大跨空間結(jié)構(gòu)認(rèn)知總結(jié)

1、海攵史智科拉士專(zhuān)#"孝晚XIAMUNEVERSITVOFARCH1TECJUREANDTECHINOLOGVHUAQINGCOLLEGE鋼結(jié)構(gòu)參觀(guān)認(rèn)知課程名稱(chēng)：鋼結(jié)構(gòu)-房屋建筑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題目：大跨空間結(jié)構(gòu)認(rèn)知院（系）：西建大華清學(xué)院專(zhuān)業(yè)班級(jí)：土木1306班姓名：張茂晨學(xué)號(hào)：41號(hào)2016年5月7日大跨空間結(jié)構(gòu)認(rèn)知2016年4月29日早上10點(diǎn)30分，在鋼結(jié)構(gòu)老師的帶領(lǐng)下參觀(guān)了大跨空間結(jié)構(gòu)體系中的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型，首先說(shuō)說(shuō)大框結(jié)構(gòu)概念，國(guó)際殼體結(jié)構(gòu)與空間結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)的創(chuàng)始人，已故著名薄殼結(jié)構(gòu)專(zhuān)家托羅哈有一句名言：“最佳結(jié)構(gòu)有賴(lài)于其自身受力之形體，而非材料制潛在強(qiáng)度”。所謂空間結(jié)構(gòu)是指：具有不易

2、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)。剛架結(jié)構(gòu)和排架結(jié)構(gòu)（單層工業(yè)廠(chǎng)房），鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，桁架結(jié)構(gòu)，拱結(jié)構(gòu)都是平面結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是典型的三維受力體系結(jié)構(gòu)。大跨結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)發(fā)展歷程，在無(wú)力學(xué)與結(jié)構(gòu)理論情況，憑借經(jīng)驗(yàn)與大膽的探索，古羅馬最著名的穹頂是萬(wàn)神殿，也是建筑史上最早，最大跨度的拱結(jié)構(gòu)，萬(wàn)神殿的底平面直徑也為43.4米，與高度相等。萬(wàn)神殿下半部為空心圓柱形，從高度一半的地方開(kāi)始，上半部為半球形的穹頂，穹頂?shù)膲γ婧穸戎饾u減小，其下方墻厚6米，與萬(wàn)神殿下半部墻壁等厚，到頂部則遞減為1.5米。為使穹頂墻厚的遞減更有利于萬(wàn)神殿整體建筑的穩(wěn)固，萬(wàn)神殿穹頂內(nèi)壁

3、被整齊劃分為5排28格，每一格皆被由上而下雕鑿凹陷，不僅使墻厚的遞減更為合理，也增加了萬(wàn)神殿內(nèi)部的美觀(guān)性。還有公元前537年?yáng)|羅馬帝國(guó)的圣索菲亞教堂（砌體結(jié)構(gòu)），中央大廳32.6mx68.6m,由一個(gè)整園穹拱和兩個(gè)半圓穹頂覆蓋，穹窿之下，柱拱之間，推力逐步傳給更小的半圓穹頂。隨著19世紀(jì)工業(yè)革命的發(fā)展，材料的進(jìn)步，生鐵出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)鐵價(jià)比木材低廉，采用鐵方便靈活又具有截面小等特點(diǎn)，在歐洲興盛起來(lái)，1851年倫敦海德公園舉行首屆國(guó)際博覽會(huì)的展覽館水晶宮，用的是鋼材和玻璃建造的第一棟房屋，中央大廳采用了筒拱頂，支撐在空心鑄鐵柱上。隨著鋼結(jié)構(gòu)快速的發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)也開(kāi)始成熟起來(lái)，1886年英國(guó)阿士普

4、丁發(fā)明混凝土。1886年德國(guó)冠農(nóng)通過(guò)圓拱和平板荷載試驗(yàn)確定了鋼筋受拉，混凝土受壓的理論。1892年法國(guó)亨奈比克用鋼筋植入混凝土中，漸漸的運(yùn)用在房屋建筑中。空間結(jié)構(gòu)理論研究也在同步發(fā)展，18261831年法國(guó)人首創(chuàng)薄殼理論及周邊支撐筒殼近似分析法，1892年的徑向剪力與彎矩理論為以后殼體結(jié)構(gòu)發(fā)展打下基礎(chǔ)。1924年天象儀概念創(chuàng)始人鮑爾斯費(fèi)爾德教授非結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)，用純數(shù)學(xué)計(jì)算出自己提出的用15m直徑的半圓形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的每根桿的位置和長(zhǎng)度，建成了公認(rèn)的真正意義上的空間結(jié)構(gòu)的德國(guó)耶拿市蔡斯工廠(chǎng)的天文館。該結(jié)構(gòu)以網(wǎng)殼與薄殼的組合結(jié)構(gòu)。其表面用鋼絲覆蓋后噴漿，鋼的求網(wǎng)殼在施工中當(dāng)了模架，水泥硬化后成為球殼的配筋

5、。1925年第一個(gè)真正薄殼誕生于德國(guó)耶拿Schiff玻璃工廠(chǎng)廠(chǎng)房的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的球殼屋頂。分類(lèi)：實(shí)體結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)構(gòu)主要形式：圓柱面殼，圓球殼，雙曲扁殼，雙曲拋物面扭殼，與傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)相比，薄殼結(jié)構(gòu)造型優(yōu)美，傳力路線(xiàn)直接，受力性能好，既是承重結(jié)構(gòu)又是圍屋結(jié)構(gòu)材料節(jié)約。案列羅馬小體育館，美國(guó)西雅圖金郡體育館，北京網(wǎng)球館；折板結(jié)構(gòu)主要形式：V,II,Z形，折線(xiàn)形橫截面，大大增加了空間剛度，能做梁受彎，拱受壓，便于制作。案列美國(guó)伊利諾大學(xué)會(huì)堂，武鋼外國(guó)專(zhuān)家招待所文娛室。1網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桿件空間會(huì)交于節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)高次超靜定結(jié)構(gòu)。平板網(wǎng)架：外觀(guān)為平板，多向傳力，空間剛度大，整體性好，有良好的抗震性能，及適用大跨度建

6、筑，也適用中小跨度房屋，能覆蓋各種形狀的平面；網(wǎng)殼：外觀(guān)為曲面狀，有單層和雙層兩類(lèi)，主要承受壓力，穩(wěn)定問(wèn)題比較突出，跨度較大時(shí)，不能充分發(fā)揮材料強(qiáng)度，桿件和節(jié)點(diǎn)的幾何偏差，曲面偏離等初始缺陷對(duì)網(wǎng)殼內(nèi)力和整體穩(wěn)定影響較大。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分類(lèi)平面桁架系網(wǎng)架：兩向正交正方，兩向正交斜放，兩向斜交斜放，三向，單向折線(xiàn)形四角錐體系網(wǎng)架：正方四角錐，正方抽空四角錐，斜放四角錐，棋盤(pán)形四角錐，星型四Iff三角錐體系網(wǎng)架：三角錐，抽空三角錐，蜂窩形三角錐斜放四角錐網(wǎng)架：組成單元倒放四角錐，于正放四角錐不同之處在于四角錐底邊的角于角相連。上弦網(wǎng)架呈正交斜放，下弦網(wǎng)格則與建筑軸線(xiàn)平行或垂直呈正交正放；上弦桿短承受壓力而

7、下弦桿長(zhǎng)承受拉力，受力合理，充分發(fā)揮截面作用，耗鋼量較省。兩向正交正方網(wǎng)架：組成單元兩個(gè)方向的平面桁架互相垂直交叉而成，兩個(gè)桁架節(jié)間宜布置成偶數(shù)，奇數(shù)時(shí)中間做交叉腹桿，周邊上弦網(wǎng)格中設(shè)置附加斜撐，傳遞水平力，當(dāng)支撐點(diǎn)在下弦節(jié)點(diǎn)時(shí)，下弦桿也設(shè)置。棋盤(pán)四角錐網(wǎng)架：組成單元倒放四角錐，與斜放四角錐（水平轉(zhuǎn)動(dòng)45°）基本相同，下弦正交正方，上弦正交斜放，也具有上弦短下弦長(zhǎng)特點(diǎn)，周邊布置成滿(mǎn)錐的情況下剛度較好，具有斜放四角錐的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，屋面構(gòu)造簡(jiǎn)單。蜂窩型網(wǎng)架：組成單元倒放三角錐，各倒置三角錐底面的角于角相連，因其上弦是有規(guī)律的三角形與六邊形，其圖形與蜜蜂巢相似，故為蜂窩形三角錐，下弦網(wǎng)架呈單

8、一的六邊形。下弦桿與斜腹桿位于同一垂直平面內(nèi)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有六個(gè)桿件會(huì)交，上弦短，下弦長(zhǎng)受力比較合理，在各類(lèi)網(wǎng)架中它的桿件數(shù)和節(jié)點(diǎn)數(shù)都比較少，輕型屋蓋中小跨采用，有較好經(jīng)濟(jì)效果。星型四角錐網(wǎng)架：組成單元兩個(gè)倒放的三角形小桁架正交形成，在交點(diǎn)處有一根共用的豎桿，形狀像個(gè)星體。將單元體的上弦連接起來(lái)即形成網(wǎng)架上弦，將各星體頂點(diǎn)相連為網(wǎng)架下弦。上弦正交斜放，斜腹桿均與上弦位于同一垂直平面內(nèi)。上弦短下弦長(zhǎng)受力合理。豎桿受壓內(nèi)力等于上弦節(jié)點(diǎn)荷載，剛度稍差，不如正方四角錐，用于中小跨度周邊支撐屋兩向正交斜放網(wǎng)架：組成單元兩個(gè)方向的平面桁架互相垂直交叉而成，正交正方轉(zhuǎn)動(dòng)45°,每向桁架與建筑軸線(xiàn)交角不

9、再正交成45°。兩個(gè)方向平面桁架跨度有長(zhǎng)有短，節(jié)點(diǎn)數(shù)有多又少，但網(wǎng)架是等高的，因此各根桁架剛度各異，能形成良好空間受力體系。網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)：按層數(shù)分為單層（肋環(huán)型球面由徑肋和環(huán)桿組成，網(wǎng)格呈梯形，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只會(huì)交四根桿件，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單，整體剛的差，適用中小跨度；肋環(huán)斜桿型球面由肋環(huán)型基礎(chǔ)上加斜桿組成也成施威得勒型，大大提高了網(wǎng)殼的剛度，提高了抵抗非對(duì)稱(chēng)荷載的能力，又根據(jù)斜桿分為單斜桿，交叉斜桿，無(wú)環(huán)桿的交叉斜桿等，網(wǎng)格呈三角形，剛度好，適用大中跨度；三向網(wǎng)格型球面水平投影呈正三角形，通過(guò)圓心作夾角土60。的三個(gè)軸，將軸等分n份并連線(xiàn)，形成正三角形網(wǎng)格，受力性能好，外形美觀(guān)，適用于中小型跨度；

10、葵花型三向網(wǎng)格球面由人字形斜桿組成菱形網(wǎng)格，兩斜桿夾角在30。50。造型美觀(guān)也稱(chēng)聯(lián)方型，為增強(qiáng)網(wǎng)架剛度和穩(wěn)定性，在環(huán)向加設(shè)桿件，使網(wǎng)架成為三角形，適用于大中跨度；扇形三向網(wǎng)格型球面由n根徑肋把球面分為n個(gè)對(duì)稱(chēng)扇形曲面，每個(gè)扇形曲面內(nèi)再由環(huán)桿和斜桿組成大小均稱(chēng)的三角形網(wǎng)格，也成凱威特型或根據(jù)肋數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)Kn型，這種結(jié)構(gòu)綜合旋轉(zhuǎn)式劃分法與均分三角形劃分法的優(yōu)點(diǎn)，因此不但網(wǎng)格大小均稱(chēng)，內(nèi)力分布均勻，適用于大中跨度；短程線(xiàn)球面用過(guò)球心的平面截球，在球面上所得截線(xiàn)稱(chēng)為大圓，在大圓上兩點(diǎn)連線(xiàn)為球面上兩點(diǎn)的最短距離，稱(chēng)短程線(xiàn)。用球的內(nèi)接正20面體在球面上劃分網(wǎng)格，把球面先劃分為20個(gè)等邊球面三角形。在實(shí)際工程中

11、，等邊球面三角形的邊長(zhǎng)太大，形成的桿件太長(zhǎng)，需要再劃分，至所有桿件長(zhǎng)度在制作、安裝較為方便并能滿(mǎn)足受力要求，這就形成了短程線(xiàn)球面網(wǎng)殼。）和雙層（交叉桁架體系單層球面六種都適用交叉桁架體系，只要將單層網(wǎng)殼中的每個(gè)桿件用平面網(wǎng)片代替，網(wǎng)片豎桿共用，方向通過(guò)球心即可形成雙層球面網(wǎng)殼；角錐體系由四角錐和三角錐組成雙層球主要有肋環(huán)形四角錐球面，聯(lián)方形四角錐球面，聯(lián)方形三角錐球面，平板組合式球面）；按高斯曲率分類(lèi)零高斯曲率分【柱面（單層主要形式單斜桿正交正方型柱面沿曲線(xiàn)劃分等弧長(zhǎng)，通過(guò)曲線(xiàn)等分點(diǎn)作平行縱向直線(xiàn)，再將直線(xiàn)等分，作平行于曲線(xiàn)的橫線(xiàn)形成方格每個(gè)方格加斜桿；交叉斜桿正交正方型柱面方格內(nèi)設(shè)交叉斜桿，

12、提高剛度；聯(lián)方網(wǎng)格型柱面桿件組成菱形網(wǎng)格，桿件夾角為30°50。之間；三向網(wǎng)格型柱面可理解為聯(lián)方形網(wǎng)格上加縱向桿件使菱形變?yōu)槿切?。雙層由交叉桁架體系和四角錐體系組成主要形式交叉桁架體系單層柱面都可成為交叉桁架體系雙層柱面網(wǎng)殼每個(gè)網(wǎng)片形式為二|矩形被一條對(duì)角線(xiàn)分割；四角錐體系在網(wǎng)架體系中共六種正方四角錐柱面，桿件品種少，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單剛度大，抽空正方四角錐柱面，在正放基礎(chǔ)上抽出一些四角錐單元中的腹桿和下層桿，適用于小跨度，輕屋面荷載，網(wǎng)格應(yīng)為基數(shù)；斜置正放四角錐柱面；三角錐體系三角錐柱面和抽空三角錐柱面），圓錐形，正高斯曲率（球面，雙曲扁，橢圓拋物面），負(fù)高斯曲率（雙曲拋物面（網(wǎng)殼沿直

13、紋兩個(gè)方向設(shè)置直線(xiàn)桿件，主要形式有正交正方類(lèi)組成網(wǎng)格為正方形，采用單層形式時(shí)在方格內(nèi)設(shè)斜桿，采用雙層時(shí)組成四角錐體；正交斜放類(lèi)桿件沿曲面最大曲率方向設(shè)置，抗剪剛度較差可在第三方向全部或局部設(shè)桿件來(lái)提高抗剪剛度），單塊扭】；按曲面外形分類(lèi)球面分，雙曲扁，柱面，單塊扭，雙曲拋物面，切割或組合形成曲面。常用節(jié)點(diǎn)形式：焊接或螺接鋼板節(jié)點(diǎn)，焊接空心球節(jié)點(diǎn)，螺栓球節(jié)點(diǎn)，相貫節(jié)點(diǎn)，鑄鋼節(jié)點(diǎn)，我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造開(kāi)發(fā)嵌入式轂節(jié)點(diǎn)。事檢球節(jié)點(diǎn)焊接螺栓球焊接或螺接鋼板節(jié)點(diǎn)相貫節(jié)點(diǎn)張力結(jié)構(gòu)-對(duì)柔性的索或膜施加預(yù)張力以后形成的結(jié)構(gòu)體系，具有非線(xiàn)性特征,主要受力構(gòu)件是單向受拉的索或雙向受拉的膜。鋼索一維線(xiàn)性材料，膜材二維面

14、材料。懸索結(jié)構(gòu)是以一系列受拉索作為主要受拉構(gòu)件，并將其按一定規(guī)律排列組成各種形式的體系后，懸掛在相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上。懸索是一種可變體系，具平衡形狀隨荷載分布方式而變；抗風(fēng)能力差。按組成方法和受力特點(diǎn)分為：?jiǎn)螌討宜黧w系（由一系列按一定規(guī)律布置的單根懸索組成，懸索兩端錨掛在穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)上，分為平行布置，輻射式布置，網(wǎng)狀布置三種形式。通常采用重屋面，預(yù)應(yīng)力混凝土懸掛薄殼，橫向加勁構(gòu)件來(lái)保持形狀穩(wěn)定性），預(yù)應(yīng)力雙層懸索體系（由一系列下凹的承重索和下凸的穩(wěn)定索以及它們之間的連系桿拉桿和壓桿組成。三者布置在同一平面內(nèi)類(lèi)似承受橫向荷載的桁架也稱(chēng)索桁架；上下索也可是相互交叉，較小屋蓋結(jié)構(gòu)所占空間。雙層索體系中穩(wěn)

15、定索不僅可以抵抗風(fēng)吸力，而且設(shè)了相反曲率的穩(wěn)定索及相應(yīng)聯(lián)系桿，可以對(duì)體系施加預(yù)應(yīng)力。通過(guò)張拉承重索，張拉穩(wěn)定索或者都進(jìn)行張拉可以保證索的形狀穩(wěn)定性。由于預(yù)應(yīng)力，穩(wěn)定承重索一起可以抵抗豎向荷載作用，提高了體系剛度。布置形式也分為平行布置，輻射式布置，網(wǎng)狀布置），預(yù)應(yīng)力鞍形索網(wǎng)（由相互正交,曲率相反的兩組鋼索直接疊交，而形成的一種負(fù)高斯曲率的曲面懸索結(jié)構(gòu)，兩組索中，下凹的承重索在下，上凸的穩(wěn)定索在上，兩組索在交點(diǎn)處相互連接在一起，索網(wǎng)周邊懸掛在強(qiáng)大的邊緣構(gòu)件上。鞍形索網(wǎng)和雙層索系基本工作原理完全相同；區(qū)別在于雙層索屬于平面結(jié)構(gòu)體系，鞍形屬于空間結(jié)構(gòu)體系）,勁性懸索（由于柔性懸索不能抗彎抗壓,而勁性索結(jié)構(gòu)是可以具有一定抗彎抗壓剛度的曲線(xiàn)形實(shí)腹或格構(gòu)式構(gòu)件來(lái)代替索的懸掛結(jié)構(gòu)），預(yù)應(yīng)力橫向加勁單層索網(wǎng)，預(yù)應(yīng)力索