大跨度建筑构造(史上最全面).ppt
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第四章大跨度建筑构造本章内容本章内容vv主要的大跨结构类型及造型特点主要的大跨结构类型及造型特点vv屋顶的构造处理要点屋顶的构造处理要点vv天窗设计要点天窗设计要点各类型大跨结构的基本力学原理和特征nn建筑造型与结构的有机结合。
nn尺度的概念nn屋顶构造及天窗学习重点v大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准,国大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准,国家标准家标准钢结构设计规范钢结构设计规范、网架结构设网架结构设计与施工规程计与施工规程将将60m以上定义为大跨度结以上定义为大跨度结构,计算和构造均有特殊规定。
我国目前最构,计算和构造均有特殊规定。
我国目前最大跨度做到大跨度做到340m,以钢索和膜材做成的索膜,以钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到结构最大已做到320m。
大跨度建筑构造大跨度建筑构造-概论概论vv界定:
界定:
30M30M以上以上vv我国现行钢结构规范:
我国现行钢结构规范:
60M60M以上以上vv历史历史万神庙万神庙美国美国底特律底特律韦恩县体育馆韦恩县体育馆(WayneCountystadiumWayneCountystadium)(266m266m,圆形钢网壳),圆形钢网壳)上海体育馆上海体育馆(110m110m,圆形钢平板网架),圆形钢平板网架)英国千年穹英国千年穹(365m365m,帐篷结构),帐篷结构)vv如何选择结构形式如何选择结构形式vv造型造型空间利用的合理性空间利用的合理性对内部装饰的影响对内部装饰的影响万神庙穹顶直径达穹顶直径达43.343.3米。
顶米。
顶端高度也是端高度也是43.343.3米。
米。
它中央它中央开一个直径开一个直径8.98.9米的米的圆圆洞洞。
结结构构为为混凝土混凝土浇浇筑,筑,为为了减了减轻轻自重,厚自重,厚墙墙上开有壁上开有壁龛龛,龛龛上有暗券承重,上有暗券承重,龛龛内置放神内置放神像。
神像外部造形像。
神像外部造形简洁简洁,内,内部空部空间间在在圆圆形洞口射入的光形洞口射入的光线线映影之下映影之下宠伟宠伟壮壮观观,富富有有神秘感神秘感。
上海体育馆是国内大型的体育是国内大型的体育是国内大型的体育是国内大型的体育馆馆馆馆之一,一九七五年建之一,一九七五年建之一,一九七五年建之一,一九七五年建成使用。
主成使用。
主成使用。
主成使用。
主馆馆馆馆呈呈呈呈圆圆圆圆形,高形,高形,高形,高3333米,屋米,屋米,屋米,屋顶顶顶顶网架网架网架网架跨度直径跨度直径跨度直径跨度直径110110米,可容米,可容米,可容米,可容纳观纳观纳观纳观众众众众1800018000人。
人。
人。
人。
英国千年穹英国千年穹整个建筑整个建筑采用帐篷结构采用帐篷结构,1212根根100100米高的米高的钢钢桅杆直刺桅杆直刺苍苍穹,穹,张张拉着直径拉着直径365365米,周米,周长长大于大于10001000米的穹面米的穹面钢钢索网。
光是索网。
光是钢钢索网就用了索网就用了长长达达4343英里的英里的钢缆钢缆。
室内最高。
室内最高处为处为5050多米,容多米,容积约积约为为240240万立方米。
屋面材料表面万立方米。
屋面材料表面积积1010万平方米,万平方米,材料材料仅仅为为11毫米厚的膜状材料,却毫米厚的膜状材料,却坚韧坚韧无比。
同无比。
同时时它有卓越的透光性,可充分利用自然光。
它有卓越的透光性,可充分利用自然光。
日本大馆树海圆拱日本大馆树海圆拱日本秋叶台文化体育馆日本秋叶台文化体育馆日本东京穹顶日本东京穹顶以棒球等体育运动的观看为目的,膜屋顶是用空气的压力所支撑的,并由绳索以棒球等体育运动的观看为目的,膜屋顶是用空气的压力所支撑的,并由绳索来补强的结构,膜屋顶平面是边长为来补强的结构,膜屋顶平面是边长为180180米的正方形,空气膜结构有加压送风系统,米的正方形,空气膜结构有加压送风系统,室内压力比外部气压高室内压力比外部气压高300Pa300Pa,保持增压状态。
,保持增压状态。
大跨度结构形式可分为两大类vv平面结构体系平面结构体系桁架桁架刚架刚架拱拱(把结构构件本身作为独立的单(把结构构件本身作为独立的单元来考虑)元来考虑)vv空间结构体系空间结构体系网架网架折板折板薄壳薄壳悬索悬索(把结构的所有组成构件协同起(把结构的所有组成构件协同起来共同跨越空间,作为整体来考来共同跨越空间,作为整体来考虑虑整体作用大于单个作用之整体作用大于单个作用之和,且多向受力比单向受力更发和,且多向受力比单向受力更发挥材料潜力,空间工作比平面工挥材料潜力,空间工作比平面工作更符合力的自然传递路线)作更符合力的自然传递路线)十种常用的大跨度结构形式vv拱拱vv刚架刚架vv桁架桁架vv网架网架vv折板折板vv薄壳薄壳vv悬索悬索vv帐篷薄膜(张拉)帐篷薄膜(张拉)vv充气薄膜充气薄膜vv悬挑(各种方式的应用悬挑(各种方式的应用和组合)和组合)一、拱结构及其造型一、拱结构及其造型vv特点vv结构类型vv影响造型的因素一、拱结构及其造型一、拱结构及其造型vv特点特点轴向受压(无弯距、只要求材料的受压性能好,可以很薄。
相同轴向受压(无弯距、只要求材料的受压性能好,可以很薄。
相同截面高的拱与梁,由于前者的曲面作用,跨度相差截面高的拱与梁,由于前者的曲面作用,跨度相差nn倍)倍)有横向侧推力有横向侧推力一、拱结构及其造型一、拱结构及其造型vv结构类型结构类型无铰拱、两铰拱、三铰拱无铰拱、两铰拱、三铰拱木、钢、钢筋混凝土木、钢、钢筋混凝土实腹、空腹实腹、空腹一、拱结构及其造型一、拱结构及其造型vv影响造型的因素影响造型的因素矢高矢高ff(1/5-1/71/5-1/7不小于不小于1/101/10)平衡水平侧推力的方式(见下图)平衡水平侧推力的方式(见下图)由拉杆承受拱推力的建筑造型由拉杆承受拱推力的建筑造型由框架结构承受拱推力的建筑造型由框架结构承受拱推力的建筑造型由基础承受拱推力的建筑造型由基础承受拱推力的建筑造型屋面材料的类型(如油毡屋面材料的类型(如油毡ff不小于不小于1/81/8)vv实例实例二、刚架结构及其造型二、刚架结构及其造型vv特点vv结构类型vv影响造型的因素vv刚架结构是由梁和柱组成的结构,各杆件主要受弯。
刚架结构是由梁和柱组成的结构,各杆件主要受弯。
刚架的梁和刚架的梁和柱结点主要是柱结点主要是刚结点刚结点刚结点刚结点,也可以有部分铰结点或组合结点。
,也可以有部分铰结点或组合结点。
vv排架的结构排架的结构排架的结构排架的结构:
排架由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成,排架由屋架(或屋面梁)、柱和基础组成,柱与柱与屋架屋架铰接铰接铰接铰接,与基础,与基础刚接刚接。
是单层厂房结构的基本结构形式。
是单层厂房结构的基本结构形式。
vv排架结构排架结构排架结构排架结构:
顾名思义,一排一排的。
主要用于单层厂房,由:
顾名思义,一排一排的。
主要用于单层厂房,由屋架、柱子和基础构成横向平面排架,是厂房的主要承重体屋架、柱子和基础构成横向平面排架,是厂房的主要承重体系,再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联系,再通过屋面板、吊车梁、支撑等纵向构件将平面排架联结起来,构成整体的空间结构。
结起来,构成整体的空间结构。
二、刚架结构及其造型二、刚架结构及其造型vv受力特点受力特点:
vv刚结点(与排架结构对比):
大大减少梁的跨中弯距刚结点(与排架结构对比):
大大减少梁的跨中弯距vv在竖向荷载作用下能减少梁的跨中弯距在竖向荷载作用下能减少梁的跨中弯距vv在水平作用下能减少柱内弯距在水平作用下能减少柱内弯距vv刚架结构轻巧,可以节省钢材和水泥刚架结构轻巧,可以节省钢材和水泥vv结构下部的空间增大结构下部的空间增大vv倾斜的横梁使建筑的外轮廓富于变化倾斜的横梁使建筑的外轮廓富于变化vv特点特点vv结构断面小,外形简洁,可暴露结构构件结构断面小,外形简洁,可暴露结构构件vv门型刚架中部向上微翘有利于综合利用室内空间,门型刚架中部向上微翘有利于综合利用室内空间,扩大净空高度扩大净空高度vv适用于适用于40m40m跨度以内,动荷载不能太大(吊车跨度以内,动荷载不能太大(吊车10T10T,远小于排架),远小于排架)vv适用范围:
适用范围:
vv体育馆、礼堂、食堂、菜场等体育馆、礼堂、食堂、菜场等二、刚架结构及其造型二、刚架结构及其造型vv结构类型结构类型无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架二、刚架结构及其造型二、刚架结构及其造型三、桁架结构及其造型三、桁架结构及其造型vv特点vv结构类型vv造型vv桁架由以铰接三角形为单元桁架由以铰接三角形为单元(空腹桁架是刚接四边形空腹桁架是刚接四边形)、不承受垂直于杆轴的荷不承受垂直于杆轴的荷载载的杆件组成的格构体系的杆件组成的格构体系空腹桁架空腹桁架空腹桁架空腹桁架:
桁架通常由上下弦杆和腹杆组成,普通桁架(称之为实腹桁架)的腹杆桁架通常由上下弦杆和腹杆组成,普通桁架(称之为实腹桁架)的腹杆由斜腹杆和(竖)直腹杆组成,但往往建筑师不希望出现斜腹杆影响其造型和由斜腹杆和(竖)直腹杆组成,但往往建筑师不希望出现斜腹杆影响其造型和采光,那么去掉斜腹杆以后剩下由直腹杆和上下弦杆组成的桁架即为空腹桁架。
采光,那么去掉斜腹杆以后剩下由直腹杆和上下弦杆组成的桁架即为空腹桁架。
三、桁架结构及其造型三、桁架结构及其造型vv特点特点格构形,全部节点均为铰接,每一杆件受力均为轴向力。
格构形,全部节点均为铰接,每一杆件受力均为轴向力。
受力时考虑施于节点,可避免使杆件受弯。
受力时考虑施于节点,可避免使杆件受弯。
vv优点优点省材省材受力明确受力明确自重轻,可跨越较大空间自重轻,可跨越较大空间便于安装便于安装运输运输缺点缺点结构高度较大,需增强稳定性结构高度较大,需增强稳定性桁架结构的建筑造型桁架结构的建筑造型用于屋顶的承重结构,可设计为单坡、双坡、单跨、多跨等外观用于屋顶的承重结构,可设计为单坡、双坡、单跨、多跨等外观形状形状三、桁架结构及其造型三、桁架结构及其造型vv类型vv按构成按构成三角形三角形结构高度最低结构高度最低1/5-1/218m1/5-1/218m拱形拱形受力最好受力最好1/6-1/818-36m60m1/6-1/818-36m60m(无斜腹杆)(无斜腹杆)15-30m15-30m梯形梯形受力较好受力较好,制作方便,制作方便1/6-1/818-36m1/6-1/818-36m72m72mvv按材料按材料钢钢适宜适宜36m36m以上跨度,自重轻以上跨度,自重轻钢筋混凝土钢筋混凝土适宜适宜36m36m以下跨度以下跨度木木特殊环境(相对湿度大于特殊环境(相对湿度大于75%75%或有腐蚀性介质时)或有腐蚀性介质时)不宜钢、木材料,只宜预应力钢筋混凝土材料。
不宜钢、木材料,只宜预应力钢筋混凝土材料。
三、桁架结构及其造型三、桁架结构及其造型三、桁架结构及其造型三、桁架结构及其造型nn实例四、网架结构及其造型四、网架结构及其造型vv特点vv结构类型vv网架尺寸vv杆件断面节点连接vv造型四、网架结构及其造型四、网架结构及其造型vv特点特点杆件互相支撑,形成多向受力的空间结构杆件互相支撑,形成多向受力的空间结构vv优点优点空间刚度好空间刚度好(多向受力,整体性好)(多向受力,整体性好)自重轻自重轻跨度大跨度大(受力合理,节省材料)(受力合理,节省材料)杆件规格统一为有限的几种,易于工厂化生杆件规格统一为有限的几种,易于工厂化生产产有利于选型、适于各种屋面形状有利于选型、适于各种屋面形状杆件之间互相起支撑作用杆件之间互相起支撑作用,形成多向受力的空间形成多向受力的空间结构结构,杆件主要承受轴向力杆件主要承受轴向力整体性好、稳定性好、空间刚度大、有利于抗整体性好、稳定性好、空间刚度大、有利于抗震震充分发挥材料的强度,节省材料充分发挥材料的强度,节省材料结构高度小,可有效利用空间结构高度小,可有效利用空间四、网架结构及其造型四、网架结构及其造型vv类型
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- 跨度 建筑构造 史上最 全面