大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)簡介,大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其主要特點(diǎn) 大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的類型 梁式結(jié)構(gòu) 框架結(jié)構(gòu) 拱式結(jié)構(gòu) 網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 懸索結(jié)構(gòu),大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其主要特點(diǎn), 應(yīng)用 公共建筑(劇院，展覽館，體育場館，車站等) 專門用途的建筑 (飛機(jī)庫，汽車庫等) 生產(chǎn)性建筑(飛機(jī)制造廠裝配車間，造船廠等) 主要特點(diǎn) 跨度大 120m 160m(長春體育館，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，1998) 主跨1385m (江陰長江大橋，懸索結(jié)構(gòu)，1999) 個(gè)性化(非大量建設(shè)項(xiàng)目，方案的極其個(gè)性化),大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的類型, 平面結(jié)構(gòu) 由一些強(qiáng)度不大的縱向構(gòu)件將平面結(jié)構(gòu)連接起來構(gòu)成 縱向構(gòu)件層層重復(fù)傳遞荷載，并不分擔(dān)荷載 梁式，框架式和拱式結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu) 加強(qiáng)連接平面結(jié)構(gòu)的縱向構(gòu)件以形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，共同承載 克服荷載層層重復(fù)傳遞，經(jīng)濟(jì)性好，整體剛度大，抗震性能好 懸索結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 空間作用(diaphragm，蒙皮效應(yīng)),梁式結(jié)構(gòu)(1), 特點(diǎn) 不產(chǎn)生水平推力(可支承于墻壁，磚石或混凝土柱上) 制造和安裝較簡單 結(jié)構(gòu)布置,復(fù)雜式,梁式結(jié)構(gòu)(2),結(jié)構(gòu)型式 跨度較小時(shí)，可采用實(shí)腹式梁 (常用工字形截面) 跨度在5070m及更大時(shí)，采用桁架形式(吊頂與下弦設(shè)間隙) 桁架外形及腹桿體系取決于跨度，屋面形式和吊頂結(jié)構(gòu) 桁架高跨比一般為1/81/6(注：跨度大于50m時(shí)，運(yùn)輸超限) 常用梯形桁架；屋面坡度大時(shí)，宜用平行弦；吊頂可作弧線形(設(shè)拉桿),框架結(jié)構(gòu)(1), 特點(diǎn) 與梁式相比，框架結(jié)構(gòu)可降低建筑物高度 結(jié)構(gòu)上比梁式結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì) 結(jié)構(gòu)布置 橫向框架布置(跨度大于60m時(shí)，應(yīng)增大框架間距，常導(dǎo)致復(fù)雜布置) 縱向框架布置(跨度較小時(shí)，特別有利，可向外懸伸，用于機(jī)庫等) 結(jié)構(gòu)型式 跨度在5060m時(shí)，常用雙鉸實(shí)腹式框架(常用工字形截面) 減輕基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)；結(jié)構(gòu)可外露；橫梁高度可取跨度的1/201/12 設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿減少跨中彎矩，橫梁高度可取跨度的1/401/30,框架結(jié)構(gòu)(2),跨度較大時(shí)，常用雙鉸格構(gòu)式框架 跨度超過100m時(shí)，宜采用無鉸格構(gòu)式框架,框架結(jié)構(gòu)(3),格構(gòu)式框架的橫梁高跨比宜在跨度的1/201/12范圍選取 格構(gòu)式框架立柱的寬宜取其橫梁的節(jié)間長度(卸載效應(yīng)) 折線弓形框架接近于拱形結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能 常用于高度相對較大(跨度約4050m，高度約1520m)的建筑物 橫梁高度和立柱寬度皆在跨度的1/251/15范圍選取,拱式結(jié)構(gòu)(1), 特點(diǎn) 拱式屋蓋受力合理 比梁式和框架式屋蓋結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好(跨度超過80m時(shí)尤為顯著) 結(jié)構(gòu)布置 跨度為4060m時(shí)，拱間距可取610m，無檁或型鋼檁條,拱式結(jié)構(gòu)(2),跨度達(dá)100m左右時(shí)，宜采用相距36m的拱對，拱對間距為915m,拱式結(jié)構(gòu)(3),側(cè)窗難以開啟，且宜積灰；檁條下移，構(gòu)成橫向天窗,拱式結(jié)構(gòu)(4),結(jié)構(gòu)型式 雙鉸拱(最常見，制作安裝方便，較經(jīng)濟(jì)，溫度應(yīng)力低) 無鉸拱(最經(jīng)濟(jì)，須設(shè)強(qiáng)支座，溫度應(yīng)力高) 三鉸拱(應(yīng)用不廣，拱鑰鉸使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化),亦分為實(shí)腹式和格構(gòu)式 宜設(shè)計(jì)成等截面 實(shí)腹式截面高度可取跨度的1/801/50 格構(gòu)式截面高度可取跨度的1/601/30 水平推力 拉桿設(shè)置 支座設(shè)計(jì) 框架結(jié)構(gòu),拱式結(jié)構(gòu)(5),拱腳構(gòu)造處理 構(gòu)造不便 空間利用,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(1), 特點(diǎn) 多向傳力，空間剛度大，抗震性能好 適應(yīng)性強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好 網(wǎng)架類別(以網(wǎng)架構(gòu)成方式分類) 由平面桁架構(gòu)成(四種),兩向正交正放,網(wǎng)架表示法,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(2),兩向正交斜放,兩向斜交斜放,兩向正交斜放 短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利 角部產(chǎn)生拔力，常取無角部形式 兩向斜交斜放 適用于兩個(gè)方向網(wǎng)格尺寸不同的情形 受力性能欠佳，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較復(fù)雜,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(3),三向網(wǎng)架 三個(gè)方向的平面桁架相互交角60 比兩向網(wǎng)架剛度大，適合大跨度 常用于正三角形，正六三角形平面 在謀些平面形狀會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則桿件,由四角錐體構(gòu)成(五種),正放四角錐網(wǎng)架,正放抽空四角錐網(wǎng)架,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(4),斜放四角錐網(wǎng)架,棋盤形四角錐網(wǎng)架,星形四角錐網(wǎng)架,斜放四角錐網(wǎng)架 受力合理，桿件數(shù)量少 屋面板類型多 屋面組織排水較困難 棋盤形四角錐網(wǎng)架 保持正放四角錐網(wǎng)架周邊四角錐 不變，中間四角錐間隔抽空，下 弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交 正放。 克服了斜放四角錐網(wǎng)架屋面板類 型多，屋面組織排水較困難的缺 點(diǎn)。,由三角錐體構(gòu)成(三種),三角錐網(wǎng)架,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(5),抽空三角錐網(wǎng)架,蜂窩形三角錐網(wǎng)架,三(多)層網(wǎng)架 減少弦桿內(nèi)力(25% 60%)，減小網(wǎng)格尺寸，大跨經(jīng)濟(jì)性好；桿件數(shù)量多,三層網(wǎng)架示意圖,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(6), 網(wǎng)架的點(diǎn)支承 點(diǎn)支承的設(shè)置原則 通過正彎矩和撓度減小，使整個(gè)網(wǎng)架的內(nèi)力趨于均勻 對于單跨多點(diǎn)支承，懸挑長度宜取中間跨的1/3 (下圖a) 對于多跨多點(diǎn)支承，懸挑長度宜取中間跨的1/4(下圖b),點(diǎn)支承的柱帽形式,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(7), 網(wǎng)架選型 周邊支承的矩形平面形狀 長短邊之比1.5時(shí)： 斜放四角錐網(wǎng)架，棋盤形四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 對于中(30m 60m)小(1.5時(shí)： 宜選正放類網(wǎng)架-兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 點(diǎn)支承的矩形平面形狀 兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 圓形，多邊形平面形狀 宜選三向網(wǎng)架，三角錐網(wǎng)架，抽空三角錐網(wǎng)架 兩邊或三邊支承的矩形平面形狀 自由邊作處理后可按周邊支承情形考慮。自由邊的兩種處理方法： (a)整個(gè)網(wǎng)架高度加大，自由邊桿件截面增大 (b)自由邊局部增加網(wǎng)架層數(shù)(形成反梁),自由邊,反梁,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(8), 網(wǎng)架屋面排水 網(wǎng)架起拱 適于雙坡排水；抗震性好；起拱高度過大，內(nèi)力分析應(yīng)計(jì)及 網(wǎng)架變高度 可降低弦桿內(nèi)力，使其趨于均勻；抗震性好；桿件種類增多 上弦節(jié)點(diǎn)設(shè)置小立柱(常用) 可構(gòu)造雙坡，四坡或其它復(fù)雜的多坡排水屋面；跨度大時(shí)要作穩(wěn)定和抗震計(jì)算, 網(wǎng)架幾何尺寸,注：L2 是以米計(jì)的網(wǎng)架短向跨度；跨度小于18米時(shí)網(wǎng)格數(shù)可適當(dāng)減少。,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(9),單層柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式 a)單斜桿柱面網(wǎng)殼：桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單；剛度差 b)人字形柱面網(wǎng)殼：亦稱弗普爾形柱面網(wǎng)殼 c)雙斜桿柱面網(wǎng)：殼桿件數(shù)量多；剛度好 d)聯(lián)方網(wǎng)格柱面網(wǎng)殼：桿件組成菱形，夾角為30 50 e)三向網(wǎng)格柱面網(wǎng)殼：聯(lián)方網(wǎng)格柱面加縱向桿件, 網(wǎng)殼類別(以曲面外形分類) 柱面網(wǎng)殼,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(10),a)正放四角錐柱面網(wǎng)殼,b)正放抽空四角錐柱面網(wǎng)殼,c)斜置正放四角錐柱面網(wǎng)殼,d)三角錐柱面網(wǎng)殼,e)抽空三角錐柱面網(wǎng)殼,雙層柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式 1.交叉桁架體系(略) 2.四角錐體系 a)：剛度大，桿件少，最常用 b)：適用于小跨度，輕屋面 c)：系將a)斜置 3.三角錐體系 常用d) ， e) 兩種,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(11),球面網(wǎng)殼,a)肋環(huán)型球面網(wǎng)殼,b)Schwedler型球面網(wǎng)殼,c)Schwedler型球面網(wǎng)殼,d)聯(lián)方型球面網(wǎng)殼,e)三向網(wǎng)格型球面網(wǎng)殼,單層球面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式 a):剛度差，適用于中，小跨度 b):剛度好，適用于大，中跨度 c):交叉斜桿Schwedler型 還有其它Schwedler型 d):菱形網(wǎng)格，造型美觀 e):適用于中，小跨度,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(12),a)肋環(huán)型四角錐球面網(wǎng)殼,b)聯(lián)方型四角錐球面網(wǎng)殼,c)聯(lián)方型三角錐球面網(wǎng)殼,d)平板組成式球面網(wǎng)殼,雙層球面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式 1.交叉桁架體系 只需將單層球面網(wǎng)殼中的桿件用平面網(wǎng)片代替(略) 2.角錐體系(常見四種) a):肋環(huán)型四角錐球面網(wǎng)殼， b):聯(lián)方型四角錐球面網(wǎng)殼 c):聯(lián)方型三角錐球面網(wǎng)殼， d):平板組成式球面網(wǎng)殼,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(13),a) 正交正放類,b) 正交斜放類,c) 正交斜放設(shè)斜桿類,d) 正交斜放設(shè)斜桿類,e) 正交斜放設(shè)斜桿類,雙曲面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式 1.正交正放類 a):單層時(shí)在方格內(nèi)設(shè)斜桿 雙層時(shí)組成四角錐體 2.正交斜放類 b):抗剪強(qiáng)度弱 c):第三方向局部設(shè)斜桿 d):全部方格內(nèi)設(shè)雙斜桿 e):第三方向全局設(shè)斜桿,雙曲面網(wǎng)殼,懸索結(jié)構(gòu)(1), 特點(diǎn) 軸向拉伸抵抗外荷作用，充分利用鋼材強(qiáng)度 施工方便，費(fèi)用低 便于建筑造型 單層懸索結(jié)構(gòu) 平行布置形式(跨度可達(dá)80m，德國多特蒙特一展覽廳，1956),水平梁和框架一起 承受懸索拉力,水平梁 承受懸索拉力,懸索直接 錨掛于框架,斜拉索將 懸索拉力 拉向地錨,懸索結(jié)構(gòu)(2),幅射式布置形式(適用于圓形，橢圓形平面),下凹雙曲率碟形屋面 不便于排水，最大的 碟形屋面：美國阿拉 美達(dá)比賽館，跨徑 128m(1967),傘形屋面 最大的傘形屋面： 前蘇聯(lián)伊利姆斯克 汽車庫，跨徑206m,受拉內(nèi)環(huán)采用鋼制，受壓外環(huán)采用鋼筋混凝土制作?？杀绕叫胁贾米龅捷^大跨度。,網(wǎng)狀布置形式(適用于圓形，矩形等各種平面),設(shè)計(jì)要點(diǎn) 單層懸索體系垂跨比經(jīng)驗(yàn)取值： 1/201/10 加強(qiáng)形狀穩(wěn)定性的措施： 采用重屋面 采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土懸掛薄殼 采用橫向加勁構(gòu)件,兩向索正交布置 屋面板規(guī)格統(tǒng)一 邊緣構(gòu)件彎矩大 于幅射式布置,懸索結(jié)構(gòu)(3), 雙層懸索結(jié)構(gòu) 一般形式 由下凹的承重索，上凸的穩(wěn)定索及它們之間的連系桿組成 承重索垂跨比一般取1/201/15 ，穩(wěn)定索拱跨比一般取1/201/25,平行布置形式,懸索結(jié)構(gòu)(4),幅射式及網(wǎng)狀布置形式,上索既是穩(wěn)定索，又直接承載 a)雙層內(nèi)環(huán)梁 b)雙層外環(huán)梁 c)雙層內(nèi)外環(huán)梁 d)單層外環(huán)梁