大跨空間結(jié)構(gòu)答案

1、得 分評分人四、簡答題（共20分,每小題5分）1. 在進(jìn)行網(wǎng)架節(jié)點設(shè)計時，有哪些基本要求？答：牢固可靠，傳力明確簡捷；（1分） 構(gòu)造簡單，制作簡單，安裝方便；（1分） 用鋼量省，造價低；（1分） 構(gòu)造合理，使節(jié)點尤其是支座節(jié)點的受力狀態(tài)符合設(shè)計計算假設(shè)。（2分）2. 確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格尺寸時，需要考慮哪些因素？ 答：1) 與屋面材料有關(guān)。鋼筋混凝土板尺寸不宜過大，否則安裝有困難，一般不宜超過3m；當(dāng)采用有檁體系構(gòu)造方案時，網(wǎng)架一般不超過6 m。（3分）2) 與網(wǎng)架高度有一定比例關(guān)系。夾角過大、過小，節(jié)點構(gòu)造會產(chǎn)生困難。（2分）3. 當(dāng)網(wǎng)架只承受恒載、活載、風(fēng)載作用時，應(yīng)考慮哪些荷載組合？答：

2、永久荷載+可變荷載（1分） 永久荷載+半跨可變荷載（2分） 網(wǎng)架自重+半跨屋面板+施工荷載（2分）4 在螺栓球節(jié)點網(wǎng)架中桿件的計算長度L0等于桿件幾何長度L，而在焊接球節(jié)點網(wǎng)架中桿件的計算長度L0小于桿件幾何長度L，試說明理由。答：在焊接球網(wǎng)架中，焊接球通過焊縫與桿件連接，由于焊接抗彎剛度大，工作性能接近于剛節(jié)點，故計算長度L0<L；（2.5分）而在螺栓球網(wǎng)架中，螺栓球通過螺栓與桿件連接，由于螺栓的抗彎剛度很小，工作性能接近于鉸節(jié)點。（2.5分）5. 在進(jìn)行網(wǎng)架桿件截面選擇時，需遵從哪些原則？答：（1）每個網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所選截面規(guī)格不宜過大，以方便加工與安裝，一般小跨度網(wǎng)架以三到五種為宜，大、

3、中跨度網(wǎng)架也不宜超過10種規(guī)格。（2）桿件宜選用壁厚較薄的截面，以使桿件在截面面積相同的條件下，能獲得較大的回轉(zhuǎn)半徑；有利于壓桿穩(wěn)定。（3）宜選用市場常供鋼管。（4）考慮到桿件材料負(fù)公差的影響，宜留有適當(dāng)?shù)挠嗟亍?. 用有限單元法對網(wǎng)架進(jìn)行分析時，采用了哪些基本假設(shè)？答：假定節(jié)點為鉸節(jié)點，每個節(jié)點有三個自由度，忽略節(jié)點剛度的影響；荷載作用在網(wǎng)架節(jié)點上，桿件只承受軸力；材料在彈性階段工作，符合胡克定律；假定網(wǎng)架的變形很小，由此產(chǎn)生的影響予以忽略。7. 屋面排水坡度的做法共有幾種方式？這幾種方式有何特點？答：（1）上弦節(jié)點上加小立柱找坡：當(dāng)小立柱較高時，應(yīng)注意小立柱自身的穩(wěn)定性，此法構(gòu)造比較簡單。

4、（2）網(wǎng)架變高度：當(dāng)網(wǎng)架跨度較大時，會造成受壓腹桿太長的缺點。（3)支承柱變高：采用點支撐的網(wǎng)架可用此法找坡。（4）整個網(wǎng)架起拱：一般用于大跨度網(wǎng)架。網(wǎng)架起拱后，桿件、節(jié)點的規(guī)格明顯增多，使網(wǎng)架的設(shè)計、制造、安裝復(fù)雜化。8 焊接球節(jié)點有哪些優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：構(gòu)造和制造均較簡單，球體外型美觀、具有萬向性 ，可以連接任意方向的桿件。缺點：用鋼量較大，節(jié)點用鋼量占網(wǎng)架總用鋼量的20%25%；沖壓焊接費工，焊接質(zhì)量要求高，現(xiàn)場仰焊、立焊占很大比重；桿件下料長度要求準(zhǔn)確；當(dāng)焊接工藝不當(dāng)造成焊接變形過大后難于處理。9. 空間結(jié)構(gòu)與平面結(jié)構(gòu)有何不同？答：平面結(jié)構(gòu),荷載作用方向平行于結(jié)構(gòu)中面并沿結(jié)構(gòu)中面方向均

5、勻分布,或不同平面的結(jié)構(gòu)單一在各向平面內(nèi)的平行荷載作用下相互間的合作效應(yīng)沒有影響或影響很小?？臻g結(jié)構(gòu)，具有不宜分解為平面結(jié)構(gòu)體系的三維形體,具有三維受力特性,在荷載作用下呈空間工作的結(jié)構(gòu)。10. 空間結(jié)構(gòu)有哪幾種基本類型？各類基本類型有哪些主要形式？答：（1）實體結(jié)構(gòu)（薄殼、折板、平板）。（2）網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（網(wǎng)架、網(wǎng)殼、立體桁架）。（3）張力結(jié)構(gòu)（懸索、薄膜）。（4）混合結(jié)構(gòu)（張弦梁（桁架）、斜拉網(wǎng)架（網(wǎng)殼）、索承網(wǎng)殼）11. 何為實體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)格結(jié)構(gòu)、弦力結(jié)構(gòu)、混合結(jié)構(gòu)？答：實體結(jié)構(gòu)：用鋼筋混凝土材料建造，內(nèi)部無空洞或空洞率很小的結(jié)構(gòu)，特點 以薄膜壓力為主，能充分發(fā)揮混凝土強(qiáng)度；折板抗彎剛度大，可

6、作為受彎和壓彎構(gòu)件；既是承重結(jié)構(gòu)，又是維護(hù)結(jié)構(gòu)；曲面殼體模板復(fù)雜，耗工、耗材、耗時。網(wǎng)格結(jié)構(gòu)：由標(biāo)準(zhǔn)化的剛構(gòu)件和加大組成，并按一定規(guī)律相連而成的高次超靜定空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。張力結(jié)構(gòu)：通過對索或膜施加預(yù)張力以后形成的結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)：幾種以上某兩種或幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點組合而成的結(jié)構(gòu)。12. 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)有哪些常用節(jié)點？答：焊接或螺接鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、相貫節(jié)點、鑄鋼節(jié)點、我國自行研制的嵌入式轂節(jié)點。13.確定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的高度時，需要考慮哪些因素？答： 與屋面材料有關(guān)。鋼筋混凝土板尺寸不宜過大，否則安裝有困難，一般不宜超過3m；當(dāng)采用有檁體系構(gòu)造方案時，網(wǎng)架一般不超過6 m。（3分） 與網(wǎng)架高度

7、有一定比例關(guān)系。夾角過大、過小，節(jié)點構(gòu)造會產(chǎn)生困難。（2分）14. 圓管截面具有哪些力學(xué)特點？答：回轉(zhuǎn)半徑大、截面特性無方向性、抗壓承載能力高。分為高頻電焊鋼管和無縫鋼管。15. 加襯環(huán)肋的焊接空心球是如何制作的？答：焊接空心球節(jié)點由兩塊圓鋼板經(jīng)加熱，壓成兩個半圓球，然后相對焊接而成。當(dāng)球徑等于或大于300mm時，桿件內(nèi)力較大時，可在球內(nèi)加襯環(huán)肋，此肋應(yīng)與兩個半球焊牢，這樣可提高承載力。16.網(wǎng)架屋面排水坡可以采用幾種方法形成？各種方法有何特點？答：可采用以下四種方法：1) 整個網(wǎng)架起坡：網(wǎng)架上下弦桿仍保持平行，將整個網(wǎng)架在跨中抬高，但起拱高度過高會改變網(wǎng)架內(nèi)力分布。2) 網(wǎng)架變高度：可節(jié)省找

8、坡小立柱的用鋼量，還可降低弦桿內(nèi)力峰值，使網(wǎng)架內(nèi)力趨于均勻，但使桿件種類增多。3) 上弦節(jié)點上加小立柱找坡：改變小立柱高度可形成多種復(fù)雜的排水屋面，構(gòu)造簡單。若小立柱較高，應(yīng)驗算其自身穩(wěn)定性，必要時采取加固措施。4) 網(wǎng)架變高度和加小立柱相結(jié)合：可降低小立柱高度，增加其穩(wěn)定性，并使網(wǎng)架高度變化不大。17.用于網(wǎng)架桿件的鋼管，在截面面積不變的情況下，壁厚宜選薄還是宜選厚？試說明理由。答：截面面積不變的情況下，壁厚宜選薄，這樣可使鋼管直徑較大，能獲得較大的回轉(zhuǎn)半徑，有利于壓桿穩(wěn)定。18. 在焊接球網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中，支座腹桿的計算長度為其幾何長度的0.9，而其它腹桿的計算長度為其幾何長度的0.8倍？試說明

9、理由。答：支座腹桿一般要比其他腹桿粗，此時其桿件兩端約束比其他腹桿的弱，故支座腹桿的計算長度要大于其他腹桿。19.網(wǎng)架計算時采用了哪些假定？ 答：假定節(jié)點為鉸節(jié)點，忽略節(jié)點剛度的影響，桿件只承受軸力（2分）；假定網(wǎng)架的變形很小，可以采用小撓度理論進(jìn)行計算（1.5分）；假定網(wǎng)架的桿件材料為彈性材料，可以采用彈性方法進(jìn)行分析（1.5分）。20.在確定網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸應(yīng)注意哪些問題？答：確定網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸時，應(yīng)注意以下問題： 注意網(wǎng)格尺寸應(yīng)與屋面材料相適應(yīng)。當(dāng)屋面為鋼筋混凝土重屋面時，一般不超過3m；當(dāng)屋面為有檁體系的輕型屋面時，一般不大于6m。（2.5分） 注意網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架高度的關(guān)系。斜腹桿與弦桿

10、的夾角應(yīng)為45°55°較好，避免節(jié)點構(gòu)造發(fā)生困難。（2.5分）21平面結(jié)構(gòu)和空間結(jié)構(gòu)有何區(qū)別？答：平面結(jié)構(gòu)：荷載作用方向平行于結(jié)構(gòu)中面并沿結(jié)構(gòu)的中面法方向均勻分布，或不同平面的結(jié)構(gòu)單元在各自平面內(nèi)的平行荷載作用下，相互間的荷載效應(yīng)沒有影響或影響很小。（2.5分）空間結(jié)構(gòu)：具有不宜分解為平面結(jié)構(gòu)體系的三維形體，具有三維受力特性，在荷載作用下呈空間工作的結(jié)構(gòu)。（2.5分）22網(wǎng)架變高度找坡與整個網(wǎng)架起拱找坡相比，有何優(yōu)缺點？答：整個網(wǎng)架起拱找坡的優(yōu)缺點如下：（2.5分）坡度過高會改變網(wǎng)架內(nèi)力分布，應(yīng)按網(wǎng)架實際尺寸進(jìn)行內(nèi)力分析；網(wǎng)架的桿件尺寸變化少，節(jié)點構(gòu)造趨于一致。改變網(wǎng)架高度

11、找坡的優(yōu)缺點如下：（2.5分） 跨中增高，減小弦桿內(nèi)力，整體內(nèi)力分布趨于均勻，弦桿級差較?。?桿件長度變化較多，特別是跨中斜腹桿，會因夾角過小而導(dǎo)致節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜。23.為何實腹鋼梁的經(jīng)濟(jì)性不如桁架？（4分）答：實腹梁屬于受彎構(gòu)件，截面的正應(yīng)力沿截面高度呈三角形變化，上下翼緣正應(yīng)力絕對值最大，中和軸附近的正應(yīng)力較??；截面的剪應(yīng)力沿高度呈拋物線分布，中和軸附近剪應(yīng)力較大，而靠近翼緣附近的剪應(yīng)力較小。以簡支梁為例，在梁的跨中，剪應(yīng)力很小，中和軸附近的材料沒有充分發(fā)揮；在梁的兩端，剪應(yīng)力較大，正應(yīng)力較小，上下翼緣的材料沒有充分發(fā)揮。即使兩端固定梁，盡管靠近兩端的材料能較好的發(fā)揮，但靠近跨中相當(dāng)大的區(qū)域

12、內(nèi)，材料利用率是比較差的（2分）。 桁架的桿件以承受軸力為主，桿件截面的材料能得到充分的發(fā)揮，可以根據(jù)軸力的大小選擇不同的桿件和根據(jù)軸力的方向按長桿受拉短桿受壓得原則布置桿件。盡管實腹梁也可以根據(jù)彎矩的變化相應(yīng)地改變截面，但構(gòu)造上不如桁架方便（2分）。24. 當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度較大時，為何平面結(jié)構(gòu)的受力性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不如空間結(jié)構(gòu)？（8分）答： 平面結(jié)構(gòu)以單向傳力為主，僅承受作用在其平面內(nèi)的荷載和作用；而空間結(jié)構(gòu)以空間傳力為主，可以承受任意方向的荷載和作用，特別是地震作用，故其抗震性優(yōu)于平面結(jié)構(gòu)（2分）；平面結(jié)構(gòu)需要設(shè)置支撐以保證其平面外的穩(wěn)定，通常情況下平面外的計算長度大平面內(nèi)的計算長度；而空間結(jié)構(gòu)不

13、需設(shè)置支撐，其桿件互為支撐，空間剛度大，平面內(nèi)外的計算長度相等，整體性優(yōu)于平面結(jié)構(gòu)（2分）； 平面結(jié)構(gòu)的形體比較單一，而空間結(jié)構(gòu)的形體卻很豐富，可根據(jù)實際需要選擇合理的形體，得到受力更優(yōu)越的結(jié)構(gòu)（2分）； 空間結(jié)構(gòu)的桿件數(shù)量雖比平面結(jié)構(gòu)多，但由于它良好空間傳力性能使得構(gòu)件的截面較小、整體剛度大，當(dāng)跨度比較大時，空間結(jié)構(gòu)的自重小于平面結(jié)構(gòu)，經(jīng)濟(jì)性更好（2分）。25選擇網(wǎng)架桿件時，應(yīng)注意那些問題？（8分）答：滿足容許長細(xì)比的要求（1分）；滿足承載能力的要求，即桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定滿足要求（1分）；滿足最小截面規(guī)格的要求（1分）；規(guī)格不宜過多（1分）；宜選用壁薄的截面（1分）；宜選用市場常供鋼管（1分）

14、；設(shè)計計算時的控制應(yīng)力應(yīng)考慮鋼管負(fù)公差的影響（1分）；避免最大截面和最小截面會交于一點的情況（1分）。26桿件選用圓管比其它截面形式的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在那些方面？ （4分）答：截面回轉(zhuǎn)半徑大，在計算長度不變的情況下，可獲得更大的穩(wěn)定系數(shù)，抗壓承載能力高（2分）；截面無方向性，任意方向的力學(xué)性能和幾何特性都是一樣的，特別適合球節(jié)點連接，構(gòu)造簡單，應(yīng)用廣泛（2分）。27. 空間結(jié)構(gòu)的合理性主要表現(xiàn)在那些方面？（5分）答：合理的結(jié)構(gòu)形體可以充分發(fā)揮材料的潛能。（1分）合理的結(jié)構(gòu)形態(tài)具有良好的受力性能。（1分）結(jié)構(gòu)的空間大，剛度大，重量輕，經(jīng)濟(jì)合理。（2分）結(jié)構(gòu)形式豐富，生動活潑，具有豐富的藝術(shù)表現(xiàn)力。

15、（1分）28. 在目前大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)中，為何網(wǎng)格結(jié)構(gòu)比實體結(jié)構(gòu)應(yīng)用更為廣泛？試說明理由。（10分）答：網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由許多形狀和尺寸都標(biāo)準(zhǔn)化的桿件與節(jié)點體系組成，一般采用型鋼或鋼管材料，按一定規(guī)律連接形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在空間交與桿節(jié)點，形成復(fù)雜的空間高次超靜定結(jié)構(gòu)，具有相當(dāng)大的剛度，整體性強(qiáng)，能適應(yīng)不同方向，不同性質(zhì)的荷載，而且空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿件主要受軸力，容易最大限度發(fā)揮材料性能，自重輕（5分）。 實體結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土，自重大，對下部支承結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)不利；施工時需要大量的腳手架和模板，廢工廢材，且高空作業(yè)有較大的難度。（5分）29舉例說明工程中那些結(jié)構(gòu)必須采用空間分析方法，那些結(jié)構(gòu)可以采

16、用平面分析方法？（10分）答：任何一個結(jié)構(gòu)都是空間結(jié)構(gòu)，都能承受來自不同方向的力的作用，結(jié)構(gòu)中的每個構(gòu)件都與不同平面內(nèi)的其他桿件相聯(lián)系，但有時結(jié)構(gòu)被簡化成平面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，簡化成平面結(jié)構(gòu)分析是有條件的，比如框架結(jié)構(gòu)，剪力墻結(jié)構(gòu)，框剪結(jié)構(gòu)，排架結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)等都是建立在平面假的的基礎(chǔ)上分析的（5分）。平面結(jié)構(gòu)是假的結(jié)構(gòu)只在一個方向平面內(nèi)有剛度并受力，而空間結(jié)構(gòu)必須考慮兩個方向的變形和受力。當(dāng)規(guī)則布置而且能清楚的分出抗側(cè)單元的結(jié)構(gòu)中這些單元在平面內(nèi)剛度較大，出平面則剛度較小，相互之間的聯(lián)系和約束又較小，可以簡化為平面結(jié)構(gòu)（5分）。30 焊接球和螺栓球相比，各有何優(yōu)缺點？ （5分）答：焊接球的特點是

17、：構(gòu)造和制作簡單，球體外形美觀，具有萬向性，可以連接任意方向的桿件。缺點是由于球節(jié)點由厚鋼板制作，所以在鋼板交接處應(yīng)力集中明顯，球體受力不均勻，鋼管與球體正交連接，焊縫長度等于鋼管周長，要求焊縫與鋼管等強(qiáng)，所以對焊接要求高（2分）。 螺栓連接的優(yōu)點是：制作精度由廠家控制，現(xiàn)場裝配，施工速度快，制作費用高，但是安裝費用低，便于拆卸。缺點是組成節(jié)點的零件多，增加制作成本，安裝時是否擰緊也難以控制，還要進(jìn)行密封盒防銹處理（3分）。31、 網(wǎng)架起拱的目的是什么？當(dāng)要求起拱時，撓度是如何要求的？ 答：網(wǎng)架起拱主要是為了消除人們在視覺或心理上對建成的網(wǎng)架具有下垂的感覺。當(dāng)要求起拱時，拱度可取小于或等于網(wǎng)架

18、短向跨度的1：300。網(wǎng)架用作屋蓋時不得超過網(wǎng)架短向跨度的1：250。當(dāng)網(wǎng)架用作樓層時參考混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，容許撓度取網(wǎng)架跨度的1：300。32、 為何螺栓球網(wǎng)架在實際工程中的應(yīng)用比其它網(wǎng)架更廣泛？答：螺栓球節(jié)點對空間匯交的圓鋼管桿件適應(yīng)性強(qiáng)，桿件連接不會產(chǎn)生偏心，沒有現(xiàn)場焊接作業(yè)，運輸、安裝方便。并且螺栓球節(jié)點小，重量輕，節(jié)點用鋼量約占網(wǎng)架用鋼量的10%，可用于任何形式的網(wǎng)架。這種節(jié)點的網(wǎng)架安裝極為方便，可拆卸，安裝質(zhì)量易得到保證，可以根據(jù)具體情況采用散裝，分條拼裝和整體拼裝等安裝方法，所以栓球網(wǎng)架在實際工程中的應(yīng)用比其它網(wǎng)架更廣泛。33、請畫出下列網(wǎng)架的剖面圖，并說明理由。（注：考慮找坡

19、，坡度5%）答得 分評分人五、計算題（共20分,每小題10分）1.有一受拉空心球，直徑D為350mm，厚度t為12mm，連接于該球上的鋼管直徑d為140mm，若該鋼管的軸拉力為480kN，若該球不考慮加肋，試問其承載能力是否滿足要求。提示：受拉空心球的容許承載能力為，2.有一受壓空心球，直徑D為350mm，厚度t為12mm，連接于該球上的鋼管直徑d為140mm，若該鋼管的軸壓力為800kN，若該球不考慮加肋，試問其承載能力是否滿足要求。提示：受壓空心球的容許承載能力為解：故該空心球的承載能力不滿足要求。3有一用45號鋼做成的高強(qiáng)螺栓，直徑為30mm，有效截面為5.61cm2，抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為2

20、45 N/mm2承受300kN的拉力，試問其承載能力是否滿足要求。解：故不滿足要求。4.有一加肋空心球，直徑為400mm，壁厚為16mm，連接于該球上的鋼管直徑為180mm，壁厚為12mm，若該鋼管的軸壓力為900kN，試問該空心球承載能力是否滿足要求？若取消肋后，其承載能力是否滿足要求解：受壓空心球節(jié)點的承載力按下式進(jìn)行計算加肋空心球的受壓承載力為：，滿足無加肋空心球的受壓承載力為：，不滿足5、有一跨度為36×36m的正交斜放網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，支承在600×600鋼筋混凝土柱上，柱高為6m，支承平面弦桿截面的算術(shù)平均值為50cm2，支座節(jié)點構(gòu)造使該網(wǎng)架沿邊界法向不能發(fā)生相對位移，當(dāng)溫度變化值為20oC時，試計算柱頂?shù)乃搅ΑＬ崾荆?、混凝土、鋼材的彈性模量分別為3.0×104N/mm2、2.06×105N/mm2；2、鋼材的線膨脹系數(shù)、強(qiáng)度設(shè)計值分別為1.2×10-5(oC)-1、215 N/mm2。解：柱子的水平剛度：柱頂水平力可按下式計算：對本題來說：，將各項具體數(shù)據(jù)代入可得柱頂水平力： 6有兩個用45號鋼做成的高強(qiáng)螺栓，直徑為分36mm、24mm，有效截面分別為817mm2、353 mm2，抗拉強(qiáng)度設(shè)計值均為365 N/