大跨鋼結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)要點(diǎn)甘杰

1、百度文庫(kù)平面結(jié)構(gòu)體系：梁式拱式框架傳力有層次主要依賴(lài)于截面尺寸與材料強(qiáng)度， 受力 取決于單個(gè)最弱桿件?？臻g結(jié)構(gòu)體系：實(shí)體（薄殼、折板）、網(wǎng)格（網(wǎng)架、網(wǎng)殼）、 張力（自重最小，如懸、索、膜）、混合結(jié)構(gòu)（剛性柔性雜交結(jié)構(gòu)）。充分利用三 維幾何構(gòu)成，形成合力受力形態(tài)，發(fā)揮材料性能優(yōu)勢(shì)。有整體性高次超靜定自重很重要可采用鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)屋面結(jié)構(gòu)及材料或新穎材料。三向受力，非線(xiàn)性。60m以上為大跨度。優(yōu)點(diǎn)：自重輕經(jīng)濟(jì)性好，剛度好抗震性好，便于工業(yè)生產(chǎn)，形式多樣性，造型美觀(guān)，建筑結(jié)構(gòu)使用功能結(jié)合。受力特性：梁軸心受力倆端鉸接i 大時(shí)應(yīng)做剛接。拱拱身主要承擔(dān)軸力，跨度大時(shí)更經(jīng)濟(jì)，倆較拱使用較多安裝簡(jiǎn) 單溫度應(yīng)力低

2、無(wú)鉸拱跨中 m分布最有利，但需加強(qiáng)基礎(chǔ)，且對(duì)沉降敏感，實(shí)腹 式桁架式截面不高水平推力較大，對(duì)支座要求較高，可設(shè)水平拉桿或橡膠支座， 合理拱軸線(xiàn)：給定荷載，該軸線(xiàn)下任一截面無(wú)彎矩，工程中以最不利荷載，最不 利工況下，拱截面彎矩最小為準(zhǔn)。張弦梁：有剛性上弦構(gòu)件，柔性下弦拉索，中 間連以撐桿的新型自平衡雜交結(jié)構(gòu)。在下弦拉索施以預(yù)應(yīng)力使上弦剛性構(gòu)件產(chǎn)生 反撓度，使荷載作用下總撓度降低，撐桿對(duì)上部結(jié)構(gòu)提供彈性支撐，改善結(jié)構(gòu)性 能，預(yù)應(yīng)力使上拉下壓。懸索結(jié)構(gòu)：通過(guò)索的軸向拉伸來(lái)抵抗外荷作用，索的材 料是由高強(qiáng)度鋼絲組成的鋼絞線(xiàn)鋼絲繩或鋼絲束等， 可以充分的利用鋼索的抗拉 強(qiáng)度，大大減輕了結(jié)構(gòu)自重。分類(lèi)：?jiǎn)?/p>

3、/雙層懸索體系、索網(wǎng)體系。門(mén)式鋼架: 柱與橫梁剛接，與基礎(chǔ)鉸接。支撐分類(lèi)：屋蓋支撐：上下弦水平支撐垂直支撐及 縱向水平系桿。柱間支撐：上中下部柱間支撐。作用：把網(wǎng)架變成一個(gè)空間幾何 不變體系提高空間剛度，增加平面外整體穩(wěn)定性，傳遞縱向荷載?；竞奢d: 向荷載：屋面自重、領(lǐng)條等構(gòu)件自重、屋面活荷載、雪荷載。水平荷載：風(fēng)、 震、吊車(chē)制動(dòng)力。按支承網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 按結(jié)構(gòu)組成分雙層，三層，組合（鋼筋砼板代替上弦受壓桿） 情況分周邊，點(diǎn)，周與點(diǎn)結(jié)合 按網(wǎng)格形式分交叉平面桁架體系一般使斜腹桿受拉，豎桿受壓，夾角40到60 （兩向正交正放 網(wǎng)架幾何可變，設(shè)上弦或下弦水平支撐，適用正方形跨度小 兩向正交斜放 邊界

4、可靠時(shí)為幾何不變，嵌固作用可采用無(wú)角部，適用正方形或長(zhǎng)方形 三向網(wǎng)架采用圓鋼管及球結(jié)點(diǎn)，適用大跨度）四角錐體系（正放四角錐網(wǎng)架受力均勻，剛 度比其他四角錐和兩向好，桿件數(shù)量多，適用正方形周邊支承，屋面荷載大大柱距點(diǎn)支承設(shè)有吊車(chē)的工業(yè)廠(chǎng)房正方抽空適用屋面荷載小的中小跨度網(wǎng)架斜放四角錐上弦桿與邊界成45度，為下弦桿的0.707倍，上弦網(wǎng)格正交斜放故屋面 板種類(lèi)多，排水坡形成困難，適用中小跨周邊支承，或周邊支承與點(diǎn)結(jié)合的方形 和矩形 星形四角錐角部上弦可能受拉類(lèi)似正交斜放，適用中小跨周邊支承 棋盤(pán) 形四角錐適用小跨周邊支承）三角錐體系（三角錐網(wǎng)架適用三角形六邊形圓形抽空三角錐適用荷載小跨度小的三角形

5、六邊形圓形蜂窩形三角錐 適用中小跨周邊 支承 單向折線(xiàn)形網(wǎng)架適用狹長(zhǎng)矩形）網(wǎng)架高度 網(wǎng)架起拱作用1,消除使用階段的撓度影響稱(chēng)施工起拱2,利于排水高度為短向跨度/300起拱方法按線(xiàn)型分折線(xiàn) 型和弧線(xiàn)型，按方向分單向（狹長(zhǎng)平面）和雙向（正方形）屋面排水坡度 取1%到4%,多雨選用大值，做法1, 上弦節(jié)點(diǎn)上加小立柱找坡，當(dāng)其高時(shí)應(yīng)注意穩(wěn)定 性，此法構(gòu)造簡(jiǎn)單2,網(wǎng)架變高度，當(dāng)跨度大時(shí)，會(huì)造成受壓腹桿太長(zhǎng)3,支承 柱變高，適用點(diǎn)支撐方案網(wǎng)架4,整個(gè)網(wǎng)架起拱，一般適用大跨度網(wǎng)架 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算 計(jì)算模型分鉸接桿系，桁架系，梁系，平板 空間桁架位移法 也稱(chēng)矩陣位移法，是一種空間桿系有限元分析法，以網(wǎng)架結(jié)構(gòu)

6、的桿件作為基本單 元，以節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量，先對(duì)桿件單元分析，根據(jù)虎克定律建立單元桿 件內(nèi)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系，形成單元?jiǎng)偠染仃?，再?duì)結(jié)構(gòu)整體分析，根據(jù)各 節(jié)點(diǎn)的變形協(xié)調(diào)條件和靜力平衡條件建立結(jié)構(gòu)上的節(jié)點(diǎn)荷載和節(jié)點(diǎn)位移之間的 關(guān)系，形成結(jié)構(gòu)的總剛度矩陣和總剛度方程，求解引入給定邊界條件后的總剛度 方程，得出各節(jié)點(diǎn)的位移值，由單元桿件內(nèi)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系求出桿件內(nèi) 力。邊界條件處理，結(jié)構(gòu)總剛度矩陣【K】是奇異的，尚需引入邊界條件以消除剛體 位移，使總剛度矩陣為正定矩陣，某方向固定表示該方向位移為零，某方向?yàn)閺?qiáng) 迫位移邊界表示在該方向位移為一固定值 支座某方向固定的處理1,把已知外荷載的

7、方程放在前，未知反力的方程放在后2,將位移為0行列劃去3,對(duì)角線(xiàn)項(xiàng) 充大數(shù)法，把元素Kcc改為充大數(shù)B=108到10X2 4,將相應(yīng)于零位移分量的 主對(duì)角線(xiàn)元素改為1,其余元素連同右端項(xiàng)的元素都改為 0前2種方法使總剛度矩陣階數(shù)減少，第一種還可得支座反力的方程，但帶來(lái)元素地址的變動(dòng)；后2種的階數(shù)和元素地址不變，利于編程支座某方向彈性約束 的處理，對(duì)應(yīng)于彈性5約束方向的主對(duì)角線(xiàn)元素疊加上等效彈簧剛度系數(shù)Kz即可 某方向給定位移的處理，1,潛行修正法，相應(yīng)于給定位移分量的那些行列的非對(duì)角線(xiàn)元素改為零， 對(duì)角線(xiàn)改為1,同時(shí)把總剛度方程的右端各分量減去對(duì)應(yīng)的已知值 2,對(duì)角線(xiàn)項(xiàng) 充大數(shù)法，對(duì)應(yīng)主元數(shù)K

8、cc充大數(shù)B,并將c行右端項(xiàng)Piz改為B乘給定位移 斜邊界條件的處理，1,在邊界點(diǎn)沿著斜邊界方向設(shè)置一個(gè)具有一定截面的桿件2, 將斜邊界點(diǎn)處的節(jié)點(diǎn)位移向量作一變換，使在整體坐標(biāo)下的該節(jié)點(diǎn)位移向量變換 到任意的斜方向，然后按一般邊界條件處理。對(duì)稱(chēng)性利用同時(shí)位于對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的桿件截面面積應(yīng)取原截面面積的1/2;位于n個(gè)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)的桿件截面面積應(yīng)取原截面面積的1/2n；位于對(duì)稱(chēng)面內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的荷載應(yīng)取原荷載值的1/2;位于n個(gè)對(duì)稱(chēng)面內(nèi)節(jié)點(diǎn)的荷載應(yīng)取原荷載值的1/2n。計(jì)算 步驟 網(wǎng)架不考慮溫度作用下內(nèi)力的條件，當(dāng)溫度變化時(shí)，網(wǎng)架桿件中支承平面弦桿的溫度應(yīng)力為最大，并隨著支座法向約束的減弱而減少。1,支座節(jié)點(diǎn)的

9、構(gòu)造允許 網(wǎng)架側(cè)移時(shí)，其側(cè)移值應(yīng)等于或大于某計(jì)算值 2,在單位力作用下，柱頂位移值 應(yīng)等于或大于上值3,當(dāng)周邊支承的網(wǎng)架且網(wǎng)架驗(yàn)算方向跨度小于 40m時(shí)，支承 結(jié)構(gòu)應(yīng)為獨(dú)立柱或磚壁柱。桿件固端內(nèi)力和由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力疊加即得網(wǎng)架桿件的溫度內(nèi)力 和應(yīng)力 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性 及不需要抗震驗(yàn)算的條件：抗震設(shè)防烈度為6度或7度，網(wǎng) 架屋蓋結(jié)構(gòu)可不進(jìn)行豎向和水平抗震驗(yàn)算；8度，周邊支承的中小跨可不進(jìn)行水 平抗震驗(yàn)算。網(wǎng)架重力荷載代表值，恒載取100%，雪荷載及屋面積灰荷載取50%，不考慮屋 面活荷載。網(wǎng)架桿件截面形式 與網(wǎng)格形式、節(jié)點(diǎn)形式有關(guān)，應(yīng)根據(jù)承載力和穩(wěn)定性的計(jì)算確 定，對(duì)軸心受拉，驗(yàn)算

10、強(qiáng)度和剛度（長(zhǎng)細(xì)比）；對(duì)軸心受壓或壓彎，驗(yàn)算強(qiáng)度、 穩(wěn)定和剛度。螺栓球結(jié)點(diǎn)由鋼球、高強(qiáng)度螺栓、緊固螺釘套筒、錐頭或封板組成，適合連接圓鋼管桿件。優(yōu)點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)小，重量輕，適用于四角錐或三角錐網(wǎng)架，安裝方便，可 拆卸，缺點(diǎn)是，球體加工復(fù)雜，零部件多，加工精度高，價(jià)格貴，所需鋼號(hào)不一, 工序復(fù)雜，受力特點(diǎn)見(jiàn)P63,直徑大小主要取決于高強(qiáng)度螺栓的直徑，高強(qiáng)度螺 栓擰入球體的長(zhǎng)度及相鄰兩桿件軸線(xiàn)之間的夾角；應(yīng)滿(mǎn)足的條件： 1,相鄰兩螺 栓在球體內(nèi)不相碰2,套筒與鋼球之間有足夠的接觸面。 焊接空心球節(jié)點(diǎn)用兩塊 鋼板（Q235或Q345）經(jīng)熱壓或冷壓成兩個(gè)半球后對(duì)焊而成，分加肋與不加肋,肋板厚度與球壁等厚，肋

11、板可用平臺(tái)或凸臺(tái)，采用凸臺(tái)，高度=1m m。宜加設(shè) 環(huán)形加肋肋板1,外徑D=300mm,且連接于空心球的圓鋼管桿件內(nèi)力較大 2, 壁厚t小于腹桿壁厚ts的2倍3,外徑D大于腹桿外徑ds的3倍4,同一網(wǎng)架往 往需調(diào)整和統(tǒng)一空心球外徑減少球的規(guī)格。 將內(nèi)力較大的圓鋼管桿件設(shè)置在環(huán)形 加勁肋板的平面內(nèi)，工程實(shí)踐中，一般設(shè)在較大內(nèi)力弦桿的軸線(xiàn)平面內(nèi)。 鋼板節(jié) 點(diǎn)見(jiàn)P73十字型板節(jié)點(diǎn)，適用角鋼桿件的兩向正交交叉網(wǎng)架 管筒米字型板節(jié)點(diǎn)， 適用中小跨度用角鋼作桿件的四角錐網(wǎng)架 壓力支座節(jié)點(diǎn) 平板壓力支座節(jié)點(diǎn)（不 能轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)，適用小跨）單面弧形壓力支座節(jié)點(diǎn)（可微量轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，可在螺栓上部加彈簧，上部支承板的錨

12、栓孔應(yīng)做成橢圓孔或大圓孔，中小跨）雙面弧形壓 力支座節(jié)點(diǎn)（可自由轉(zhuǎn)動(dòng)和伸縮，比較符合不動(dòng)圓柱鉸支承，適用大跨、支承網(wǎng) 架柱子、墻體剛度大，周邊支承約束強(qiáng)，溫度應(yīng)力影響顯著）球鉸壓力支座節(jié)點(diǎn)（微量轉(zhuǎn)動(dòng)，不產(chǎn)生線(xiàn)位移和彎矩，跨度大或帶懸伸的四點(diǎn)或多點(diǎn)支承） 拉力支座節(jié)點(diǎn)平板拉力支座節(jié)點(diǎn)（跨度小，支座垂直拉力?。﹩蚊婊⌒卫χё?轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)，中小跨度）板式橡膠支座節(jié)點(diǎn) 可沿切向及法向位移，兩向轉(zhuǎn)動(dòng)，構(gòu) 造簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、安裝方便，適用大中跨度，缺點(diǎn)易老化。網(wǎng)架拼裝高空散裝法（小拼單元或散件在設(shè)計(jì)位置總拼， 不需大型起重設(shè)備，需搭設(shè)大規(guī)模拼裝支架，適用螺栓連接節(jié)點(diǎn)）分條或分塊安裝法（將網(wǎng)架分成條狀

13、或塊狀單元，由起重設(shè)備吊至高空設(shè)計(jì)位置，再拼裝成整體，適用分割后剛度高空滑移和受力狀況改變較小，如兩向正交、正放四角錐、正放抽空四角錐）法（1,單條滑移法，將條狀單元一條一條分別從一端滑到另一端，小跨可用人 力撬2,逐條積累滑移法，將條狀單元滑到一段距離后，連接好第二條單元后，兩條再滑移一段距離，重復(fù)此法牽引力逐漸加大，需小型卷?yè)P(yáng)機(jī)。滾動(dòng)式和滑動(dòng)式，水平、下坡、上坡滑移，牽引法和頂推法）移動(dòng)支架安裝法（網(wǎng)架在可移動(dòng)的腳手架上安裝，不需大型起重設(shè)備，但移動(dòng)支架穩(wěn)定性較固定支架差， 適用 于支承點(diǎn)平行） 整體吊裝法（網(wǎng)架在地面總拼后，采用單根或多根拔桿、一臺(tái)或多臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行吊裝就位；網(wǎng)架拼裝和空中

14、移位）整體提升法（總拼后利用結(jié)構(gòu)柱上的提升設(shè)備提升網(wǎng)架或在提升網(wǎng)架的同時(shí)進(jìn)行柱子滑模的安裝，單提網(wǎng)架法、升梁抬網(wǎng)法、升網(wǎng)滑模法）整體頂升法（總拼后，利用網(wǎng)架支承柱作為 頂升支架，也可設(shè)臨時(shí)頂升支架，用千斤頂頂升） 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)按層數(shù)分為單層和雙層，三層網(wǎng)殼 圓柱面單層網(wǎng)殼 單向斜桿型（相對(duì)剛度差曲面變形幅度大）交叉斜桿（剛度好，內(nèi)力分布均勻，內(nèi)力值小，缺點(diǎn) 桿件）聯(lián)方型 三向網(wǎng)格型（最好，適用跨度大和不對(duì)稱(chēng)荷載較大）柱面網(wǎng)殼按 支承情況分為短殼（縱向支承點(diǎn)距離 L與曲率半徑R比值0.5,沿長(zhǎng)度方向多 點(diǎn)支承，荷載沿兩向傳遞）、長(zhǎng)殼（2.5,局部支承，荷載沿長(zhǎng)度方向傳遞，結(jié)構(gòu)主要起梁的作用）、筒拱（

15、在周邊節(jié)點(diǎn)上均設(shè)計(jì)支座，其受力性能與平面拱相 似）球面單層網(wǎng)殼肋環(huán)型肋環(huán)斜桿型三向網(wǎng)格型凱威特型聯(lián)方型短程線(xiàn)型 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)選型單層網(wǎng)殼采用剛性節(jié)點(diǎn)，雙層跨度40m采用鉸接節(jié)點(diǎn)大跨度網(wǎng) 殼選用矢高大 非對(duì)稱(chēng)荷載、集中荷載對(duì)單層網(wǎng)殼穩(wěn)定性影響大，選結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的 球面短程線(xiàn)型、凱威特型、柱面雙斜桿型、聯(lián)方型 靜力分析的有限單元法雙層采用空間桿系有限元法，單層采用空間梁系有限元網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)分為整體失穩(wěn)和局部失穩(wěn)（躍越失穩(wěn)或躍越屈曲，單桿失穩(wěn)、點(diǎn)失 穩(wěn)）影響因素1,結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性2,初始缺陷，初偏心、初彎曲，結(jié)構(gòu)外形，支座 位置偏差3,曲面形狀4,結(jié)構(gòu)剛度5,結(jié)點(diǎn)剛度6,荷載類(lèi)型，集中力和非對(duì)稱(chēng) 對(duì)其不利，風(fēng)和雪為主要荷載 7，支承條件 抗震分析分兩個(gè)階段：第一階段為多遇地震作用下的分析， 處于彈性階段；第二 階段為罕遇地震，彈塑性 時(shí)程分析法、振型分解反應(yīng)譜法