第九章大跨度建筑结构课件

第九章大跨度建筑结构第九章大跨度建筑结构门式刚架结构门式刚架结构桁架结构桁架结构拱结构拱结构折板结构折板结构悬索结构悬索结构大跨度建筑大跨度建筑大跨度建筑大跨度建筑发展的原因：发展的原因：发展的原因：发展的原因：社会的需要社会的需要 、新材料与新技术的应用。、新材料与新技术的应用。大跨度建筑的大跨度建筑的大跨度建筑的大跨度建筑的结构形式结构形式结构形式结构形式 ：钢筋混凝上薄壳与折板，以及悬索结构、网架结构、钢筋混凝上薄壳与折板，以及悬索结构、网架结构、钢管结构、张力结构、悬挂结构、充气结构等钢管结构、张力结构、悬挂结构、充气结构等主要主要主要主要应用于：应用于：用于展览馆、体育馆、大型公共建筑、飞机库，用于展览馆、体育馆、大型公共建筑、飞机库，用于展览馆、体育馆、大型公共建筑、飞机库，用于展览馆、体育馆、大型公共建筑、飞机库，大型仓库、大型厂房大型仓库、大型厂房一一.门式刚架结构（单层刚架）门式刚架结构（单层刚架）1.门式刚架的类型与构造门式刚架的类型与构造（1）按结构形式分）按结构形式分无铰刚架、双铰刚架、三铰刚架无铰刚架、双铰刚架、三铰刚架w无铰刚架：超静定刚架，结构刚度大，但地基有不无铰刚架：超静定刚架，结构刚度大，但地基有不均匀沉降时，将使结构产生附加内应力均匀沉降时，将使结构产生附加内应力w有铰刚架：静定刚架，地基有不均匀沉降时，对结有铰刚架：静定刚架，地基有不均匀沉降时，对结构不会产生附加内应力，但跨度大时，刚度较差，构不会产生附加内应力，但跨度大时，刚度较差，一般用于小跨度（一般用于小跨度（12m）和基础较差的情况）和基础较差的情况（2）按材料分）按材料分钢筋混凝土刚架、钢结构刚架钢筋混凝土刚架、钢结构刚架2.基本尺度基本尺度轻钢结构：刚接支座轻钢结构：刚接支座1/251/30跨中跨中1/401/50钢筋混凝土结构：钢筋混凝土结构：特特 点：点：杆件较少，制作方便，结构内部空间较大杆件较少，制作方便，结构内部空间较大梁柱刚接，横梁弯矩较铰接减少，适用于中小跨结构，梁柱刚接，横梁弯矩较铰接减少，适用于中小跨结构，跨度可达米，跨度可达米，最适宜最适宜20米左右米左右刚度较差，受荷后产生挠度，用于工业厂房时，吊车起刚度较差，受荷后产生挠度，用于工业厂房时，吊车起重量不能过大重量不能过大 广泛用于工业厂房、单层的大型公共建筑、体育馆等广泛用于工业厂房、单层的大型公共建筑、体育馆等二二.桁架结构桁架结构湖南国际会展中心湖南国际会展中心 空间桁架：空间桁架：1.桁架结构的组成：桁架结构的组成：上弦杆、下弦杆、腹杆上弦杆、下弦杆、腹杆2.桁架结构的受力特点：桁架结构的受力特点：节点为铰接、各杆为承受拉节点为铰接、各杆为承受拉或压的二力杆或压的二力杆3.桁架的类型桁架的类型木屋架木屋架钢木屋架钢木屋架钢屋架钢屋架轻钢屋架、钢筋混凝土屋架、实腹桁架轻钢屋架、钢筋混凝土屋架、实腹桁架立体桁架结构立体桁架结构3.桁架结构的选型桁架结构的选型 屋架结构的受力屋架结构的受力 屋面防水需要屋面防水需要 使用环境需要使用环境需要 屋架结构的跨度屋架结构的跨度4.桁架结构的布置桁架结构的布置桁架跨度：桁架跨度：3m为模数为模数桁架间距：桁架间距：6m、7.5m、9m、12m三三.拱结构拱结构拱结构拱结构1.受力特点和水平推力的处理方式受力特点和水平推力的处理方式2.杆件为压弯构件杆件为压弯构件，产生水平推力产生水平推力3.H=M/f拱轴形式的选择：拱轴形式的选择：合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩均布荷载：二次抛物线均布荷载：二次抛物线3.矢高的影响：矢高的影响：矢高小时，拱身轴力大而且拱脚水平推力也大矢高小时，拱身轴力大而且拱脚水平推力也大矢高大时，拱身轴力和拱脚水平推力都小，但拱身的长矢高大时，拱身轴力和拱脚水平推力都小，但拱身的长度增大度增大 矢高矢高f=1/2时，拱轴形式为半圆，水平推力为，受力时，拱轴形式为半圆，水平推力为，受力合理，但大跨度时显得高耸，很少用于建筑物盖合理，但大跨度时显得高耸，很少用于建筑物盖 合理矢高合理矢高:f=(1/21/8)L 屋盖结构：屋盖结构：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 且应且应 1/10 L 拱身截面高度：拱身截面高度：钢筋混凝土拱钢筋混凝土拱(1/301/40)L 钢结构拱钢结构拱 (1/30 1/80)L四四.薄壳结构薄壳结构罗马小体育宫（罗马小体育宫（罗马小体育宫（罗马小体育宫（1957195719571957，网格形薄壳屋顶），网格形薄壳屋顶），网格形薄壳屋顶），网格形薄壳屋顶）1.结构特点结构特点双向直接传力（强度大）双向直接传力（强度大）极大空间刚度（刚度大）极大空间刚度（刚度大）屋面承重合一（板架合一）屋面承重合一（板架合一）2.壳体的优缺点壳体的优缺点优点：自重轻、刚度大、强度大、充分发挥优点：自重轻、刚度大、强度大、充分发挥材料的重大潜力、造型优美材料的重大潜力、造型优美缺点：施工困难、易产生声音聚焦、隔热差缺点：施工困难、易产生声音聚焦、隔热差4.曲面形式曲面形式高斯曲率分类高斯曲率分类按几何特点分类按几何特点分类5.常用形式和尺度常用形式和尺度筒壳筒壳 f(1/101/15)L1 t=(1/3001/500)L2 且且 50mm边梁边梁：(1/101/15)L1 横隔：横隔：6 12m球壳球壳 f 1/5 L1 L2/L1 40mm 五五.折板结构折板结构巴黎，联合国教科文组织会议厅（巴黎，联合国教科文组织会议厅（巴黎，联合国教科文组织会议厅（巴黎，联合国教科文组织会议厅（19531953195319531958195819581958）六六.网架结构网架结构1.网架结构的特点、优点与适用范围网架结构的特点、优点与适用范围特点：平面桁架相互交叉结合而成特点：平面桁架相互交叉结合而成 优点：优点：多向受力的空间结构，跨度大多向受力的空间结构，跨度大刚度大，稳定性好刚度大，稳定性好杆件主要承受轴向力，能充分发挥杆件主要承受轴向力，能充分发挥 材料的强度材料的强度高次超静定，安全度高高次超静定，安全度高结构高度小结构高度小(1/101/20)，可以有效地利用建筑可以有效地利用建筑空间，能够利用较小的杆件建造大跨度结构空间，能够利用较小的杆件建造大跨度结构杆件类型单一，适用于工业化生产、地面拼装，杆件类型单一，适用于工业化生产、地面拼装，整体吊装整体吊装材料：一般为钢结构（材料：一般为钢结构（16锰钢）锰钢）杆件：钢管、角钢杆件：钢管、角钢结点：空心球结点、钢板焊接结点结点：空心球结点、钢板焊接结点适用范围：中小跨度的工业和民用建筑、大跨度的适用范围：中小跨度的工业和民用建筑、大跨度的体育馆、展览馆等屋盖结构体育馆、展览馆等屋盖结构2.网架分类网架分类按外形分：曲面网架、平面网架按外形分：曲面网架、平面网架曲面网架（网壳）曲面网架（网壳）单曲、双曲、单层、双层单曲、双曲、单层、双层特点：特点：利用一定的起拱度来实现外力的空间传递利用一定的起拱度来实现外力的空间传递多余的上凸增加了建筑容积多余的上凸增加了建筑容积巨大的推力，造成施工困难，材料消耗大巨大的推力，造成施工困难，材料消耗大网格尺寸网格尺寸选择适合的网格，使腹杆和弦杆选择适合的网格，使腹杆和弦杆夹角在夹角在4055度度网壳的矢高网壳的矢高柱面网壳：柱面网壳：1/41/8球面网壳：球面网壳：1/21/7平面网架（平板网架）平面网架（平板网架）平行桁架交叉而成，双层平面网格平行桁架交叉而成，双层平面网格特点：空间受力，无推力特点：空间受力，无推力两向正交正放网架两向正交正放网架正交：两个方向桁正交：两个方向桁 架互相垂直架互相垂直正放：两个方向桁架正放：两个方向桁架 都与建筑平面都与建筑平面 的边线平行的边线平行特点：特点：两个方向桁架跨度相等或接近时，两个方向桁架受力两个方向桁架跨度相等或接近时，两个方向桁架受力比较均匀，且能发生整体空间作用比较均匀，且能发生整体空间作用适用范围：建筑平面为正方形或接近正方形适用范围：建筑平面为正方形或接近正方形中等跨度：中等跨度：3060米米两向正交斜放网架两向正交斜放网架正交：两个方向桁架互相垂直正交：两个方向桁架互相垂直斜放：两个方向桁架都与建筑斜放：两个方向桁架都与建筑 平面的边线成平面的边线成45度角度角特点特点:桁架长度不统一桁架长度不统一桁架长度不因平面长边的增加而改变桁架长度不因平面长边的增加而改变短桁架对长桁架起支承作用，可降低长桁架的内力短桁架对长桁架起支承作用，可降低长桁架的内力网格平面图形可维持几何不变形，空间刚度好网格平面图形可维持几何不变形，空间刚度好适用范围：适用范围：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网架三向交叉网架三个方向的桁架相互交三个方向的桁架相互交叉叉60度而成度而成特点：特点：上下玄网格均为三角形上下玄网格均为三角形空间刚度比两向网架好空间刚度比两向网架好杆件内力更均匀杆件内力更均匀结点汇交杆件多，构造复杂结点汇交杆件多，构造复杂锥体网架锥体网架由三角锥、四角锥或六角锥单元组成由三角锥、四角锥或六角锥单元组成棱角斜杆作竖向腹杆棱角斜杆作竖向腹杆三角锥体网架三角锥体网架上下玄均为三角形网格上下玄均为三角形网格-空间刚度好空间刚度好跳格三角锥体网格：上玄为三角形网格，下玄为三角形和跳格三角锥体网格：上玄为三角形网格，下玄为三角形和 六角形网格六角形网格四角锥体网架四角锥体网架上下弦均为方格，上下弦均为方格，上下弦错开半格上下弦错开半格适用范围：适用范围：中小跨度结构中小跨度结构型式：型式：1正放四角锥体网正放四角锥体网架架2斜放四角锥体网斜放四角锥体网架架六角锥体网架六角锥体网架锥尖向下：上玄为正六角形网格，下玄为正三角形网格锥尖向下：上玄为正六角形网格，下玄为正三角形网格3.平板网架的主要尺寸平板网架的主要尺寸网格尺寸：网格尺寸：跨度跨度L30mL60mL60m时，（时，（1/121/201/121/20）L L钢筋混凝土屋面板时，不宜超过钢筋混凝土屋面板时，不宜超过 3m X 3m 3m X 3m轻型屋面：轻型屋面：3636米米网格尺寸还应考虑腹杆倾角、网格尺寸还应考虑腹杆倾角、柱距模数、屋面板尺寸柱距模数、屋面板尺寸网架高度网架高度和网格尺寸相匹配和网格尺寸相匹配短向跨度短向跨度L30mL60mL60m时，时，取（取（1/141/201/141/20）L L腹杆布置腹杆布置交叉桁架体系：腹杆倾角交叉桁架体系：腹杆倾角4055度度角锥网架：腹杆倾角角锥网架：腹杆倾角60度度大跨度网架：再分式腹杆大跨度网架：再分式腹杆4.平板网架的支承方式平板网架的支承方式周边支承于柱周边支承于柱每个结点都设置柱每个结点都设置柱周边不设置边桁架周边不设置边桁架用钢量省用钢量省适用范围：大跨适用范围：大跨度和中等跨度度和中等跨度周边支承于圈梁周边支承于圈梁柱子数量少、柱距布柱子数量少、柱距布置灵活、周边可不设置灵活、周边可不设置边桁架、圈梁有利置边桁架、圈梁有利于抗震于抗震适用范围：中小跨度适用范围：中小跨度点支承点支承柱子数量柱子数量少，建筑少，建筑物使用灵物使用灵活活适用范围：适用范围：大柱距的大柱距的厂房或仓厂房或仓库库三边支承三边支承自由边必须设自由边必须设边梁或桁架梁边梁或桁架梁适用范围：飞适用范围：飞机库或飞机修机库或飞机修理装配车间理装配车间七七.悬悬 索索 结结 构构美国罗利市牲畜展赛馆（美国罗利市牲畜展赛馆（1953195319541954）1.悬索结构的发展2.悬索结构的组成：悬索结构的组成：悬索结构由受拉索、边缘构件和悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。下部支承构件所组成。3.悬悬 索索 结结 构构 的的 特特 点点优优点点：受受力力合合理理，用用料料经经济济施施工工简简便便适适应应性性强强，造造型型美美观观缺缺点点：共共振振问问题题，稳稳定定问问题题不不能