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,大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用及其主要特點(diǎn)大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的類型梁式結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)拱式結(jié)構(gòu)網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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),? 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，汽車庫等) 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(長春體育館，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，1998)

2、 主跨1385m (江陰長江大橋，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,? 平面結(jié)構(gòu) 由一些強(qiáng)度不大的縱向構(gòu)件將平面結(jié)構(gòu)連接起來構(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

3、，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)(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,復(fù)雜式,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50?70m及更大時(shí)，采用桁架形式(吊頂與下弦設(shè)間隙)

4、 桁架外形及腹桿體系取決于跨度，屋面形式和吊頂結(jié)構(gòu) 桁架高跨比一般為1/8?1/6(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)(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

5、向框架布置(跨度較小時(shí)，特別有利，可向外懸伸，用于機(jī)庫等)?結(jié)構(gòu)型式 ?跨度在50?60m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1/20?1/12 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1/40?1/30,框架結(jié)構(gòu)(2),?跨度較大時(shí)，常用雙鉸格構(gòu)式框架 跨度超過100m時(shí)，宜采用無鉸格構(gòu)式框架,框架結(jié)構(gòu)(3),?格構(gòu)

6、式框架的橫梁高跨比宜在跨度的1/20?1/12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40?50m，高度約15?20m)的建筑物 橫梁高度和立柱寬度皆在跨度的1/25?1/15范圍選取,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

7、度超過80m時(shí)尤為顯著)? 結(jié)構(gòu)布置 ?跨度為40?60m時(shí)，拱間距可取6?10m，無檁或型鋼檁條,拱式結(jié)構(gòu)(2),?跨度達(dá)100m左右時(shí)，宜采用相距3?6m的拱對(duì)，拱對(duì)間距為9?15m,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)(4),?結(jié)構(gòu)型式 ?雙鉸拱(最常見，制作安裝方便，較經(jīng)濟(jì)，溫度應(yīng)力低) ?無鉸拱(最經(jīng)濟(jì)，須設(shè)強(qiáng)支座，溫度應(yīng)力高) ?三鉸拱(

8、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1/80?1/50 格構(gòu)式截面高度可取跨度的1/60?1/30 ?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)(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)(1),? 特點(diǎn) ?多向傳力

9、，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)(2),兩向正交斜放,兩向斜交斜放,兩向正交斜放 短桁架對(duì)長桁架有嵌固作用，受力有利 角部產(chǎn)生拔力，常取無角部形式兩向斜交斜放 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)(3),三向網(wǎng)架三個(gè)方向的平面桁架相

10、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)(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?？朔诵狈?/p>

11、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)(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)(6),? 網(wǎng)架的點(diǎn)支承 ?點(diǎn)支承的設(shè)置原則 通過正彎矩和撓度減小，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

12、長度宜取中間跨的1/3 (下圖a) 對(duì)于多跨多點(diǎn)支承，懸挑長度宜取中間跨的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)(7),? 網(wǎng)架選型 ?周邊支承的矩形平面形狀 長短邊之比?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

13、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 (b)自由邊局部增加網(wǎng)

14、架層數(shù)(形成反梁),自由邊,反梁,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,注：L2 是以米計(jì)的網(wǎng)架短向跨度；跨度小于

15、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)(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?? 50?e)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)(10),a)正放四角錐柱面網(wǎng)殼,b)正放抽空四角錐柱面網(wǎng)

16、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，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)(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)

17、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)(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

18、(略)2.角錐體系(常見四種) 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)(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

19、 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)(1),? 特點(diǎn) ?軸向拉伸抵抗外荷作用，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

20、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，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

21、/20?1/10 ?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)(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1/20?1/15 ，穩(wěn)定索拱跨比一般取1/20?1/25,?平行布置形式,懸索

22、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)外環(huán)梁d)單層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置e)雙層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置,懸索結(jié)構(gòu)(5),?鞍形索網(wǎng)布置形式,懸索結(jié)構(gòu)(6),? 一些典型建筑 ?單層懸索,德國烏柏特市游泳館,德國多特蒙特展覽大廳,前蘇聯(lián)克達(dá)斯若牙爾斯克車庫,日本古川市民會(huì)館,懸索結(jié)構(gòu)(7),?雙層懸索,瑞典斯德哥爾摩約翰尼紹夫滑冰場(chǎng),芬蘭赫爾辛基冰上運(yùn)動(dòng)場(chǎng),德國法蘭克