《新型建筑结构设计》课件

新型建筑结构设计本课程系统介绍新型建筑结构设计的理论基础、技术应用和发展前景随着城市化进程加速和科技创新驱动，传统建筑结构正向智能化、工业化、绿色化方向转型建筑结构设计的演变1传统结构时代砖石结构、木构架体系主导，依靠经验设计，结构形式相对简单2现代结构发展钢筋混凝土普及，力学理论指导，高层建筑兴起新型结构时代智能建造融合，材料技术突破，数字化设计主导新型建筑结构的定义概念特征技术集成跨领域融合新型建筑结构是融合先进材料、智能整合BIM技术、物联网、人工智能等跨越建筑学、结构工程、材料科学、技术、绿色理念的创新结构体系具数字技术，实现设计、施工、运维全信息技术等多个领域，形成多学科协有高效承载、智能响应、绿色环保、生命周期智能化管理和优化同创新的综合性技术体系工业化生产等显著特征国家政策与推动12智能建造政策智能制造规划2020年住建部等九部委工信部《智能制造发展规联合发布智能建造指导意划》将建筑工业化纳入重见，明确推动建筑业数字点发展领域，支持装配式化、智能化转型升级目标建筑和智能建造技术创新3产业升级支持各级政府出台配套政策，在税收优惠、土地支持、资金扶持等方面推动新型建筑结构技术应用建筑工业化与智能建造综述技术融合工业互联网BIM建筑信息模型全过程应用，实现设连接设计、生产、施工各环节，构计协同与信息共享建智能化生产体系数字工厂物联网应用自动化生产线制造预制构件，提升智能传感器监测结构状态，实现全质量与效率要素数字化管理城市化与高层结构需求600m+超高层高度现代超高层建筑高度突破新纪录100+楼层数量单体建筑楼层数持续增长80%城市化率中国城市化率快速提升50%新型结构占比新型结构在超高层建筑中应用比例随着城市化进程加速，土地资源紧张推动建筑向高层、超高层发展传统结构体系难以满足超大高度、超大跨度的工程需求，新型结构体系在抗风抗震、经济合理性等方面具有显著优势结构体系创新概览巨型框架体系悬挑悬挂结构混合结构体系采用大型构件形成主承重骨架，利用悬挑梁或悬挂索承载，创造钢-混凝土组合、钢-木混合等多内部设置次级结构，适用于超高大跨无柱空间，在体育场馆、会材料协同工作，发挥各材料优势，层建筑，具有优异的抗侧力性能展中心等公共建筑中应用广泛实现结构性能与经济性的最佳平和经济性衡巨型框架结构特点受力机理巨型柱承担主要竖向荷载，巨型梁提供水平刚度，形成高效承载体系层级结构主结构与次结构分级设计，主结构承担整体荷载，次结构满足使用功能经济优势减少材料用量，简化施工工艺，在超高层建筑中具有显著经济性工程实例上海中心大厦采用巨型框架-核心筒体系，高度632米，抗风抗震性能优异悬挑与悬挂结构悬挑结构应用悬挂结构机理锚固系统体育场馆看台、建筑利用拉索或悬挂杆件关键在于锚固点设计，阳台、大跨度会议厅承载，结构轻盈优美，需要可靠的支撑结构，等场景，创造开敞无适用于大跨度屋盖和确保悬挑或悬挂构件柱空间，提升建筑功特殊建筑造型需求的稳定性和安全性能品质空间结构与壳体结构网架结构球形结构空间桁架系统，适用大跨度几何稳定性好，造型优美•平板网架•测地线球面网壳结构折板结构•曲面网架•肋环球面双向受力，承载效率高•组合网架•组合球面板壳组合，刚度大重量轻•单层网壳•三角形折板•双层网壳•矩形折板•组合网壳•自由曲面折板超高层建筑中的新型结构副结构系统在主结构基础上增设副结构，提高结构冗余度和安全储备，改善结构动力特性，增强抗震抗风能力阻尼控制技术安装调谐质量阻尼器、液体阻尼器等装置，有效减少结构振动响应，提升居住舒适度和结构安全性智能控制系统采用主动控制、半主动控制技术，实时监测结构状态，自适应调节结构参数，实现最优抗震抗风效果材料创新与应用超高性能材料纳米材料、智能材料应用高性能混凝土C80-C100高强混凝土普及复合材料体系钢-混凝土组合结构绿色环保材料可回收、低碳排放材料传统材料基础钢材、混凝土、木材新型建筑材料发展呈现高性能化、复合化、绿色化趋势超高性能混凝土强度达C100以上，钢-混凝土组合材料发挥各自优势，绿色材料符合可持续发展要求数字化设计与集成BIM概念设计BIM平台创建三维模型结构分析集成有限元分析软件协同校核多专业碰撞检测施工管理4D进度与5D造价控制BIM技术实现建筑全生命周期数字化管理，从概念设计到运维管理的无缝衔接三维可视化设计提高设计质量，多专业协同减少设计错误，参数化建模支持快速方案比选和优化结构设计中的智能建造典型结构设计流程方案设计建筑功能与结构体系协调初步设计结构布置与构件初选施工图设计详细计算与节点设计设计审查多方协同审核验证新型结构设计强调多专业协同，建筑师、结构师、设备师等密切配合结构方案选择需综合考虑建筑功能、施工可行性、经济合理性先进的设计软件支持复杂结构分析计算新型结构设计的基本原则安全性原则耐久性原则确保结构在设计使用年限内承载能力和稳定性，满足各种选用高质量材料和防护措施，确保结构在预定使用期内保荷载工况下的安全要求，建立多重安全保障体系持良好性能，减少维修成本和环境影响经济性原则可持续发展在满足功能要求前提下，优化结构方案，控制工程造价，采用绿色材料和技术，减少资源消耗和环境污染，支持循实现全生命周期成本最优化配置环经济和低碳建造目标规范与标准体系更新规范类别主要更新内容实施时间国家建筑规范新型结构体系设计方法2020-2023抗震设计规范隔震减震新技术标准2021-2024装配式建筑规范预制构件连接技术2022-2025智能建造标准BIM应用技术要求2023-2026规范标准体系持续更新适应技术发展国家标准增加新型结构设计条文，地方规范细化实施细则，行业标准覆盖智能建造全流程标准化推动新技术规范化应用地基与基础的新型技术地基处理创新深基础技术抗震基础CFG桩、水泥搅大直径钻孔灌注隔震基础、摆柱拌桩等复合地基桩、预应力管基础等抗震新技技术，真空预桩、组合桩基等术，有效减少地压、强夯置换等深基础形式，适震作用向上部结地基加固方法，应各种地质条件构传递，提升整提升地基承载力和荷载要求体抗震性能和稳定性智能监测基础沉降、倾斜、应力实时监测系统，为基础安全评估和维护决策提供科学依据地震作用与抗震设计度地震区度地震区新型抗震技术6-78-9采用常规抗震设计方法，适当提高结必须采用隔震、消能减震等先进技术智能控制系统实时调节结构参数，自构延性和冗余度重点控制结构规则设置阻尼器、隔震支座等装置，显著复位构件震后快速恢复，多重防线确性，避免薄弱层和软弱层，确保结构降低结构地震响应，保证生命安全保结构安全整体性能•主动控制系统•提高构件延性•基础隔震技术•自复位技术•加强节点连接•消能减震装置•多重防线体系•控制结构规则性•结构冗余设计水平荷载与高层结构空间与竖向体型复杂性非规则建筑结构设计需特别关注扭转效应、应力集中、刚度突变等问题采用弹性时程分析验证抗震性能，设置加强措施减少不利影响大跨度与多层组合布局要求精确的荷载传递路径设计绿色建筑结构设计节能设计水资源30%-能耗降低目标25%-雨水回收利用•保温一体化•雨水收集材料选择废物减量•自然通风•中水回用20%-可回收材料比例•太阳能利用•渗透铺装25%-建筑垃圾减少•高强度钢材•装配式施工•绿色混凝土•材料回收•竹材木材•精确下料装配式结构体系工厂预制标准化生产线制造预制构件，质量控制严格，生产效率高，减少现场湿作业运输配送构件编号管理，精确配送到位，减少现场堆放，提高施工现场管理效率现场装配机械化吊装，精确定位，快速连接，施工周期缩短30-50%，质量稳定可控质量验收全过程质量追溯，数字化检测，确保装配精度和连接可靠性建筑工业化的实践案例1设计阶段BIM三维设计，标准化构件库，模数化协调，设计周期缩短40%2生产阶段自动化生产线，数控加工设备，质量检测系统，构件合格率

99.5%3施工阶段装配式施工，机械化作业，现场管理平台，工期缩短6个月4交付使用绿色建筑认证，智能化系统，全装修交付，客户满意度95%某装配式住宅小区项目总建筑面积15万平方米，采用预制混凝土结构体系，装配率达到70%以上项目实现了设计标准化、生产工厂化、施工装配化、管理信息化的全面工业化建造模式钢结构数字化应用数字化设计三维建模软件生成钢结构详图，自动生成加工图纸和数控程序，设计与制造无缝衔接，提高设计精度和效率智能化生产CNC数控切割、自动化焊接、机器人打磨，生产线智能调度，质量实时监控，构件加工精度达到毫米级精准化安装GPS定位、激光测量、BIM指导安装，构件预拼装验证，现场装配一次成功率超过95%，大幅提升施工质量孔桁梁与新型梁柱体系孔桁梁优势新型柱系统应用实例腹板开孔减轻自重，管线穿越便利，钢管混凝土柱、型钢混凝土柱等组合某商业综合体采用孔桁梁体系，跨度有效建筑高度增加抗弯刚度保持良形式，充分发挥材料性能，承载力高，达到36米，设备层高度节省

1.2米，好，适用于大跨度建筑延性好综合效益显著•减重效果显著•承载力提升•大跨度无柱空间•设备管线整合•抗震性能优异•灵活空间布局•施工便利性好•施工效率高•经济效益明显空间桁架与索结构索膜结构特点材料轻质高强，造型自由美观，大跨度覆盖能力强适用于体育场馆、展览建筑等大空间建筑球节点桁架节点制作精密，连接可靠，传力明确杆件标准化程度高，适合工厂化生产和现场装配典型工程案例国家体育场鸟巢采用空间桁架体系，某机场航站楼使用索膜结构，展现了新型结构的技术水平施工技术要求预张拉工艺控制，节点精确定位，膜材裁剪安装，需要专业化施工队伍和先进设备支持建筑声学与隔声结构楼板隔声技术墙体声学设计浮筑楼板、弹性垫层、隔声双层墙体、隔声填充材料、吊顶等技术措施，有效控制声桥阻断等构造措施，提升楼层间撞击声和空气声传递，墙体隔声性能，创造安静舒满足居住建筑声环境要求适的室内环境结构声学集成声学性能与结构承载、保温防火等功能一体化设计，避免冲突，实现建筑性能的综合优化特种结构新技术可变刚度墙体异形构件设计特种节点技术智能材料应用，结构刚复杂几何形状构件，3D高强螺栓、焊接、胶接度可调节，适应不同荷打印制造，满足建筑师等多种连接方式，节点载工况，提高结构适应创意设计需求，实现结设计精细化，传力路径性和安全性构与建筑完美融合清晰，连接可靠性高智能响应系统传感器网络监测，自动调节结构参数，实现结构智能化响应，提升建筑安全性和舒适性防火与耐久性设计建筑结构健康监测智能传感数据采集光纤传感器、无线传感器布置，实高频数据采集系统，云端存储，大时监测应力、位移、振动等参数数据分析处理维护决策状态评估基于监测数据的维护策略，预防性人工智能算法分析，结构性能评估，维修，延长使用寿命预警阈值设定复杂地质条件下的结构创新山地建筑结构坡地建筑、吊脚楼结构、抗滑桩基础等技术，适应山地地形，减少对自然环境的破坏海洋工程结构抗腐蚀材料、波浪荷载设计、海工混凝土技术，满足海洋环境严酷条件下的结构要求软土地基处理真空预压、深层搅拌、复合地基等技术，提高软土地基承载力，控制沉降变形超深基础技术大直径嵌岩桩、地下连续墙、逆作法施工，解决超高层建筑深基础技术难题结构安全与风险评估失效模式识别新型结构潜在风险点概率分析方法可靠度理论应用风险量化评估风险指标体系建立控制措施实施多重安全保障体系设计规范基础安全系数确定原则新型结构风险评估体系包括材料失效、连接失效、整体失稳等模式建立全概率设计方法，量化风险水平，制定针对性控制措施，确保结构全生命周期安全数字化建造的收益分析30%成本降低全流程数字化管理实现的综合成本节约50%工期缩短装配式建造和智能化施工带来的进度提升40%质量提升精密制造和数字化检测的质量改善效果25%人工减少自动化生产和机械化施工的人力节约数字化建造通过BIM技术应用、工厂化生产、装配式施工等手段，实现全流程信息化管理某大型项目实践表明，相比传统建造方式，数字化建造可节约工程总成本30%，缩短建设周期50%，显著提升建造效率和经济效益跨学科与协同创新现代建筑设计需要结构工程师与建筑师、设备工程师、能源专家等多学科紧密协作结构与机电系统一体化设计，光伏发电与结构承载协同考虑，智能建筑系统与结构安全监测融合跨领域技术集成推动建筑性能全面提升，实现绿色、智能、高效的建筑目标新型结构的施工管理施工计划BIM4D进度模拟，资源配置优化，关键路径识别，施工方案可视化验证现场作业数字化指导装配，实时质量监控，安全风险预警，进度动态跟踪质量管控构件验收扫码，安装精度检测，隐蔽工程记录，质量追溯体系协调配合多专业协同平台，问题快速响应，变更及时同步，信息透明共享施工装配与质量检测精度控制毫米级装配精度要求检测技术激光测量、三维扫描应用质量验收数字化验收流程标准化数据记录全过程质量信息留存预制构件装配采用GPS定位、激光水准仪、全站仪等精密测量设备，确保构件安装精度三维激光扫描技术实现竣工模型与设计模型对比，偏差控制在±3mm以内数字化检测设备集成到施工管理平台，实现质量数据实时采集和分析新型抗震隔震系统案例隔震系统设计性能参数实际成效某300米高层建筑采用基础隔震技术，隔震系统设计参数经过严格计算和试建成后经历多次地震考验，监测数据设置铅芯橡胶支座和粘滞阻尼器隔验验证，满足罕遇地震下结构安全和显示隔震效果显著，上部结构响应大震层位于地下室顶板，有效周期延长震后功能快速恢复要求幅降低，居住舒适度明显提升至

4.5秒•最大位移±350mm•隔震支座132个•地震响应降低80%•阻尼比

0.15•粘滞阻尼器48个•加速度峰值减小85%•恢复力系数

0.1•设计地震减震率85%•结构损伤几乎为零节点设计创新高强螺栓连接新型焊接技术组合连接方式

10.9级、

12.9级高机器人自动焊接、焊接+螺栓、胶接强螺栓应用，预拉搅拌摩擦焊等先进+机械连接等复合力精确控制，连接工艺，焊接质量稳连接，充分发挥各可靠性显著提升，定，残余应力小，种连接方式优势，适用于重要受力节适合批量化生产提高节点承载能力点BIM节点设计三维参数化节点库，自动生成加工图，碰撞检测验证，确保节点设计准确性和施工可行性技术经济综合比较国际新型结构前沿迪拜哈利法塔采用支撑框架核心筒体系，高度828米创新的Y型平面布局有效抵抗风荷载，钢筋混凝土结构达到C80强度等级，展现了超高层建筑结构技术的最高水平纽约世贸中心一号楼高性能混凝土核心筒+钢框架体系，高度541米采用先进的抗爆防火设计，结构安全性能突出，是现代超高层建筑安全设计的典型代表东京晴空塔钢管混凝土结构体系，高度634米融合传统建筑美学与现代结构技术，抗震设计达到世界领先水平，在强震区超高层建筑设计方面具有重要参考价值未来结构设计趋势3D打印建筑混凝土3D打印技术成熟化自愈合材料智能材料自动修复裂缝机器人建造全自动化施工成为现实仿生结构学习自然界高效结构形式未来建筑结构将更加智能化、自动化、生态化3D打印技术实现复杂构件快速制造，自愈合混凝土延长结构使用寿命，机器人建造提升施工精度和安全性仿生学原理指导结构优化设计，实现材料用量最少、性能最优的结构形式数字孪生与建筑运维集成数字孪生模型实时数据采集物理建筑的精确数字副本，实时同传感器网络持续监测，环境、结构、步建筑状态和性能参数设备数据全面感知预测性维护智能分析诊断基于数据驱动的维护决策，降低运AI算法分析异常模式，预测潜在问维成本，提升建筑性能题，优化运行策略。