最新大跨建筑 结构空间结构体系.docx

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最新大跨建筑结构空间结构体系

大跨建筑结构——空间结构体系

大跨建筑

屋架结构体系——高跨比：

1:

6

屋架形式及适用跨度

平行弦屋架

拱形屋架

折线形屋架

梯形屋架

杆件受力不均匀，用料较多

力情况虽然合理，但由于上弦各节点都落在抛物线上，尺寸很零件，施工不方便

三角形屋架适用于较小跨度的屋盖（跨度宜在15m以内）

弦支点座落在抛曲线附近，所以，受力比较合理，折线形屋架采用较多

上弦扦出两个坡度较小的斜直线组成，半边屋架的外轮廓线为梯形，斜杆呈人字形。

这种屋架的刚度、构造比较简单，自重较大，一般用于跨度为24m一36m的工业建筑物

二、空间结构体系

（一）网架结构体系

网架的优点

•结构组成灵活多样但又有高度的规律性，适应各种支承条件和各种建筑造型，可适应各种建筑方面的要求

•网架高度内的空间可以用以设置管道等设施，网架结构外露或部分外露，因其几何图形的规则，可以丰富建筑效果

•网架的结构高度较小，不仅可以有效地利用建筑空间，而且能够利用较小规格的杆件建造大跨度的结构

•杆件类型划一，适合于工厂化生产、地面拼装和整体吊装

网架结构受力特点

•具有各向受力的性能，它改变了一般平面桁架的受力状态，是高次超静定空间结构

•网架结构的各杆件之间互相起支撑作用，整体性强、稳定性好，空间刚度大，是一种良好的抗震结构型式，尤其对大跨度建筑其优越性更为显著

•在结点荷裁作用下，网架的杆件主要承受轴力，充分发挥材料强度，节省钢材

●网架的分类

1、几何形态上分：

平板网架、柱面网架、球面网架

2、平面桁架系、四角锥体系、三角锥体系

3、螺栓球节点、焊接球节点

4、双层网架、多层网架

网架材料——钢材：

钢管、型钢、钢球

双向正交正放、斜放

三向交叉

正放四角锥体系

四角锥体网架的上弦和下弦平面均为方形网格，上下弦错开半格，用斜腹杆连接上下弦的网格交点，形成一个个相连的四角锥体。

四角锥体网架上弦不易再分杆，因此网格尺寸受限制，不宜太大。

它用于中小跨度

斜放四角锥

•所谓斜放，是指四角锥单元的底边与建筑平面周边夹角为45。

它比正放四角锥体网架受力更为合理。

因为四角锥体斜放以后，上弦杆短对受压有利，下弦杆虽长但为受拉件，这样可以充分发挥材料强度。

•斜放四角锥体网架形式新颖，经济指标较好，结点汇集的杆件数目少，构造简单因此近年来用得较多。

它适用于中小跨度建筑。

•它的支承方式可以是周边支承或边支承与点支承相结合当为点支承要注意在周边布置封闭的边衍架以保证网架的稳定性。

三角锥

•三角锥网架一般适用于大中跨度及重屋盖的建筑，当建筑平面为三角形、六边形或圆形时最为适宜

•蜂窝形三角锥

网架的选型

•对于矩形平面、周边支承情况，当其边长比小于或等于1．5时，宜选用斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，也可考虑两向正交斜放网架，两向正交正放网架。

•正放四角锥网架耗钢量较其他网架高，但杆件标准化程度比其他网架好，目前采用较多。

•对于中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。

当边长比大于1．5时，宜先用两向正交正放网架，正放四角锥网架和正放抽空四角锥网架。

当平面狭长时，可采用单向折线形网架。

网架的结构高度

•网处的高度（即厚度）直接影响网架的刚度和杆件内力。

增加网架的高度可以提高网架的刚座，减少弦杆内力，但相应的腹杆长度增加，围护结构加高。

网架的高度主要取决于网架的跨度。

•网架的高度与短向跨度之比一般为：

•跨度=<30m，约为1/10~1/13

•跨度30~60m，约为1/12~1/15

•跨度>60m，约为1/14~1/18

（二）薄壳

壳体的受力特征

•薄——不致于产生明显的弯曲应力，厚——可以承受压力、拉力和剪力的形抵抗结构（将材料造成一定的形式从而获得强度去承受荷载的结构）

•薄壳结构赖以获得这种能力的“形”就是曲面，薄壳的结构效能就是归功于曲面的曲率和几何特征

•薄壁壳体结构，由于它主要承受曲面内的轴力作用，所以材料强度能得到充分利用，同时由于它的空间工作，所以具有很高的强度和很大的刚度。

•钢筋混凝土壳体（所有壳体，无论效率高低）均可按鸡蛋壳厚1/100跨度作为厚度的上限值

•结构的每一个细胞都最有效地投入到抵抗外载荷的战斗中（构件不再受弯，截面厚度上均匀的只收轴力）

•壳的跨厚比：

1/100～1/1000

薄壳的形式和分类

•筒壳，球壳，折板结构，双曲扁壳，双曲抛物面壳

壳体的组合和变异

壳体的特殊类型——折板

网壳结构

网壳结构的发展

•网壳结构也是近半个世纪以来发展最快、应用最广的一种空间结构

•具有优美的建筑造型，无论是建筑平面、外形和形体都能给设计师以充分的创作自由

•在建筑平面上可以适应多种形状，如园形、矩形、多边形、三角形、扇形以及各种不规则的平面

•在建筑外形上可以形成多种曲面，如球面，椭圆面，旋转抛物面，旋转双曲面，圆锥面通过曲面的切割和组合得到

网壳结构的分类

•零高斯曲率是指曲面一个方向的主曲率半径无穷大；而另一个主曲率半径为某一数值，故又称为单曲网壳：

柱面网壳、圆锥形网壳等

•正高斯曲率是指曲面的两个方向主曲率同号，均为正或均为负

•球面网壳、双曲扁网壳、椭圆抛物面网壳等

扭曲面网壳

•单块扭网壳

•

•双曲抛物面网壳

切割或组合形成曲面网壳

•球面网壳用干三角形、六边形和多边形平面时，采用切割方法组成新的网壳形式

球面网壳分类及形式

施威德勒（Schwedner）型球面网壳

这种网壳是在肋环型基础上加斜杆而组成。

它大大提高网壳的刚度，提高抵抗非对称荷载的能力。

根据斜杆布置不同有：

单斜杆、交叉斜杆和无环杆的交叉斜杆等，网格为三角形，刚度好，适用于大、中跨度。

凯威特型球面网壳

•这种网壳是由n（n＝6，8，12，…）根径肋把球面分为M个对称扇形曲面。

每个扇形面内，环杆和斜杆组成大小较匀称的三角形网格。

这种网壳综合了旋转式划分法与三角形划分法的优点．因此，不但网格大小匀称，而且内力亦均匀，大、中跨度

联方型球面网壳

•由人字斜杆组成菱形网格，两斜杆夹角为30－50之间，其造型美观。

为了增强网壳的刚度和稳定性，在环向加设杆件，使网格成为三角形，适用于大、中跨度

短程线球面网壳

•用过球心的平面球，在球面上所得截线称为大圆。

在大圆上，两点连线为最短路线，称短程线。

由短程线组成的平面组合成空间闭合体，称为多面体。

如果短程线长度一样，称为正多面体。

球面是多面体的外接圆

平板组合式球面网壳

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