空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介l大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其主要特點(diǎn)l大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的類型l梁式結(jié)構(gòu)l框架結(jié)構(gòu)l拱式結(jié)構(gòu)l網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)l懸索結(jié)構(gòu)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其主要特點(diǎn)大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其主要特點(diǎn) 應(yīng)用 公共建筑(劇院，展覽館，體育場(chǎng)館，車站等) 專門用途的建筑 (飛機(jī)庫(kù)，汽車庫(kù)等) 生產(chǎn)性建筑(飛機(jī)制造廠裝配車間，造船廠等) 主要特點(diǎn) 跨度大 120m 160m(長(zhǎng)春體育館，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，1998) 主跨1385m (江陰長(zhǎng)江大橋，懸索結(jié)構(gòu)，1999) 個(gè)性化(非大量建設(shè)項(xiàng)目，方案的極其個(gè)性化) 大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的類型大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的類型 平面結(jié)構(gòu) 由一些強(qiáng)度不大的縱向構(gòu)件將平

2、面結(jié)構(gòu)連接起來(lái)構(gòu)成 縱向構(gòu)件層層重復(fù)傳遞荷載，并不分擔(dān)荷載 梁式，框架式和拱式結(jié)構(gòu) 空間結(jié)構(gòu) 加強(qiáng)連接平面結(jié)構(gòu)的縱向構(gòu)件以形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，共同承載 克服荷載層層重復(fù)傳遞，經(jīng)濟(jì)性好，整體剛度大，抗震性能好 懸索結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 空間作用(diaphragm，蒙皮效應(yīng))梁式結(jié)構(gòu)梁式結(jié)構(gòu)(1) 特點(diǎn) 不產(chǎn)生水平推力(可支承于墻壁，磚石或混凝土柱上) 制造和安裝較簡(jiǎn)單 結(jié)構(gòu)布置4050m屋架檁條68m簡(jiǎn)單式屋架主檁條檁條5070m812m復(fù)雜式梁式結(jié)構(gòu)梁式結(jié)構(gòu)(2)結(jié)構(gòu)型式 跨度較小時(shí)，可采用實(shí)腹式梁 (常用工字形截面) 跨度在5070m及更大時(shí)，采用桁架形式(吊頂與下弦設(shè)間隙) 桁架外形及腹桿

3、體系取決于跨度，屋面形式和吊頂結(jié)構(gòu) 桁架高跨比一般為1/81/6(注：跨度大于50m時(shí)，運(yùn)輸超限) 常用梯形桁架；屋面坡度大時(shí)，宜用平行弦；吊頂可作弧線形(設(shè)拉桿)框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)(1) 特點(diǎn) 與梁式相比，框架結(jié)構(gòu)可降低建筑物高度 結(jié)構(gòu)上比梁式結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì) 結(jié)構(gòu)布置 橫向框架布置(跨度大于60m時(shí)，應(yīng)增大框架間距，常導(dǎo)致復(fù)雜布置) 縱向框架布置(跨度較小時(shí)，特別有利，可向外懸伸，用于機(jī)庫(kù)等)結(jié)構(gòu)型式 跨度在5060m時(shí)，常用雙鉸實(shí)腹式框架(常用工字形截面) 減輕基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)；結(jié)構(gòu)可外露；橫梁高度可取跨度的1/201/12 設(shè)置預(yù)應(yīng)力拉桿減少跨中彎矩，橫梁高度可取跨度的1/401/30框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)(

4、2) 跨度較大時(shí)，常用雙鉸格構(gòu)式框架 跨度超過(guò)100m時(shí)，宜采用無(wú)鉸格構(gòu)式框架框架結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)(3) 格構(gòu)式框架的橫梁高跨比宜在跨度的1/201/12范圍選取 格構(gòu)式框架立柱的寬宜取其橫梁的節(jié)間長(zhǎng)度(卸載效應(yīng)) 折線弓形框架接近于拱形結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能 常用于高度相對(duì)較大(跨度約4050m，高度約1520m)的建筑物 橫梁高度和立柱寬度皆在跨度的1/251/15范圍選取拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)(1) 特點(diǎn) 拱式屋蓋受力合理 比梁式和框架式屋蓋結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好(跨度超過(guò)80m時(shí)尤為顯著) 結(jié)構(gòu)布置 跨度為4060m時(shí)，拱間距可取610m，無(wú)檁或型鋼檁條拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)(2) 跨度達(dá)100m左右時(shí)，宜采用相距3

5、6m的拱對(duì)，拱對(duì)間距為915m拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)(3) 側(cè)窗難以開啟，且宜積灰；檁條下移，構(gòu)成橫向天窗拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)(4)結(jié)構(gòu)型式 雙鉸拱(最常見(jiàn)，制作安裝方便，較經(jīng)濟(jì)，溫度應(yīng)力低) 無(wú)鉸拱(最經(jīng)濟(jì)，須設(shè)強(qiáng)支座，溫度應(yīng)力高) 三鉸拱(應(yīng)用不廣，拱鑰鉸使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化) 亦分為實(shí)腹式和格構(gòu)式 宜設(shè)計(jì)成等截面 實(shí)腹式截面高度可取跨度的1/801/50 格構(gòu)式截面高度可取跨度的1/601/30 水平推力 拉桿設(shè)置 支座設(shè)計(jì) 框架結(jié)構(gòu) 拱式結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)(5) 拱腳構(gòu)造處理 構(gòu)造不便 空間利用 網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(1) 特點(diǎn) 多向傳力，空間剛度大，抗震性能好 適應(yīng)性強(qiáng) 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)好 網(wǎng)架類別(以網(wǎng)架

6、構(gòu)成方式分類) 由平面桁架構(gòu)成(四種)兩向正交正放網(wǎng)架表示法網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(2)兩向正交斜放兩向斜交斜放兩向正交斜放兩向正交斜放 短桁架對(duì)長(zhǎng)桁架有嵌固作用，受力有利 角部產(chǎn)生拔力，常取無(wú)角部形式兩向斜交斜放兩向斜交斜放 適用于兩個(gè)方向網(wǎng)格尺寸不同的情形 受力性能欠佳，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造較復(fù)雜網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(3)三向網(wǎng)架三個(gè)方向的平面桁架相互交角60比兩向網(wǎng)架剛度大，適合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在謀些平面形狀會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則桿件 由四角錐體構(gòu)成(五種)正放四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(4)斜放四角錐網(wǎng)架棋盤形四角錐網(wǎng)架星形四角錐網(wǎng)架斜放四角錐

7、網(wǎng)架受力合理，桿件數(shù)量少屋面板類型多屋面組織排水較困難棋盤形四角錐網(wǎng)架保持正放四角錐網(wǎng)架周邊四角錐不變，中間四角錐間隔抽空，下弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交正放。克服了斜放四角錐網(wǎng)架屋面板類型多，屋面組織排水較困難的缺點(diǎn)。 由三角錐體構(gòu)成(三種)三角錐網(wǎng)架網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(5)抽空三角錐網(wǎng)架蜂窩形三角錐網(wǎng)架 三(多)層網(wǎng)架 減少弦桿內(nèi)力(25% 60%)，減小網(wǎng)格尺寸，大跨經(jīng)濟(jì)性好；桿件數(shù)量多 三層網(wǎng)架示意圖網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(6) 網(wǎng)架的點(diǎn)支承 點(diǎn)支承的設(shè)置原則 通過(guò)正彎矩和撓度減小，使整個(gè)網(wǎng)架的內(nèi)力趨于均勻 對(duì)于單跨多點(diǎn)支承，懸挑長(zhǎng)度宜取中間跨的1/3 (下圖a) 對(duì)于

8、多跨多點(diǎn)支承，懸挑長(zhǎng)度宜取中間跨的1/4(下圖b) 點(diǎn)支承的柱帽形式 網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(7) 網(wǎng)架選型 周邊支承的矩形平面形狀 長(zhǎng)短邊之比1.5時(shí)： 斜放四角錐網(wǎng)架，棋盤形四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 對(duì)于中(30m 60m)小(1.5時(shí)： 宜選正放類網(wǎng)架-兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 點(diǎn)支承的矩形平面形狀 兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 圓形，多邊形平面形狀 宜選三向網(wǎng)架，三角錐網(wǎng)架，抽空三角錐網(wǎng)架 兩邊或三邊支承的矩形平面形狀 自由邊作處理后可按周邊支承情形考慮。自由邊的兩種處理方法： (a)整個(gè)網(wǎng)架高度加大，自由邊桿件截面增大

9、(b)自由邊局部增加網(wǎng)架層數(shù)(形成反梁)自由邊反梁網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(8) 網(wǎng)架屋面排水 網(wǎng)架起拱 適于雙坡排水；抗震性好；起拱高度過(guò)大，內(nèi)力分析應(yīng)計(jì)及 網(wǎng)架變高度 可降低弦桿內(nèi)力，使其趨于均勻；抗震性好；桿件種類增多 上弦節(jié)點(diǎn)設(shè)置小立柱(常用) 可構(gòu)造雙坡，四坡或其它復(fù)雜的多坡排水屋面；跨度大時(shí)要作穩(wěn)定和抗震計(jì)算 網(wǎng)架幾何尺寸 鋼筋混凝土屋面體系鋼檁條屋面體系網(wǎng)架形式網(wǎng)格數(shù)跨高比網(wǎng)格數(shù)跨高比兩向正交正放，正放四角錐正放抽空四角錐(24)+0.2L2兩向正交斜放，棋盤形四角錐斜放四角錐，星形四角錐(68)+0.08L21014(68)+0.07L2(1317)+0.03L2注：L2

10、是以米計(jì)的網(wǎng)架短向跨度；跨度小于18米時(shí)網(wǎng)格數(shù)可適當(dāng)減少。網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(9)單層柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式a)單斜桿柱面網(wǎng)殼：桿件數(shù)量少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單；剛度差b)人字形柱面網(wǎng)殼：亦稱弗普爾形柱面網(wǎng)殼c)雙斜桿柱面網(wǎng)：殼桿件數(shù)量多；剛度好d)聯(lián)方網(wǎng)格柱面網(wǎng)殼：桿件組成菱形，夾角為30 50e)三向網(wǎng)格柱面網(wǎng)殼：聯(lián)方網(wǎng)格柱面加縱向桿件 網(wǎng)殼類別(以曲面外形分類) 柱面網(wǎng)殼網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(10)a)正放四角錐柱面網(wǎng)殼b)正放抽空四角錐柱面網(wǎng)殼c)斜置正放四角錐柱面網(wǎng)殼d)三角錐柱面網(wǎng)殼e)抽空三角錐柱面網(wǎng)殼雙層柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式1.交叉桁架體系(略)2.四角錐體系 a)：剛度大

11、，桿件少，最常用 b)：適用于小跨度，輕屋面 c)：系將a)斜置3.三角錐體系 常用d) ， e) 兩種網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(11) 球面網(wǎng)殼a)肋環(huán)型球面網(wǎng)殼b)Schwedler型球面網(wǎng)殼c)Schwedler型球面網(wǎng)殼d)聯(lián)方型球面網(wǎng)殼e)三向網(wǎng)格型球面網(wǎng)殼單層球面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式a):剛度差，適用于中，小跨度b):剛度好，適用于大，中跨度c):交叉斜桿Schwedler型 還有其它Schwedler型d):菱形網(wǎng)格，造型美觀e):適用于中，小跨度網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(12)a)肋環(huán)型四角錐球面網(wǎng)殼b)聯(lián)方型四角錐球面網(wǎng)殼c)聯(lián)方型三角錐球面網(wǎng)殼d)平板組成式球面網(wǎng)殼雙層球

12、面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式1.交叉桁架體系 只需將單層球面網(wǎng)殼中的桿件用平面網(wǎng)片代替(略)2.角錐體系(常見(jiàn)四種) a):肋環(huán)型四角錐球面網(wǎng)殼， b):聯(lián)方型四角錐球面網(wǎng)殼 c):聯(lián)方型三角錐球面網(wǎng)殼， d):平板組成式球面網(wǎng)殼網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(13)a) 正交正放類b) 正交斜放類c) 正交斜放設(shè)斜桿類d) 正交斜放設(shè)斜桿類e) 正交斜放設(shè)斜桿類雙曲面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式1.正交正放類 a):單層時(shí)在方格內(nèi)設(shè)斜桿 雙層時(shí)組成四角錐體2.正交斜放類 b):抗剪強(qiáng)度弱 c):第三方向局部設(shè)斜桿 d):全部方格內(nèi)設(shè)雙斜桿 e):第三方向全局設(shè)斜桿 雙曲面網(wǎng)殼懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)(1) 特點(diǎn) 軸向拉伸抵抗外

13、荷作用，充分利用鋼材強(qiáng)度 施工方便，費(fèi)用低 便于建筑造型 單層懸索結(jié)構(gòu) 平行布置形式(跨度可達(dá)80m，德國(guó)多特蒙特一展覽廳，1956)水平梁和框架一起承受懸索拉力水平梁承受懸索拉力懸索直接錨掛于框架斜拉索將懸索拉力拉向地錨懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)(2) 幅射式布置形式(適用于圓形，橢圓形平面)下凹雙曲率碟形屋面不便于排水，最大的碟形屋面：美國(guó)阿拉美達(dá)比賽館，跨徑128m(1967)傘形屋面最大的傘形屋面：前蘇聯(lián)伊利姆斯克汽車庫(kù)，跨徑206m受拉內(nèi)環(huán)采用鋼制，受壓外環(huán)采用鋼筋混凝土制作?？杀绕叫胁贾米龅捷^大跨度。 網(wǎng)狀布置形式(適用于圓形，矩形等各種平面)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 單層懸索體系垂跨比經(jīng)驗(yàn)取值： 1/201/10 加強(qiáng)形狀穩(wěn)定性的措施： 采用重屋面 采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土懸掛薄殼 采用橫向加勁構(gòu)件兩向索正交布置屋面板規(guī)格統(tǒng)一邊緣構(gòu)件彎矩大于幅射式布置懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)(3) 雙層懸索結(jié)構(gòu) 一般形式 由下凹的承重索，上凸的穩(wěn)定索及它們之間的連系桿組成 承重索垂跨比一般取1/201/15 ，穩(wěn)定索拱跨比一般取1/201/25 平行布置形式懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)(4) 幅射式及網(wǎng)狀布置形式上索既是穩(wěn)定索，又直接承載a)雙層內(nèi)環(huán)梁 b)雙層外環(huán)梁c)雙層內(nèi)外