1、第九章大跨度建筑結(jié)構(gòu)第九章大跨度建筑結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)門式剛架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)折板結(jié)構(gòu)折板結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)社會的需要社會的需要 、新材料與新技術(shù)的應(yīng)用。、新材料與新技術(shù)的應(yīng)用。 ：鋼筋混凝上薄殼與折板，以及懸索結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝上薄殼與折板，以及懸索結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、鋼管結(jié)構(gòu)、張力結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)等鋼管結(jié)構(gòu)、張力結(jié)構(gòu)、懸掛結(jié)構(gòu)、充氣結(jié)構(gòu)等主要主要主要主要應(yīng)用于：應(yīng)用于：大型倉庫、大型廠房大型倉庫、大型廠房一一.門式剛架結(jié)構(gòu)（單層剛架）門式剛架結(jié)構(gòu)（單層剛架）1. 門式剛架的類型與構(gòu)造門式剛架的類型與構(gòu)造（1）按結(jié)構(gòu)形式分）按結(jié)構(gòu)形式

2、分無鉸剛架、雙鉸剛架、三鉸剛架無鉸剛架、雙鉸剛架、三鉸剛架w 無鉸剛架：超靜定剛架，結(jié)構(gòu)剛度大，但地基有無鉸剛架：超靜定剛架，結(jié)構(gòu)剛度大，但地基有不均勻沉降時，將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力不均勻沉降時，將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力w 有鉸剛架：靜定剛架，地基有不均勻沉降時，對有鉸剛架：靜定剛架，地基有不均勻沉降時，對結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力，但跨度大時，剛度較結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力，但跨度大時，剛度較差，一般用于小跨度（差，一般用于小跨度（12m）和基礎(chǔ)較差的情況）和基礎(chǔ)較差的情況（2）按材料分）按材料分鋼筋混凝土剛架、鋼結(jié)構(gòu)剛架鋼筋混凝土剛架、鋼結(jié)構(gòu)剛架2. 基本尺度基本尺度輕鋼結(jié)構(gòu)：剛接支座輕鋼結(jié)構(gòu)：剛

3、接支座1/251/30跨中跨中1/401/50鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：特特 點：點： 桿件較少，制作方便，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間較大桿件較少，制作方便，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間較大 梁柱剛接，橫梁彎矩較鉸接減少，適用于中小跨結(jié)構(gòu)，梁柱剛接，橫梁彎矩較鉸接減少，適用于中小跨結(jié)構(gòu)，跨度可達米，跨度可達米，最適宜最適宜20米左右米左右 剛度較差，受荷后產(chǎn)生撓度，用于工業(yè)廠房時，吊車剛度較差，受荷后產(chǎn)生撓度，用于工業(yè)廠房時，吊車起重量不能過大起重量不能過大 廣泛用于工業(yè)廠房、單層的大型公共建筑、體育館等廣泛用于工業(yè)廠房、單層的大型公共建筑、體育館等二二. 桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)湖南國際會展中心湖南國際會展中心 空間桁架：

4、空間桁架：1. 桁架結(jié)構(gòu)的組成：桁架結(jié)構(gòu)的組成： 上弦桿、下弦桿、腹桿上弦桿、下弦桿、腹桿2. 桁架結(jié)構(gòu)的受力特點：桁架結(jié)構(gòu)的受力特點： 節(jié)點為鉸接、各桿為承受拉節(jié)點為鉸接、各桿為承受拉或壓的二力桿或壓的二力桿3. 桁架的類型桁架的類型木屋架木屋架鋼木屋架鋼木屋架鋼屋架鋼屋架輕鋼屋架、鋼筋混凝土屋架、實腹桁架輕鋼屋架、鋼筋混凝土屋架、實腹桁架立體桁架結(jié)構(gòu)立體桁架結(jié)構(gòu)3. 桁架結(jié)構(gòu)的選型桁架結(jié)構(gòu)的選型 屋架結(jié)構(gòu)的受力屋架結(jié)構(gòu)的受力 屋面防水需要屋面防水需要 使用環(huán)境需要使用環(huán)境需要 屋架結(jié)構(gòu)的跨度屋架結(jié)構(gòu)的跨度4.桁架結(jié)構(gòu)的布置桁架結(jié)構(gòu)的布置桁架跨度：桁架跨度：3m為模數(shù)為模數(shù)桁架間距：桁架間距

5、：6m、7.5m、9m、12m三三. 拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)拱結(jié)構(gòu)1. 受力特點和水平推力的處理方式受力特點和水平推力的處理方式桿件為壓彎構(gòu)件桿件為壓彎構(gòu)件，產(chǎn)生水平推力產(chǎn)生水平推力 H = M / f 拱軸形式的選擇：拱軸形式的選擇： 合理的拱軸線，只有軸力，沒有彎矩合理的拱軸線，只有軸力，沒有彎矩 均布荷載：二次拋物線均布荷載：二次拋物線)(42xlxlfy3. 矢高的影響：矢高的影響：矢高小時，拱身軸力大而且拱腳水平推力也大矢高小時，拱身軸力大而且拱腳水平推力也大矢高大時，拱身軸力和拱腳水平推力都小，但拱身的長矢高大時，拱身軸力和拱腳水平推力都小，但拱身的長度增大度增大 矢高矢高f=1/2時

6、，拱軸形式為半圓，水平推力為，受力時，拱軸形式為半圓，水平推力為，受力合理，但大跨度時顯得高聳，很少用于建筑物蓋合理，但大跨度時顯得高聳，很少用于建筑物蓋 合理矢高合理矢高:f = (1/21/8) L 屋蓋結(jié)構(gòu)：屋蓋結(jié)構(gòu)： f = (1/51/7) L4. 基本尺寸基本尺寸 拱的矢高：拱的矢高：f= (1/71/5) L 且應(yīng)且應(yīng) 1/10 L 拱身截面高度：拱身截面高度： 鋼筋混凝土拱鋼筋混凝土拱(1/301/40) L 鋼結(jié)構(gòu)拱鋼結(jié)構(gòu)拱 (1/30 1/80) L四四. 薄殼結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)1. 結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點雙向直接傳力（強度大）雙向直接傳力（強度大）極大空間剛度（剛度大）極大空間剛度（

7、剛度大）屋面承重合一（板架合一）屋面承重合一（板架合一）2. 殼體的優(yōu)缺點殼體的優(yōu)缺點優(yōu)點：自重輕、剛度大、強度大、充分發(fā)揮優(yōu)點：自重輕、剛度大、強度大、充分發(fā)揮材料的重大潛力、造型優(yōu)美材料的重大潛力、造型優(yōu)美缺點：施工困難、易產(chǎn)生聲音聚焦、隔熱差缺點：施工困難、易產(chǎn)生聲音聚焦、隔熱差4. 曲面形式曲面形式高斯曲率分類高斯曲率分類按幾何特點分類按幾何特點分類5. 常用形式和尺度常用形式和尺度筒殼筒殼 f (1/101/15) L1 t =(1/3001/500) L2 且且 50mm邊梁邊梁：(1/101/15) L1 橫隔：橫隔：6 12m球殼球殼 f 1/5 L1 L2/L1 40mm 五

8、五. 折板結(jié)構(gòu)折板結(jié)構(gòu)六六. 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)1. 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點、優(yōu)點與適用范圍網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點、優(yōu)點與適用范圍 特點：平面桁架相互交叉結(jié)合而成特點：平面桁架相互交叉結(jié)合而成 優(yōu)點：優(yōu)點： 多向受力的空間結(jié)構(gòu)，跨度大多向受力的空間結(jié)構(gòu)，跨度大 剛度大，穩(wěn)定性好剛度大，穩(wěn)定性好 桿件主要承受軸向力，能充分發(fā)揮桿件主要承受軸向力，能充分發(fā)揮 材料的強度材料的強度 高次超靜定，安全度高高次超靜定，安全度高 結(jié)構(gòu)高度小結(jié)構(gòu)高度小(1/101/20)，可以有效地利用建筑空可以有效地利用建筑空間，能夠利用較小的桿件建造大跨度結(jié)構(gòu)間，能夠利用較小的桿件建造大跨度結(jié)構(gòu) 桿件類型單一，適用于工業(yè)化生產(chǎn)、地面拼裝

9、，桿件類型單一，適用于工業(yè)化生產(chǎn)、地面拼裝，整體吊裝整體吊裝 材料：一般為鋼結(jié)構(gòu)（材料：一般為鋼結(jié)構(gòu)（16錳鋼）錳鋼） 桿件：鋼管、角鋼桿件：鋼管、角鋼 結(jié)點：空心球結(jié)點、鋼板焊接結(jié)點結(jié)點：空心球結(jié)點、鋼板焊接結(jié)點 適用范圍：中小跨度的工業(yè)和民用建筑、大跨度的適用范圍：中小跨度的工業(yè)和民用建筑、大跨度的體育館、展覽館等屋蓋結(jié)構(gòu)體育館、展覽館等屋蓋結(jié)構(gòu)2. 網(wǎng)架分類網(wǎng)架分類按外形分：曲面網(wǎng)架、平面網(wǎng)架按外形分：曲面網(wǎng)架、平面網(wǎng)架曲面網(wǎng)架（網(wǎng)殼）曲面網(wǎng)架（網(wǎng)殼）單曲、雙曲、單層、雙層單曲、雙曲、單層、雙層特點：特點： 利用一定的起拱度來實現(xiàn)外力的空間傳遞利用一定的起拱度來實現(xiàn)外力的空間傳遞 多余的

10、上凸增加了建筑容積多余的上凸增加了建筑容積 巨大的推力，造成施工困難，材料消耗大巨大的推力，造成施工困難，材料消耗大網(wǎng)格尺寸網(wǎng)格尺寸選擇適合的網(wǎng)格，使腹桿和弦桿選擇適合的網(wǎng)格，使腹桿和弦桿夾角在夾角在4055度度網(wǎng)殼的矢高網(wǎng)殼的矢高柱面網(wǎng)殼：柱面網(wǎng)殼：1/41/8球面網(wǎng)殼：球面網(wǎng)殼：1/21/7平面網(wǎng)架（平板網(wǎng)架）平面網(wǎng)架（平板網(wǎng)架） 平行桁架交叉而成，雙層平面網(wǎng)格平行桁架交叉而成，雙層平面網(wǎng)格 特點：空間受力，無推力特點：空間受力，無推力兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架正交：兩個方向桁正交：兩個方向桁 架互相垂直架互相垂直正放：兩個方向桁架正放：兩個方向桁架 都與建筑平面都與建筑平面 的邊線

11、平行的邊線平行特點：特點：兩個方向桁架跨度相等或接近時，兩個方向桁架受力兩個方向桁架跨度相等或接近時，兩個方向桁架受力比較均勻，且能發(fā)生整體空間作用比較均勻，且能發(fā)生整體空間作用適用范圍：建筑平面為正方形或接近正方形適用范圍：建筑平面為正方形或接近正方形中等跨度：中等跨度：3060米米兩向正交斜放網(wǎng)架兩向正交斜放網(wǎng)架正交：兩個方向桁架互相垂直正交：兩個方向桁架互相垂直斜放：兩個方向桁架都與建筑斜放：兩個方向桁架都與建筑 平面的邊線成平面的邊線成45度角度角特點特點:桁架長度不統(tǒng)一桁架長度不統(tǒng)一桁架長度不因平面長邊的增加而改變桁架長度不因平面長邊的增加而改變短桁架對長桁架起支承作用，可降低長桁架

12、的內(nèi)力短桁架對長桁架起支承作用，可降低長桁架的內(nèi)力網(wǎng)格平面圖形可維持幾何不變形，空間剛度好網(wǎng)格平面圖形可維持幾何不變形，空間剛度好適用范圍：適用范圍：任意尺寸的矩形建筑平面任意尺寸的矩形建筑平面中等跨度：中等跨度：3060米米大跨度：大跨度：60米以上米以上三向交叉網(wǎng)架三向交叉網(wǎng)架三個方向的桁架相互交三個方向的桁架相互交叉叉60度而成度而成特點：特點： 上下玄網(wǎng)格均為三角形上下玄網(wǎng)格均為三角形 空間剛度比兩向網(wǎng)架好空間剛度比兩向網(wǎng)架好 桿件內(nèi)力更均勻桿件內(nèi)力更均勻 結(jié)點匯交桿件多，構(gòu)造復(fù)雜結(jié)點匯交桿件多，構(gòu)造復(fù)雜錐體網(wǎng)架錐體網(wǎng)架由三角錐、四角錐或六角錐單元組成由三角錐、四角錐或六角錐單元組成棱

13、角斜桿作豎向腹桿棱角斜桿作豎向腹桿三角錐體網(wǎng)架三角錐體網(wǎng)架上下玄均為三角形網(wǎng)格上下玄均為三角形網(wǎng)格-空間剛度好空間剛度好跳格三角錐體網(wǎng)格：上玄為三角形網(wǎng)格，下玄為三角形和跳格三角錐體網(wǎng)格：上玄為三角形網(wǎng)格，下玄為三角形和 六角形網(wǎng)格六角形網(wǎng)格四角錐體網(wǎng)架四角錐體網(wǎng)架上下弦均為方格，上下弦均為方格，上下弦錯開半格上下弦錯開半格適用范圍：適用范圍：中小跨度結(jié)構(gòu)中小跨度結(jié)構(gòu)型式：型式：1正放四角錐體網(wǎng)正放四角錐體網(wǎng)架架2斜放四角錐體網(wǎng)斜放四角錐體網(wǎng)架架六角錐體網(wǎng)架六角錐體網(wǎng)架錐尖向下：上玄為正六角形網(wǎng)格，下玄為正三角形網(wǎng)格錐尖向下：上玄為正六角形網(wǎng)格，下玄為正三角形網(wǎng)格3.平板網(wǎng)架的主要尺寸平板網(wǎng)架

14、的主要尺寸網(wǎng)格尺寸：網(wǎng)格尺寸：跨度跨度L30mL60mL60m時，（時，（1/121/201/121/20）L L鋼筋混凝土屋面板時，不宜超過鋼筋混凝土屋面板時，不宜超過 3m X 3m3m X 3m輕型屋面：輕型屋面：3636米米網(wǎng)格尺寸還應(yīng)考慮腹桿傾角、網(wǎng)格尺寸還應(yīng)考慮腹桿傾角、柱距模數(shù)、屋面板尺寸柱距模數(shù)、屋面板尺寸網(wǎng)架高度網(wǎng)架高度和網(wǎng)格尺寸相匹配和網(wǎng)格尺寸相匹配短向跨度短向跨度L30mL60mL60m時，時，?。ㄈ。?/141/201/141/20）L L腹桿布置腹桿布置交叉桁架體系：腹桿傾角交叉桁架體系：腹桿傾角4055度度角錐網(wǎng)架：腹桿傾角角錐網(wǎng)架：腹桿傾角60度度大跨度網(wǎng)架：再分

15、式腹桿大跨度網(wǎng)架：再分式腹桿4. 平板網(wǎng)架的支承方式平板網(wǎng)架的支承方式周邊支承于柱周邊支承于柱每個結(jié)點都設(shè)置柱每個結(jié)點都設(shè)置柱周邊不設(shè)置邊桁架周邊不設(shè)置邊桁架用鋼量省用鋼量省適用范圍：大跨適用范圍：大跨度和中等跨度度和中等跨度周邊支承于圈梁周邊支承于圈梁柱子數(shù)量少、柱距布柱子數(shù)量少、柱距布置靈活、周邊可不設(shè)置靈活、周邊可不設(shè)置邊桁架、圈梁有利置邊桁架、圈梁有利于抗震于抗震適用范圍：中小跨度適用范圍：中小跨度點支承點支承柱子數(shù)量柱子數(shù)量少，建筑少，建筑物使用靈物使用靈活活適用范圍：適用范圍：大柱距的大柱距的廠房或倉廠房或倉庫庫三邊支承三邊支承自由邊必須設(shè)自由邊必須設(shè)邊梁或桁架梁邊梁或桁架梁適用范

16、圍：飛適用范圍：飛機庫或飛機修機庫或飛機修理裝配車間理裝配車間1. 懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展2. 懸索結(jié)構(gòu)的組成：懸索結(jié)構(gòu)的組成：懸索結(jié)構(gòu)由受拉索、邊緣構(gòu)件和懸索結(jié)構(gòu)由受拉索、邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件所組成。下部支承構(gòu)件所組成。3. 懸索結(jié)構(gòu)的特點懸索結(jié)構(gòu)的特點優(yōu)點：優(yōu)點：受力合理，用料經(jīng)濟受力合理，用料經(jīng)濟施工簡便施工簡便適應(yīng)性強，造型美觀適應(yīng)性強，造型美觀缺點：缺點：共振問題，穩(wěn)定問題共振問題，穩(wěn)定問題不能承受反向荷載不能承受反向荷載4. 懸索的受力與變形特點懸索的受力與變形特點柔性構(gòu)件：柔性構(gòu)件：既無彎矩也無剪力，只有軸向拉既無彎矩也無剪力，只有軸向拉力力H = M / fN = H / cosa單

17、層索屬于幾何可變體、雙層索屬于幾何不變體單層索屬于幾何可變體、雙層索屬于幾何不變體變形特變形特點：點： 索的變形隨荷載的不同而改變索的變形隨荷載的不同而改變5. 懸索結(jié)構(gòu)的分類：懸索結(jié)構(gòu)的分類：單層懸索體系、雙層懸索體系、交叉索網(wǎng)體系單層懸索體系、雙層懸索體系、交叉索網(wǎng)體系單層懸索體系：單層懸索體系：平行布置平行布置單層懸索體系的單層懸索體系的優(yōu)點：優(yōu)點：傳力明確，構(gòu)造簡單；傳力明確，構(gòu)造簡單；缺點：缺點：屋面穩(wěn)定性差，抗風(fēng)屋面穩(wěn)定性差，抗風(fēng)（上吸力）能力小。（上吸力）能力小。常采用重屋面，適用于常采用重屋面，適用于中小跨度建筑的屋蓋。中小跨度建筑的屋蓋。輻射形布置：輻射形布置： 內(nèi)環(huán)受拉、外

18、環(huán)受壓內(nèi)環(huán)受拉、外環(huán)受壓網(wǎng)狀布置：網(wǎng)狀布置：雙層懸索體系雙層懸索體系特點：特點：穩(wěn)定性好，整體剛度大，反向曲率的索系可以承穩(wěn)定性好，整體剛度大，反向曲率的索系可以承受不同方向的受不同方向的 荷載作用。荷載作用。適宜采用輕屋面，如鐵皮、鋁板、石棉板等屋面適宜采用輕屋面，如鐵皮、鋁板、石棉板等屋面材料和輕質(zhì)高效的保溫材料，以減輕屋蓋自重、材料和輕質(zhì)高效的保溫材料，以減輕屋蓋自重、節(jié)約材料、降低造價。節(jié)約材料、降低造價。分類：分類：單曲面、雙曲面、單曲面、雙曲面、1單曲面雙層拉索體系單曲面雙層拉索體系常用于矩形平面的單跨或多跨建筑常用于矩形平面的單跨或多跨建筑w單曲面雙層拉索體系中的承重索和穩(wěn)定索也可以單曲面雙層拉索體系中的承重索和穩(wěn)定索也可以不在同一豎向平面內(nèi)，而是相互錯開布置，構(gòu)成波不在同一豎向平面內(nèi)，而是相互錯開布置，構(gòu)成波形屋面形屋面雙曲面雙層拉索體系雙曲面雙層拉索體系 承重索和穩(wěn)定索均沿輻射承重索和穩(wěn)定索均沿輻射方向布置，周圍支承在周方向布置，周圍支承在周邊柱頂?shù)氖軌涵h(huán)梁上，中邊柱頂?shù)氖軌涵h(huán)梁上，中心則設(shè)置受拉內(nèi)環(huán)梁。整心則設(shè)置受拉內(nèi)環(huán)梁。整個屋蓋支承于外墻或周邊個屋蓋支承于外墻或周邊的柱上。的柱上。交叉索結(jié)構(gòu)（馬鞍形）交叉索結(jié)構(gòu)（馬鞍形）w交叉索網(wǎng)體系也由兩組相互交叉索網(wǎng)體系也由兩組相互正交正交的、的、曲率相反曲率