大跨建筑結構(大跨平面結構)1023

1、 大跨與空間鋼結構主要用于公共建筑，如大會大跨與空間鋼結構主要用于公共建筑，如大會堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場、航空港等。場、航空港等。 大跨度結構也用于工業(yè)建筑，如飛機制造廠的大跨度結構也用于工業(yè)建筑，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等等?？傃b配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等等。這些建筑采用大跨結構是受裝配機器（如船舶、飛這些建筑采用大跨結構是受裝配機器（如船舶、飛機）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。機）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。展覽館展覽館日本大分體育公園綜合競技場倫敦千年穹頂 大跨度結構的

2、跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家大跨度結構的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標準，國家標準標準鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范、網架結構設計與施工網架結構設計與施工規(guī)程規(guī)程將將6060m以上定義為以上定義為大跨度結構，計算和構造大跨度結構，計算和構造均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到340340m，以，以鋼索和膜材做成的索膜結構最大已做到鋼索和膜材做成的索膜結構最大已做到320m。 大跨度結構主要是在自重荷載下工作，主要矛大跨度結構主要是在自重荷載下工作，主要矛盾是減輕結構自重，故最適宜采用鋼結構。在大跨盾是減輕結構自重，故最適宜采用鋼結構。在大跨度屋蓋中應盡可能使用輕質屋面結構及

3、輕質屋面材度屋蓋中應盡可能使用輕質屋面結構及輕質屋面材料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。 平面結構體系平面結構體系梁式體系梁式體系框架式體系框架式體系拱式體系拱式體系空間結構體系空間結構體系實體結構類：薄殼、折板結構實體結構類：薄殼、折板結構張力結構類：懸索結構、膜結構張力結構類：懸索結構、膜結構混合結構類混合結構類網格結構類：網架及網殼結構網格結構類：網架及網殼結構 梁式結構體系一般采用簡支桁架的形式，桁架梁式結構體系一般采用簡支桁架的形式，桁架的優(yōu)點是制作與安裝都比較簡單，其上、下弦及腹的優(yōu)點是制作與安裝都比較簡單，其上、下弦及腹桿僅承受拉力或

4、壓力，對支座也沒有橫推力。桿僅承受拉力或壓力，對支座也沒有橫推力。 適用跨度：適用跨度：4040 6060m，更大的跨度由于耗鋼量，更大的跨度由于耗鋼量過大而不經濟。過大而不經濟。 重點是支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結構體系重點是支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結構體系的整體剛度是非常重要的。的整體剛度是非常重要的。 大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨大跨度梁式結構的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結構的形式，常用的有梯形度、屋面型式及吊天棚結構的形式，常用的有梯形和拱形桁架。按重量最優(yōu)確定的桁架的高跨比一般和拱形桁架。按重量最優(yōu)確定的桁架的高跨比一般為為1/61/61/81/8。

5、常用形式：常用形式： （1 1）角鋼（或）角鋼（或T型鋼）桁架型鋼）桁架 （2） H型鋼重型桁架型鋼重型桁架* （3）鋼管桁架（圓鋼管或矩形管）鋼管桁架（圓鋼管或矩形管）* 桁架設計的難點在節(jié)點和支座，桁架設計的難點在節(jié)點和支座，跨度大于跨度大于35354040m時，梁式結構的支座之一必須作成可移動的，時，梁式結構的支座之一必須作成可移動的，以減小對支承墻體或支柱傳遞的橫向反力，橫向反以減小對支承墻體或支柱傳遞的橫向反力，橫向反力一般由屋架下弦的彈性變形產生。力一般由屋架下弦的彈性變形產生。* * 上海證券大廈上海證券大廈 連接兩幢主樓連接兩幢主樓的天橋桁架跨度的天橋桁架跨度63m，共支承著從

6、，共支承著從17層至層至26層共層共8個個樓層，采用了樓層，采用了H型型鋼重型桁架。鋼重型桁架。上海浦東國際機場 上海上海浦東國際機場候機樓屋架梁跨度浦東國際機場候機樓屋架梁跨度83m，跨中高度超過跨中高度超過11m，單榀屋架梁重，單榀屋架梁重55噸。噸。 為了增加屋架結構的剛度，同時為保證屋架為了增加屋架結構的剛度，同時為保證屋架梁在風吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置梁在風吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預應力鋼索，對下弦施加足夠的預應力。了一根預應力鋼索，對下弦施加足夠的預應力。 一般用節(jié)點板連接，過去采用的方法是按桁架一般用節(jié)點板連接，過去采用的方法是按桁架弦桿或腹桿的最大

7、內力選擇節(jié)點板厚，當受力較復弦桿或腹桿的最大內力選擇節(jié)點板厚，當受力較復雜時不可靠。國外有些規(guī)范（如美國雜時不可靠。國外有些規(guī)范（如美國AISC規(guī)范）規(guī)規(guī)范）規(guī)定需進行計算。定需進行計算。 88規(guī)范后的規(guī)范后的9090年代，重慶鋼鐵設計研究院會同年代，重慶鋼鐵設計研究院會同云南省建筑設計院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點云南省建筑設計院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點板的試驗，其中受拉試件板的試驗，其中受拉試件1616個，受壓試件個，受壓試件8 8個。從而個。從而總結出總結出用撕裂面法推導出來的公式用撕裂面法推導出來的公式。 由于桁架節(jié)點板的外形往往不規(guī)則，同時，一些由于桁架節(jié)點板的外形往往不規(guī)則，同

8、時，一些受動力荷載的桁架還需要計算節(jié)點板的疲勞，用撕受動力荷載的桁架還需要計算節(jié)點板的疲勞，用撕裂面法推導出來的公式計算比較麻煩。故參照國外裂面法推導出來的公式計算比較麻煩。故參照國外多數(shù)國家的經驗，規(guī)范建議對桁架節(jié)點板也可采用多數(shù)國家的經驗，規(guī)范建議對桁架節(jié)點板也可采用有效寬度法進行承載力計算。有效寬度法進行承載力計算。 有效寬度法假定腹桿軸力有效寬度法假定腹桿軸力通過連接件在節(jié)點板通過連接件在節(jié)點板內按照應力擴散角度傳至連接件端部與內按照應力擴散角度傳至連接件端部與N 相垂直的相垂直的一定寬度范圍內，稱為有效寬度一定寬度范圍內，稱為有效寬度be 。 假定假定b be e范圍內的節(jié)點板應力達

9、范圍內的節(jié)點板應力達到到fu，并令，并令betfu=Nu(節(jié)點板破壞節(jié)點板破壞時的腹桿軸力時的腹桿軸力) )，按此法擬合的結，按此法擬合的結果，當應力擴散角果，當應力擴散角 =270時精度最時精度最高，計算值與試驗值的比高，計算值與試驗值的比值平均值平均為為98.9%；當；當 =300時，比值為時，比值為106.8%，考慮到國外多數(shù)國家對，考慮到國外多數(shù)國家對應力擴散角均取為應力擴散角均取為300，為與國際，為與國際接軌且誤差較小，建議取接軌且誤差較小，建議取 =300。 有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點板采用側焊、圍焊、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘圍焊

10、、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘或螺栓連接時，或螺栓連接時，be應取為有效凈寬度）。應取為有效凈寬度）。 桁架節(jié)點板厚度選用表桁架節(jié)點板厚度選用表 一般的鋼結構教科書和手冊均列有一般的鋼結構教科書和手冊均列有“桁架節(jié)點板桁架節(jié)點板厚度選用表厚度選用表”，但都系互相參考，缺乏科學依據(jù)。這，但都系互相參考，缺乏科學依據(jù)。這次該研究組先制作了次該研究組先制作了N- t/b關系表（關系表（N為腹桿最大拉力為腹桿最大拉力；t為節(jié)點板厚度；為節(jié)點板厚度；b為連接肢寬度），反映了側焊縫為連接肢寬度），反映了側焊縫焊腳尺寸焊腳尺寸hf1、hf2的影響。同時又在上述參數(shù)組合的的影響。同時又在上述參數(shù)組合的

11、最不利情況下，重新整理出偏于安全的最不利情況下，重新整理出偏于安全的Nt表。相對表。相對來說它比以往的來說它比以往的Nt表更符合實際。表更符合實際。 為保證節(jié)點板受壓時的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不為保證節(jié)點板受壓時的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不能太大，例如有豎腹桿的節(jié)點板（或自由邊有加勁能太大，例如有豎腹桿的節(jié)點板（或自由邊有加勁的節(jié)點板）的節(jié)點板） ，不能理解為，不能理解為c c 值愈小愈值愈小愈好。規(guī)范規(guī)定好。規(guī)范規(guī)定“弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間隙，不應小于隙，不應小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余，是由于間隙過小，焊接殘余應力影響過大。而對吊車桁架，為避免疲

12、勞破壞又應力影響過大。而對吊車桁架，為避免疲勞破壞又規(guī)定此間隙規(guī)定此間隙“不宜小于不宜小于50mm”；同時還規(guī)定在工作；同時還規(guī)定在工作溫度溫度-20 C地區(qū)的桁架，為防冷脆，地區(qū)的桁架，為防冷脆，“腹桿與弦桿相腹桿與弦桿相鄰焊縫焊趾間凈距不宜小于鄰焊縫焊趾間凈距不宜小于2.5t ”。同樣，這些規(guī)。同樣，這些規(guī)定不能理解為桿件間間隙愈大愈好，在某些情況如定不能理解為桿件間間隙愈大愈好，在某些情況如出現(xiàn)矛盾，應妥善處理。出現(xiàn)矛盾，應妥善處理。yftc/23515 隨著熱軋隨著熱軋H型鋼在我國投產，剖分型鋼在我國投產，剖分T型鋼用于型鋼用于桁桁架弦桿或腹桿的情況越來越多。架弦桿或腹桿的情況越來越多

13、。T 型鋼桁架的優(yōu)點型鋼桁架的優(yōu)點是：無離縫、防腐易處理、用鋼量省。是：無離縫、防腐易處理、用鋼量省。 問題：問題： （1 1）節(jié)點施工不方便；）節(jié)點施工不方便； （2 2）節(jié)點構造方式不同，節(jié)點內的應力狀態(tài)更加）節(jié)點構造方式不同，節(jié)點內的應力狀態(tài)更加復雜，同時，對節(jié)點受力研究不夠，故規(guī)范公式均復雜，同時，對節(jié)點受力研究不夠，故規(guī)范公式均不適用；不適用； （3 3）板件的局部穩(wěn)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。）板件的局部穩(wěn)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。 桁架節(jié)點鉸接是一種近似，條件是桿件較細長，桁架節(jié)點鉸接是一種近似，條件是桿件較細長，以以H型鋼作型鋼作弦桿或腹桿的弦桿或腹桿的重型桁架，設計時應注意重型桁架，設

14、計時應注意節(jié)點的次應力，或按剛接節(jié)點設計，對重要的節(jié)點節(jié)點的次應力，或按剛接節(jié)點設計，對重要的節(jié)點還應進行有限元分析。還應進行有限元分析。 鋼管桁架節(jié)點受力復雜，原鋼管桁架節(jié)點受力復雜，原8888規(guī)范只有直接焊規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結構的條文。近幾年同濟大學接的平面桁架式圓管結構的條文。近幾年同濟大學對圓鋼管空間桁架節(jié)點作了一些試驗和分析；哈工對圓鋼管空間桁架節(jié)點作了一些試驗和分析；哈工大對直接焊接的方管桁架結構（主管為方管，支管大對直接焊接的方管桁架結構（主管為方管，支管為方管或圓管）的節(jié)點作了一些試驗和分析，為方管或圓管）的節(jié)點作了一些試驗和分析，鋼鋼結構設計規(guī)范結構設計規(guī)范修訂

15、時，其成果已部分納入。修訂時，其成果已部分納入。 與梁式結構體系相比，框架式體系比較經濟，與梁式結構體系相比，框架式體系比較經濟，且橫梁高度可以取得比梁式結構的高度小，剛度且橫梁高度可以取得比梁式結構的高度小，剛度也較大，常用于工業(yè)建筑。也較大，常用于工業(yè)建筑。 框架柱柱腳可以作成鉸接，也可以作成剛接。框架柱柱腳可以作成鉸接，也可以作成剛接。無鉸框架剛度更好，用鋼量省、便于安裝，但這無鉸框架剛度更好，用鋼量省、便于安裝，但這種框架對溫度作用比較敏感，對基礎及地基的要種框架對溫度作用比較敏感，對基礎及地基的要求較高。求較高。 主要有實腹式和格構式兩大類。主要有實腹式和格構式兩大類。 （1）實腹式

16、框架結構體系）實腹式框架結構體系 實腹式框架適用于跨度不太大（實腹式框架適用于跨度不太大（L=18=186060m）的框架結構。它的優(yōu)點是制作簡單、便于運輸，還的框架結構。它的優(yōu)點是制作簡單、便于運輸，還能降低房屋高度。實腹框架常設計成鉸接柱腳。能降低房屋高度。實腹框架常設計成鉸接柱腳。 由于框架支座彎矩的卸載作用使實腹框架的橫由于框架支座彎矩的卸載作用使實腹框架的橫梁高度不大，可取跨度的梁高度不大，可取跨度的1/301/301/401/40。 在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結構，是在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結構，是實腹式框架結構體系的一種，其特點是屋蓋及墻體實腹式框架結構體系的一種，其特點是屋蓋及墻體均采用壓型鋼板，結構主要承受自身的重量。均采用壓型鋼板，結構主要承受自身的重量。 （1 1）當截面全部受壓時：當截面全部受壓時：he= hw 當截面部分受拉時：當截面部分受拉時：he= hc crypf/cr85. 0p0 . 1時2 . 18 . 0p)2 . 1(24. 064. 02 . 1pb時)8 . 0(9 . 01pywwcrypfkthf2351 .28/ ywwcrywfkthf23537/2) 15 .