6.其他形式
的天窗（组合形式）
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 中庭天窗构造 着重介绍顶部进光的玻璃顶，设计
要求如下： 1. 安全性能 ——较高的承载力、
足够的强度、连接牢固可靠 2. 防止天窗冷凝水对
室内的影响 ——设置排水槽，排水槽要保证
必要的排水坡度，排水路径不能过长 3. 天窗应有
良好的防水性能 ——足够的排水坡度、排
水路线短捷畅通、接缝严密 4. 防止眩光对室内的
影响 ——采用具有漫反射性能的透光材料、
加设折光构件 5. 满足建筑安全防护要求
——高层建筑中庭的玻璃屋顶，采用金属承重构
件时，应设自动灭火设备保护或喷涂防火材料，
使其耐火极限达到1小时的要求。顶棚应设有烟感
探测器，并应符合中庭排烟设计的要求。 6. 防雷
要求
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 相关构造： 1、玻璃顶的承重结构 —
—结构断面应尽可能设计得小些，以免遮
挡天窗光线。 ——一般选用金属结构，常
用的结构型式有梁结构、拱结构、 架结构、
网架结构等。 ——承重结构有的可以兼做
天窗骨架。 ——连接螺栓、螺丝应采用不
锈钢材料。
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 常见造型玻璃顶的骨架布置图：
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 相关构造： 2、玻璃的安装 a 采光
罩——直接将采光罩安装在玻璃屋顶的承
重结构上即可 b 玻璃顶——由若干玻
璃拼接而成，所以必须设置骨架。
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造 各种金
属骨架断面形式及其与玻璃连接的构造详
图
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 相关构造： 3.天窗的排水处理
• 大跨度建筑构造--中庭天窗构造
• 相关构造：4.其它 a 附设防护网
b 侧壁百叶窗通风 c 天窗设置
部分可开启扇 d 严寒地区设置
双层采光天窗（提高保温性能，并且可以
减少冷凝水的产生）
玻璃顶实例
玻璃顶实例
玻璃顶实例
玻璃顶实例
• 思考题
• 请课后考察建筑城规学院多功能厅屋顶，
请绘出：
• 1、二层平面图，平面布置，两道尺寸。
• 2、屋顶平面图，两道尺寸，排水系统。
• 3、剖面图，示意网架结构及屋面构造。
• 4、大样图，表示屋顶细部构造层次及做法。
• 万神庙
• 穹顶直径达米。顶端高度也是
米。它中央开一个直径米的圆洞。
结构为混凝土浇筑，为了减轻自重，厚墙
上开有壁龛，龛上有暗券承重，龛内置放
神像。神像外部造形简洁，内部空间在圆
形洞口射入的光线映影之下宠伟壮观，富
有神秘感。
上海体育馆
是国内大型的体育馆之一，一九七五年建
成使用。主馆呈圆形，高33米，屋顶网架
跨度直径110米，可容纳观众18000人。
英国千年穹
整个建筑整个建筑采用采用帐帐篷篷结结构构，，1212根根100100米高的米高的钢钢
桅杆直刺桅杆直刺苍苍穹，穹，张张拉着直径拉着直径365365米，周米，周长长大于大于
10001000米的穹面米的穹面钢钢索网。光是索网。光是钢钢索网就用了索网就用了长长达达
4343英里的英里的钢缆钢缆。室内最高。室内最高处为处为5050多米，容多米，容积约积约
为为240240万立方米。屋面材料表面万立方米。屋面材料表面积积1010万平方米，万平方米，
材料材料仅仅为为11毫米厚的膜状材料，却毫米厚的膜状材料，却坚韧坚韧无比。同无比。同
时时它有卓越的透光性，可充分利用自然光。它有卓越的透光性，可充分利用自然光。
• 日本关西机场
日本大馆树海圆拱
日本秋叶台文化体育馆
• 日本东京穹顶
• 以棒球等体育运动的观看为目的，膜
屋顶是用空气的压力所支撑的，并由绳索
来补强的结构，膜屋顶平面是边长为180米
的正方形，空气膜结构有加压送风系统，
室内压力比外部气压高300Pa，保持增压状
态。
• 诺丁汉大学JUBILEE校园
• JUBILEE校园建筑中庭
