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1、设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构本章目录本章目录基本要求基本要求8.1 8.1 平面承重的大跨屋盖结构平面承重的大跨屋盖结构8.2 8.2 空间网架屋盖结构空间网架屋盖结构8.3 8.3 悬挂式屋盖简介悬挂式屋盖简介1.了解平面承重的大跨屋盖了解平面承重的大跨屋盖结构的分类和构造特点。结构的分类和构造特点。2.了解空间网架屋盖结构的了解空间网架屋盖结构的特性和组成分类。特性和组成分类。3.了解悬挂式屋盖结构的布了解悬挂式屋盖结构的布置形式。置形式。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房
2、屋结构 大跨度房屋大跨度房屋结构常用于公共建筑。如会堂、影构常用于公共建筑。如会堂、影剧院、展院、展览馆、音、音乐厅、体育、体育馆、加盖体育、加盖体育场、市、市场、火火车站、航空港等。站、航空港等。 也用于工也用于工业建筑，特建筑，特别是在航空工是在航空工业和造船工和造船工业中，如中，如飞机制造厂的机制造厂的总装配装配车间、飞机机库、造船厂的、造船厂的船体船体结构构车间等。等。 大跨度建筑物的用途、其使用条件以及大跨度建筑物的用途、其使用条件以及对其建筑其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多构方案的多样性。性。 可采用可采用梁式梁式、框架式、拱式框架
3、式、拱式、空空间式式以及以及悬挂挂- -悬索式索式的的结构。构。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.1设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.2设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.3设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.4 飞机库梁式结构飞机库梁式结构950110073.8477004500087500图图8.0.5图图8.0.6设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.7 郑州碧波园娱乐中心空间拱形屋盖结构（建筑平面
4、郑州碧波园娱乐中心空间拱形屋盖结构（建筑平面80m80m80m80m）40,00021,500320001600032000800002800500012500设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.8 上海国际体操中心主体育馆上海国际体操中心主体育馆铝穹穹顶下沉式碗形气楼下沉式碗形气楼铝合金三角板合金三角板铝合金穹合金穹顶构架构架遮雨板遮雨板披水板披水板铝墙板以及板以及采光窗采光窗设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.9 海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构100005000500022
5、0000.00022.000预应力混凝土力混凝土长梁梁115000设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.10 首都机场三号航站楼首都机场三号航站楼设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.11 日本名古屋网壳穹顶日本名古屋网壳穹顶设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构第节第节 平面承重的大跨屋盖结构平面承重的大跨屋盖结构1. 1. 梁式大跨结构梁式大跨结构2. 2. 框架结构框架结构3. 3. 拱式结构拱式结构了解大跨屋盖结构分类方法与应用了解大跨屋盖结构分类方法与应用 本节目录本节目录基本要求基本要求
6、设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 应用用：通常采用：通常采用简支桁架作支桁架作为主要承重构件。其上、主要承重构件。其上、下弦及腹杆下弦及腹杆仅承受拉力或承受拉力或压力，力，对支座也没有横推力。支座也没有横推力。重点重点是是支撑系支撑系统的布置，的布置，对保保证整个整个结构体系的整体构体系的整体刚度是非常度是非常重要的。重要的。 优点点：制造与安装：制造与安装较为简单。 常用体系常用体系：大跨度屋盖、：大跨度屋盖、预应力三角形截面桁架力三角形截面桁架 适用跨度适用跨度：40 60m，更大的跨度由于耗，更大的跨度由于耗钢量量过大而不大而不经济。8.1.1 8.1.1
7、梁式大跨结构梁式大跨结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构预应力三角形截面桁架力三角形截面桁架 预应力力三三角角形形截截面面桁桁架架便便于于制制造造、运运输和和安安装装，给设置大跨度梁式置大跨度梁式结构体系以良好基构体系以良好基础。(a)图图8.1.1设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 铺设于于屋屋架架上上的的钢筋筋混混凝凝土土屋屋面面板板可可参参与与共共同同受受压，采采用用管管材材( (方方管管、圆管管) )杆杆件件以以及及施施加加预应力力这三三个个方方面面使使得得这种种结构构体体系系钢材材用用量量比比较经济。(b)钢筋混凝土屋面板钢筋
8、混凝土屋面板拉杆拉杆三角形屋架三角形屋架6m(c)钢筋混凝土屋面板钢筋混凝土屋面板2430m(d)钢筋混凝土屋面板钢筋混凝土屋面板1824m玻璃窗玻璃窗图图8.1.2设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构两两铰框架：框架：对温度作用不敏感，温度作用不敏感，刚度度较差差无无铰框架：框架：刚度好，用度好，用钢量省、便于安装，但量省、便于安装，但对基基础要要 求求较高高实腹框架：用工量少，可装运性好，腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。能降低房屋高度。 格构框架：格构框架：当跨度大于当跨度大于60m时，实腹式框架不太腹式框架不太经济， 此此时可采用格构式，最大可做
9、到可采用格构式，最大可做到150m。8.1.2 8.1.2 框架结构框架结构8.1.2.1 8.1.2.1 框架的体系及形式框架的体系及形式设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.1.2.2 8.1.2.2 计算原则及构造特点计算原则及构造特点 计算原则计算原则 格构式普通框架可以折算成与其等效的格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。腹框架。 重型的格构式框架按格构式体系考重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的全部腹杆的变形形进行行计算。算。 大跨框架的大跨框架的挠度度仅用可用可变荷荷载求得，永久荷求得，永久荷载产生生的的挠度由相度由相应的的结构起拱来抵消。
10、构起拱来抵消。 当跨度大于当跨度大于50m且且刚性柱性柱( (支座支座) )不高不高时，须计入框入框架的温度架的温度应力。两力。两铰框架中，框架柱可以做成沿高度框架中，框架柱可以做成沿高度变截面形式，截面形式，这样能减能减轻结构自重并具有构自重并具有较好的外好的外观。 当杆件内力大于等于当杆件内力大于等于2000kN时，应按重型桁架按重型桁架设计，杆件截面通常杆件截面通常设计成双腹杆的。成双腹杆的。 设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 当支座反力大于当支座反力大于25003000kN时，框架的支座，框架的支座应设计成成辊轴式；反力式；反力较小小时，可，可设计成平板式
11、。成平板式。 构造特点构造特点 在双在双铰框架框架结构中构中,为减小横梁中部的弯矩减小横梁中部的弯矩,可采用可采用图中使横梁卸中使横梁卸载的做法的做法。 O悬挂挂墙(a)RRe(b)图图8.1.3设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 横梁与柱横梁与柱连接的框架接的框架节点内点内角弯折角弯折处应做成做成平平缓曲曲线以避免以避免应力集中。力集中。为使使转角角处腹板不致腹板不致失失稳，应在其内在其内部受部受压区区设置短置短加加劲肋。肋。图图8.1.4（a） （b）设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.1.3 8.1.3 拱式结构拱式结构8.1.3
12、.1 8.1.3.1 拱的体系及形式拱的体系及形式 （1 1）拱的形式有：两）拱的形式有：两铰拱、三拱、三铰拱、无拱、无铰拱。拱拱。拱式体系用式体系用钢量比梁式体系及框架体系量比梁式体系及框架体系经济。 两两铰拱：安装和制造拱：安装和制造简单。因。因为铰可自由可自由转动的特的特性，两性，两铰拱易于适拱易于适应变形。形。 三三铰拱：与两拱：与两铰拱相比无突出的拱相比无突出的优点，拱点，拱钥铰还使使拱本身拱本身结构及屋面构及屋面设置复置复杂化。化。 两铰拱两铰拱lf(a)三铰拱三铰拱lf(b)无铰拱无铰拱lf(c)图图8.1.5设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设置拉杆
13、置拉杆 对于于软弱地基的情况，弱地基的情况，设置拉杆承担拱的横向水平置拉杆承担拱的横向水平力更力更为合适。合适。设有拉杆的拱其支座主要承受垂直荷有拉杆的拱其支座主要承受垂直荷载，故故这种情况下支座比种情况下支座比较轻巧。巧。 无无铰拱：拱：对于弯矩沿跨度的分配最于弯矩沿跨度的分配最为有利，但必有利，但必须设置置强大的基大的基础，而且要，而且要计算温度的作用。算温度的作用。（2 2）水平推力的解决措施：）水平推力的解决措施： 拱支承在拱支承在墙体上体上时，横向反力也可用在支座，横向反力也可用在支座铰水平水平处设置拉杆的置拉杆的办法加以解决。法加以解决。为了在不增加房屋高度的了在不增加房屋高度的情
14、况下增大房情况下增大房间的有效高度，有的有效高度，有时将拉杆布置于拱支座将拉杆布置于拱支座铰水平之上。水平之上。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设置拱扶壁置拱扶壁 在加盖的体育在加盖的体育场、展、展览馆以及以及飞机机库里，拱的支座里，拱的支座常常是房屋的常常是房屋的墙体、看台等。没有横体、看台等。没有横墙或看台的情况下或看台的情况下则要求要求设置拱扶壁以承受拱的水平推力。置拱扶壁以承受拱的水平推力。图图8.1.6 设置抬高拉杆的拱设置抬高拉杆的拱拉杆拉杆0.05505501670017800设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构（3 3）拱
15、外形：）拱外形：接近接近压力曲力曲线 抛物抛物线拱：当拱：当对称的、沿拱弦称的、沿拱弦线均布的荷均布的荷载值起起主要作用主要作用时最最为合适。合适。 圆弧拱：适于扁平拱弧拱：适于扁平拱, ,可以可以简化拱的化拱的设计与制造，与制造，使拱构件及使拱构件及节点达到最大点达到最大标准化。准化。 悬链线拱：适于自重很大的高拱。高拱中拱：适于自重很大的高拱。高拱中风荷荷载引起很大的内力，而且引起很大的内力，而且风荷荷载有可能自两面作用并有可能自两面作用并给出两条截然离散的出两条截然离散的风压线。此。此时拱的外形宜取两条极拱的外形宜取两条极端端风压曲曲线的中的中间线。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨
16、度房屋结构大跨度房屋结构8.1.3.2 8.1.3.2 拱的构造特点拱的构造特点拱截面分拱截面分实腹式和桁架式两种，一般腹式和桁架式两种，一般为等截面。拱身等截面。拱身所受弯矩所受弯矩较小，因而截面高度不大，小，因而截面高度不大，实腹式可取腹式可取 1/50-1 /80，桁架式可取，桁架式可取1 /30- 1 /60。拱截面可采用拱截面可采用H H型型钢、双角、双角钢、T T型型钢、槽、槽钢、圆钢管管和方和方钢管等。管等。格构拱的腹杆可格构拱的腹杆可设计成附加成附加竖杆的三角体系、无附加杆的三角体系、无附加竖杆的三角形体系及斜腹杆体系。（如下杆的三角形体系及斜腹杆体系。（如下图）设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.1.7 格构拱构造方案格构拱构造方案运运输单元元主主檩运运输单元元主主檩安装安装节点点(a)(b)(c)设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 实腹式拱与格构式拱的支座腹式拱与格构式拱的支座铰具有相同的具有相同的结构。常构。常用的支座用的支座铰的形式如下。的形式如下。 图图8.1.8 拱与框架的支座拱与框架的支座( (
