大跨度建筑構(gòu)造

大跨度建筑構(gòu)造

ConstructionofLarge-spanBuilding

大跨度建筑構(gòu)造本單元內(nèi)容:主要的大跨結(jié)構(gòu)類型及造型特點屋頂?shù)臉?gòu)造處理要點天窗設(shè)計要點1.概論1.1大跨度建筑的概念界定：30M我國規(guī)范：60m以上類型：影劇院、體育場館、展覽館、大會堂、航空港；工業(yè)建筑：飛機裝配車間、飛機庫等歷史——萬神廟

——美國·底特律·韋恩縣體育館（WayneCountystadium）（266m，圓形鋼網(wǎng)殼）

——上海體育館（110m，圓形鋼平板網(wǎng)架）——英國千年穹（365m，帳篷結(jié)構(gòu)1.概論大跨度建筑發(fā)展的原因：1）功能復雜，大型文體表演、盛大博覽會2）型材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求高，成為建筑設(shè)計的關(guān)鍵因素材料和結(jié)構(gòu)方法決定了造型的可能性結(jié)構(gòu)構(gòu)造技術(shù)的發(fā)展制約了大跨度建筑造型的發(fā)展現(xiàn)代大跨度建筑造型已經(jīng)有較大自由結(jié)構(gòu)是在特定的材料和施工技術(shù)條件下運用力學原理創(chuàng)造出來的房屋的骨架建筑師——選擇結(jié)構(gòu)形式；需要對各種結(jié)構(gòu)的基本的力學特征和適用范圍有深入的了解，才能夠自由創(chuàng)作，結(jié)構(gòu)和形式統(tǒng)一。雙曲扁殼1.2大跨度結(jié)構(gòu)形式分類

平面結(jié)構(gòu)體系

——拱——桁架——剛架

——……

（把結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身作為獨立的單元來考慮）空間結(jié)構(gòu)體系

——網(wǎng)架

——折板——薄殼——懸索——……

（把結(jié)構(gòu)的所有組成構(gòu)件協(xié)同起來共同跨越空間，作為整體來考慮——整體作用大于單個作用之和，且多向受力比單向受力更發(fā)揮材料潛力，空間工作比平面工作更符合力的自然傳遞路線）2十種常用的大跨度結(jié)構(gòu)形式

拱剛架桁架網(wǎng)架折板薄殼懸索帳篷薄膜充氣薄膜懸挑3.1.1拱結(jié)構(gòu)及其造型

懸索——受拉拱——受壓概念：在荷載作用下主要承受軸向壓力，有時也承受彎矩而有支座推力的曲線或折線的桿形結(jié)構(gòu)。

是一種古老的方法適合脆性材料、石材、磚材、混凝土等關(guān)鍵是側(cè)推力平衡問題適用建筑類型：商場、展覽館、體育館、散裝貨倉——拱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型結(jié)構(gòu)類型

——無鉸拱、兩鉸拱、三鉸拱

——木、鋼、鋼筋混凝土——實腹、空腹影響造型的因素——矢高f（1/5-1/7不小于1/10）——平衡水平側(cè)推力的方式——屋面材料的類型（如油氈f不小于1/8）——鋼筋混凝土自防水屋面失高一般取跨度的1/6——軸向受壓（無彎距、只要求材料的受壓性能好，可以很薄。相同截面高的拱與梁，由于前者的曲面作用，跨度相差n倍）——有橫向側(cè)推力承受拱水平推力的處理手法1由拉桿承受水平推力——拉桿拱優(yōu)點：支撐拱的側(cè)墻不承受拱的推力，簡化了支座受力狀況單跨、多跨、高低跨；布局靈活，外形輕巧吊桿12~15——2、16~20——3、21~25——4、26~30——5承受拱水平推力的處理手法2框架結(jié)構(gòu)承受水平推力承受拱水平推力的處理手法3由基礎(chǔ)承受水平推力——落地供拱端部空間較小水平推力不大，或基礎(chǔ)條件較好拱的類型半圓拱：無水平推力拱拋物線拱：受力最合理失高：1/2~1/8拱身截面高度h=(1/30~1/40),寬度為25~40拱的發(fā)展帆拱3.1.2剛架結(jié)構(gòu)及其造型

梁與柱以整體的方式構(gòu)成門型結(jié)構(gòu)類型——無鉸剛架、兩鉸剛架、三鉸剛架開間一般為6m，進深為3m模數(shù)，24m、27m、30m高跨比h/l=0.75鋼架之間以縱梁及板整體連接（相當于肋形屋蓋，鋼架相當于主梁）——剛架結(jié)構(gòu)的特點特點——剛結(jié)點（與排架結(jié)構(gòu)對比）：大大減少梁的跨中彎距——結(jié)構(gòu)斷面小，外形簡潔，可暴露結(jié)構(gòu)構(gòu)件——門型剛架中部向上微翹有利于綜合利用室內(nèi)空間，擴大凈空高度——適用于40m跨度以內(nèi)，動荷載不能太大（吊車≤10T，遠小于排架）——剛架結(jié)構(gòu)的造型

擴展：薄腹梁結(jié)構(gòu)體系常用作T、工字梁自重較大，跨度6~183.1.3桁架結(jié)構(gòu)及其造型

原型：梁——薄腹梁——桁架結(jié)構(gòu)類型造型——桁架結(jié)構(gòu)的特點特點——格構(gòu)（空腹）式結(jié)構(gòu)體系，全部節(jié)點均為鉸接，每一桿件受力均為軸向力?！芰r考慮施于節(jié)點，可避免使桿件受彎。優(yōu)點：相對于梁結(jié)構(gòu)——①跨度大，省材，用材較廣，鋼筋混凝土、鋼、木均可②受力明確③自重輕，可跨越較大空間④便于安裝運輸缺點樣式多：平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架——結(jié)構(gòu)高度較大，需增強穩(wěn)定性——桁架結(jié)構(gòu)的類型

類型按構(gòu)成●三角形結(jié)構(gòu)高度最低1/5-1/2≤18m●拱形受力最好1/6-1/818-36m60m（無斜腹桿）15-30m●梯形受力較好，制作方便1/6-1/818-36m72m按材料●鋼適宜36m以上跨度，自重輕●鋼筋混凝土適宜36m以下跨度●木——特殊環(huán)境（相對濕度大于75%或有腐蝕性介質(zhì)時）不宜鋼、木材料，只宜預應力鋼筋混凝土材料。屋架選擇的原則因素：使用要求、跨度、荷載、材料施工1跨度>36m以上，鋼屋架（有酸堿性介質(zhì)則不宜選用）2跨度<36m——預應力鋼筋混凝土。18~24m亦可選用普通鋼筋混凝土3跨度<18m鋼筋混凝土組合屋架4房屋內(nèi)部以及所在地區(qū)相對濕度>75%，通風不良者，或者有侵蝕介質(zhì)，不宜選擇木屋架和鋼屋架3.1.4網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及其造型

概念：一種由多根桿件以一定規(guī)律通過節(jié)點組成的空間結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)類型網(wǎng)架尺寸桿件斷面節(jié)點連接造型——網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點特點桿件互相支撐，形成多向受力的空間結(jié)構(gòu)優(yōu)點●空間剛度好、結(jié)構(gòu)高度?。ǘ嘞蚴芰?，整體性好）30m~60m，甚至30m以上超靜定結(jié)構(gòu)●自重輕（比桁架節(jié)約30%）

跨度大（受力合理，節(jié)省材料）●桿件規(guī)格統(tǒng)一為有限的幾種，易于工廠化生產(chǎn)●樣式多——網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類型類型外形平板（平面）（支座為簡支）曲面（實質(zhì)是一種挖空的薄殼）不常用層數(shù)單層、雙層、多層材料木、鋼、鋼筋混凝土——平板網(wǎng)架的構(gòu)成平板網(wǎng)架——構(gòu)造簡單：雙層平板，無側(cè)推力，只需簡單支座——可覆蓋各種形式平面●交叉桁架體系（兩向或三向；正放與斜放）●角錐體系（三角錐、四角錐、六角錐）a網(wǎng)架b單層網(wǎng)殼c雙層網(wǎng)殼d兩向網(wǎng)架e兩向正放網(wǎng)架f兩向斜放網(wǎng)架g三向網(wǎng)架h三向三角平面g三向梯形平面——網(wǎng)架結(jié)構(gòu)尺寸與節(jié)點尺寸●網(wǎng)格高度（高跨比）約1/15●網(wǎng)格尺寸采用鋼筋混凝土屋面板時≯3m×3m桿件斷面與節(jié)點連接——網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的造型要素

網(wǎng)架支撐方式與建筑造型拱形網(wǎng)架支撐在兩排列住上穹形網(wǎng)架支撐在周邊柱上——網(wǎng)架結(jié)構(gòu)實例

肋環(huán)空腹雙層網(wǎng)殼3.1.5折板結(jié)構(gòu)及其造型

概念：以一定傾斜角整體相連的薄板+橫隔構(gòu)件材料：鋼筋混凝土板或鋼絲網(wǎng)水泥——折板結(jié)構(gòu)的特點特點L2/L1≤1短折板L2≤12米L2/L1≥1長折板f：長折板=（1/10~1/15）L1

——薄、省材；預制裝配（裝配整體式）；構(gòu)造簡單——折板結(jié)構(gòu)的類型

——斷面：三角形折板、梯形折板——波長數(shù)目：單波、多波折板——折板構(gòu)成：平行、扇形巴黎聯(lián)合國教科文組織會議大廳2.6薄殼結(jié)構(gòu)及其造型

概念：一種薄得不至于產(chǎn)生明顯彎曲應力，但是厚度足以承受壓力、拉力、剪力的形抵抗結(jié)構(gòu)——薄殼結(jié)構(gòu)的特點與類型特點：曲面內(nèi)軸向力；薄、輕、省、跨大、造型豐富；費工費時、隔熱效果不好、易開裂、容易引起室內(nèi)聲音的反射和混響類型筒殼、球殼、扁殼、鞍形殼——薄殼結(jié)構(gòu)的特點與類型筒殼（圓柱形薄殼）：長殼L1:L2>=1一般比值為1.5~2.5，最大可達3~4，長薄殼跨度最大可達30m失高應大于或等于L1/15~L1/10——薄殼結(jié)構(gòu)的特點與類型球面薄殼（圓頂薄殼）:殼板的徑向和環(huán)向彎矩極小，可以忽略天文館、體育館、會堂等——薄殼結(jié)構(gòu)造型實例

2.7懸索結(jié)構(gòu)及其造型

懸索結(jié)構(gòu)是大跨度屋蓋的一種理想結(jié)構(gòu)形式構(gòu)件：索網(wǎng)；鋼索，只受力邊緣構(gòu)件：梁、桁架、拱等下部承重結(jié)構(gòu)：支承結(jié)構(gòu)——懸索結(jié)構(gòu)的類型懸索類型2）雙層單曲面懸索——輪輻式懸索

類型單層單曲面雙層單曲面輪輻式鞍形2）雙層單曲面懸索——鞍形懸索鞍形3.1.8帳篷薄膜結(jié)構(gòu)及其造型

特點撐桿+篷面充氣薄膜結(jié)構(gòu)及