【例1-1】 艾菲尔铁塔

著名的巴黎艾菲尔铁塔（如图1-2），原设计是为1889年巴黎博览会建造的标志性建筑，高320m，用钢9000t，它不仅满足了展览功能，并且以其造型优美、结构合理、建筑与结构的完美统一而被世人称颂，一直保留至今。因为主持建造的是结构工程师，他首先注意的是结构受力合理，按当时的技术水平，要建造当时世界最高的建筑物还是十分不容易的，如果采用不合理的结构就建不起这么高的建筑。而当时有些建筑师还有些不够认同。经历了风雨沧桑，已为世所公认，也得到广大建筑师的赞许。从力学方面分析，铁塔可看成是嵌固在地基上的悬臂梁，对于高耸入云的铁塔来说，风荷载将是其主要荷载。由于铁塔的总体外形与风荷载引起的弯矩图十分相似，因此充分利用了塔身材料的强度和刚度，受

图1-2 艾菲尔铁塔

力非常合理；塔身底部所设大拱，轻易地跨越了一个大跨度，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美观与结构合理完美统一的代表，人们一看到铁塔，就会想起巴黎，想起法国；一提到法国马上会想起艾菲尔铁塔。如今它已成为巴黎和法国的象征。

【例1-2】 高层结构体系的发展

高层建筑是社会经济发展和科技进步的产物。随着大城市的发展，城市用地紧张，市区地价日益高涨，促使了近代高层建筑的出现，电梯的发明更使高层建筑越建越高。宏伟的高层建筑是经济实力的象征，具有重要的宣传效应，在日益激烈的商业竞争中，更扮演了重要的角色。20世纪是高层建筑跨时代的发展阶段。20世纪初，在美国建成了许多高层、超高层建筑。目前，东南亚、尤其是中国已经建造了很多高层建筑，有一些在高度排名上已居世界前列。

高层建筑除了承受重力为主的竖向荷载外，还要承受风及地震的水平荷载。如何有效地抵抗水平荷载是高层建筑结构首先要考虑的。早期的高层建筑一般采用传统的框架结构。例如：1931年在纽约曼哈顿岛的中心区建成了著名的帝国大厦（Empire State Building），大厦共102层，高381m（楼顶塔尖高448m），创造了建筑史上的奇迹。帝国大厦的建筑高度作为世界记录保持达42年之久。1966年开始动工的世界贸易中心为两幢外形相同的方形塔楼，于1973年4月建成，地面以上110层，高412m，每幢大楼底面为63.5m×63.5m的正方形。塔楼采用筒中筒结构体系，受力比框架合理，刚度更大，结构用钢量约为160kg/m²，比采用框架体系的帝国大厦节省约20%，降低了结构造价。纽约世界贸易中心不仅在建筑高度上突破了帝国大厦保持了42年的世界记录，更以其规模和在世界贸易中的地位一度成为纽约市的地标性建筑。可惜此双塔楼在2001年的“9.11”恐怖袭击中毁于一旦。

图1-3 西尔斯大厦

世界贸易中心大楼的建筑高度纪录只保持不到一年，1974年美国芝加哥市建成了西尔斯大厦（Sears Building），大厦110层，高443m（包括天线高500m），底层平面为68.6m×68.6m的正方形，由于框筒边长过大，为减少剪力滞后现象，采用了将大框筒分为9个小框筒的筒束体系，小框筒为22.9m×22.9m的正方形，向上在50层、66层和90层分别减少2～3个小框筒，最后剩两个小框筒到顶（如图1-3）。框筒密柱采用H形截面，柱截面底层为1070mm×609mm×102mm（高×宽×厚），向上逐渐分段减小，顶层柱截面为1070mm×305mm×19mm。设计总用钢量为7.6万t，平均用钢量约为150kg/m²，比高度低约30m的世界贸易中心大楼还少10kg/m²，可见合理的结构体系，对超高层建筑是十分重要的。

【例1-3】 意大利佛罗伦萨运动场看台(www.daowen.com)

这是一个钢筋混凝土的梁板结构，雨篷的挑梁伸出17m（见图1-4a），它的弯矩图是二次抛物线，如图1-4b所示，建筑师把挑梁的外形与其弯矩图统一起来，但又不是简单的统一。建筑师利用混凝土的可塑性对挑梁的外轮廓做了艺术处理，在挑梁的支座附近开了一个孔，这样既减轻了结构自重，受力也合理了，同时获得了很好的艺术效果。

这个建筑，直接地显示了结构的自然形体，进行了恰如其分的艺术加工，而又未做任何多余的装饰，使结构的形式与建筑空间艺术形象高度地融合起来，形态优美，轻巧自然，给人们以建筑美的感受。

图1-4 佛罗伦萨运动场大看台

a）看台框架结构示意图 b）顶篷悬臂梁弯矩图

这个例子说明，建筑物的重量感、重量的传递与其支承的关系可以成为建筑艺术表现力的重要源泉。

【例1-4】 电厂的冷却塔

人们在世界各地的火电厂附近常见到双曲抛物面薄壳构成的钢筋混凝土冷却塔（图1-5），其功能是要冷却汽轮机中被加热了的冷却水。众所周知，汽轮机的效率和进汽温度与出汽温度之差有关，温差越大，效率越高，所以要用水来冷却汽轮机。冷却水被加热后，用管道送到冷却塔顶部喷洒下来，并通过滴水板尽量延长热水下落的路程，同时冷空气从冷却塔下部进入塔内，与热水进行热交换，被加热的冷空气体积膨胀，容重减轻，缓缓上升。双曲抛物面冷却塔塔身中部略细，加速了空气上升速度，形成上拔力，加速空气流动。到塔身上部，上升的空气被继续加热，体积更加膨胀，此时，上部塔身略为放宽，减少了上升空气的阻力，有利于空气流动。可见，双曲抛物面薄壳冷却塔在冷却工艺上是很合理的。从结构的角度看，圆形平面与矩形平面相比风荷载可减少约30%，塔身下部外形与风荷作用下的弯矩图相似，受力非常合理。建筑外形也有特点，人们一见双曲面冷却塔，就可判断，该区极可能有一个火力发电厂。

图1-5 双曲抛物面冷却塔