大跨钢结构学习要点甘杰

1、百度文库平面结构体系：梁式拱式框架传力有层次主要依赖于截面尺寸与材料强度， 受力 取决于单个最弱杆件。空间结构体系：实体（薄壳、折板）、网格（网架、网壳）、 张力（自重最小，如悬、索、膜）、混合结构（刚性柔性杂交结构）。充分利用三 维几何构成，形成合力受力形态，发挥材料性能优势。有整体性高次超静定自重很重要可采用钢结构轻质屋面结构及材料或新颖材料。三向受力，非线性。60m以上为大跨度。优点：自重轻经济性好，刚度好抗震性好，便于工业生产，形式多样性，造型美观，建筑结构使用功能结合。受力特性：梁轴心受力俩端铰接i 大时应做刚接。拱拱身主要承担轴力，跨度大时更经济，俩较拱使用较多安装简 单温度应力低

2、无铰拱跨中 m分布最有利，但需加强基础，且对沉降敏感，实腹 式桁架式截面不高水平推力较大，对支座要求较高，可设水平拉杆或橡胶支座， 合理拱轴线：给定荷载，该轴线下任一截面无弯矩，工程中以最不利荷载，最不 利工况下，拱截面弯矩最小为准。张弦梁：有刚性上弦构件，柔性下弦拉索，中 间连以撑杆的新型自平衡杂交结构。在下弦拉索施以预应力使上弦刚性构件产生 反挠度，使荷载作用下总挠度降低，撑杆对上部结构提供弹性支撑，改善结构性 能，预应力使上拉下压。悬索结构：通过索的轴向拉伸来抵抗外荷作用，索的材 料是由高强度钢丝组成的钢绞线钢丝绳或钢丝束等， 可以充分的利用钢索的抗拉 强度，大大减轻了结构自重。分类：单

3、/双层悬索体系、索网体系。门式钢架: 柱与横梁刚接，与基础铰接。支撑分类：屋盖支撑：上下弦水平支撑垂直支撑及 纵向水平系杆。柱间支撑：上中下部柱间支撑。作用：把网架变成一个空间几何 不变体系提高空间刚度，增加平面外整体稳定性，传递纵向荷载。基本荷载: 向荷载：屋面自重、领条等构件自重、屋面活荷载、雪荷载。水平荷载：风、 震、吊车制动力。按支承网架结构 按结构组成分双层，三层，组合（钢筋砼板代替上弦受压杆） 情况分周边，点，周与点结合 按网格形式分交叉平面桁架体系一般使斜腹杆受拉，竖杆受压，夹角40到60 （两向正交正放 网架几何可变，设上弦或下弦水平支撑，适用正方形跨度小 两向正交斜放 边界

4、可靠时为几何不变，嵌固作用可采用无角部，适用正方形或长方形 三向网架采用圆钢管及球结点，适用大跨度）四角锥体系（正放四角锥网架受力均匀，刚 度比其他四角锥和两向好，杆件数量多，适用正方形周边支承，屋面荷载大大柱距点支承设有吊车的工业厂房正方抽空适用屋面荷载小的中小跨度网架斜放四角锥上弦杆与边界成45度，为下弦杆的0.707倍，上弦网格正交斜放故屋面 板种类多，排水坡形成困难，适用中小跨周边支承，或周边支承与点结合的方形 和矩形 星形四角锥角部上弦可能受拉类似正交斜放，适用中小跨周边支承 棋盘 形四角锥适用小跨周边支承）三角锥体系（三角锥网架适用三角形六边形圆形抽空三角锥适用荷载小跨度小的三角形

5、六边形圆形蜂窝形三角锥 适用中小跨周边 支承 单向折线形网架适用狭长矩形）网架高度 网架起拱作用1,消除使用阶段的挠度影响称施工起拱2,利于排水高度为短向跨度/300起拱方法按线型分折线 型和弧线型，按方向分单向（狭长平面）和双向（正方形）屋面排水坡度 取1%到4%,多雨选用大值，做法1, 上弦节点上加小立柱找坡，当其高时应注意稳定 性，此法构造简单2,网架变高度，当跨度大时，会造成受压腹杆太长3,支承 柱变高，适用点支撑方案网架4,整个网架起拱，一般适用大跨度网架 网架结构静力计算 计算模型分铰接杆系，桁架系，梁系，平板 空间桁架位移法 也称矩阵位移法，是一种空间杆系有限元分析法，以网架结构

6、的杆件作为基本单 元，以节点位移作为基本未知量，先对杆件单元分析，根据虎克定律建立单元杆 件内力与节点位移之间的关系，形成单元刚度矩阵，再对结构整体分析，根据各 节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上的节点荷载和节点位移之间的 关系，形成结构的总刚度矩阵和总刚度方程，求解引入给定边界条件后的总刚度 方程，得出各节点的位移值，由单元杆件内力与节点位移之间的关系求出杆件内 力。边界条件处理，结构总刚度矩阵【K】是奇异的，尚需引入边界条件以消除刚体 位移，使总刚度矩阵为正定矩阵，某方向固定表示该方向位移为零，某方向为强 迫位移边界表示在该方向位移为一固定值 支座某方向固定的处理1,把已知外荷载的

7、方程放在前，未知反力的方程放在后2,将位移为0行列划去3,对角线项 充大数法，把元素Kcc改为充大数B=108到10X2 4,将相应于零位移分量的 主对角线元素改为1,其余元素连同右端项的元素都改为 0前2种方法使总刚度矩阵阶数减少，第一种还可得支座反力的方程，但带来元素地址的变动；后2种的阶数和元素地址不变，利于编程支座某方向弹性约束 的处理，对应于弹性5约束方向的主对角线元素叠加上等效弹簧刚度系数Kz即可 某方向给定位移的处理，1,潜行修正法，相应于给定位移分量的那些行列的非对角线元素改为零， 对角线改为1,同时把总刚度方程的右端各分量减去对应的已知值 2,对角线项 充大数法，对应主元数K

8、cc充大数B,并将c行右端项Piz改为B乘给定位移 斜边界条件的处理，1,在边界点沿着斜边界方向设置一个具有一定截面的杆件2, 将斜边界点处的节点位移向量作一变换，使在整体坐标下的该节点位移向量变换 到任意的斜方向，然后按一般边界条件处理。对称性利用同时位于对称面内的杆件截面面积应取原截面面积的1/2;位于n个对称面内的杆件截面面积应取原截面面积的1/2n；位于对称面内各节点的荷载应取原荷载值的1/2;位于n个对称面内节点的荷载应取原荷载值的1/2n。计算 步骤 网架不考虑温度作用下内力的条件，当温度变化时，网架杆件中支承平面弦杆的温度应力为最大，并随着支座法向约束的减弱而减少。1,支座节点的

9、构造允许 网架侧移时，其侧移值应等于或大于某计算值 2,在单位力作用下，柱顶位移值 应等于或大于上值3,当周边支承的网架且网架验算方向跨度小于 40m时，支承 结构应为独立柱或砖壁柱。杆件固端内力和由节点不平衡力引起的杆件内力叠加即得网架杆件的温度内力 和应力 网架结构的动力特性 及不需要抗震验算的条件：抗震设防烈度为6度或7度，网 架屋盖结构可不进行竖向和水平抗震验算；8度，周边支承的中小跨可不进行水 平抗震验算。网架重力荷载代表值，恒载取100%，雪荷载及屋面积灰荷载取50%，不考虑屋 面活荷载。网架杆件截面形式 与网格形式、节点形式有关，应根据承载力和稳定性的计算确 定，对轴心受拉，验算

10、强度和刚度（长细比）；对轴心受压或压弯，验算强度、 稳定和刚度。螺栓球结点由钢球、高强度螺栓、紧固螺钉套筒、锥头或封板组成，适合连接圆钢管杆件。优点是节点小，重量轻，适用于四角锥或三角锥网架，安装方便，可 拆卸，缺点是，球体加工复杂，零部件多，加工精度高，价格贵，所需钢号不一, 工序复杂，受力特点见P63,直径大小主要取决于高强度螺栓的直径，高强度螺 栓拧入球体的长度及相邻两杆件轴线之间的夹角；应满足的条件： 1,相邻两螺 栓在球体内不相碰2,套筒与钢球之间有足够的接触面。 焊接空心球节点用两块 钢板（Q235或Q345）经热压或冷压成两个半球后对焊而成，分加肋与不加肋,肋板厚度与球壁等厚，肋

11、板可用平台或凸台，采用凸台，高度=1m m。宜加设 环形加肋肋板1,外径D=300mm,且连接于空心球的圆钢管杆件内力较大 2, 壁厚t小于腹杆壁厚ts的2倍3,外径D大于腹杆外径ds的3倍4,同一网架往 往需调整和统一空心球外径减少球的规格。 将内力较大的圆钢管杆件设置在环形 加劲肋板的平面内，工程实践中，一般设在较大内力弦杆的轴线平面内。 钢板节 点见P73十字型板节点，适用角钢杆件的两向正交交叉网架 管筒米字型板节点， 适用中小跨度用角钢作杆件的四角锥网架 压力支座节点 平板压力支座节点（不 能转动移动，适用小跨）单面弧形压力支座节点（可微量转动和移动，可在螺栓上部加弹簧，上部支承板的锚

12、栓孔应做成椭圆孔或大圆孔，中小跨）双面弧形压 力支座节点（可自由转动和伸缩，比较符合不动圆柱铰支承，适用大跨、支承网 架柱子、墙体刚度大，周边支承约束强，温度应力影响显著）球铰压力支座节点（微量转动，不产生线位移和弯矩，跨度大或带悬伸的四点或多点支承） 拉力支座节点平板拉力支座节点（跨度小，支座垂直拉力小）单面弧形拉力支座（可 转动和移动，中小跨度）板式橡胶支座节点 可沿切向及法向位移，两向转动，构 造简单、造价较低、安装方便，适用大中跨度，缺点易老化。网架拼装高空散装法（小拼单元或散件在设计位置总拼， 不需大型起重设备，需搭设大规模拼装支架，适用螺栓连接节点）分条或分块安装法（将网架分成条状

13、或块状单元，由起重设备吊至高空设计位置，再拼装成整体，适用分割后刚度高空滑移和受力状况改变较小，如两向正交、正放四角锥、正放抽空四角锥）法（1,单条滑移法，将条状单元一条一条分别从一端滑到另一端，小跨可用人 力撬2,逐条积累滑移法，将条状单元滑到一段距离后，连接好第二条单元后，两条再滑移一段距离，重复此法牵引力逐渐加大，需小型卷扬机。滚动式和滑动式，水平、下坡、上坡滑移，牵引法和顶推法）移动支架安装法（网架在可移动的脚手架上安装，不需大型起重设备，但移动支架稳定性较固定支架差， 适用 于支承点平行） 整体吊装法（网架在地面总拼后，采用单根或多根拔杆、一台或多台起重机进行吊装就位；网架拼装和空中

14、移位）整体提升法（总拼后利用结构柱上的提升设备提升网架或在提升网架的同时进行柱子滑模的安装，单提网架法、升梁抬网法、升网滑模法）整体顶升法（总拼后，利用网架支承柱作为 顶升支架，也可设临时顶升支架，用千斤顶顶升） 网壳结构按层数分为单层和双层，三层网壳 圆柱面单层网壳 单向斜杆型（相对刚度差曲面变形幅度大）交叉斜杆（刚度好，内力分布均匀，内力值小，缺点 杆件）联方型 三向网格型（最好，适用跨度大和不对称荷载较大）柱面网壳按 支承情况分为短壳（纵向支承点距离 L与曲率半径R比值0.5,沿长度方向多 点支承，荷载沿两向传递）、长壳（2.5,局部支承，荷载沿长度方向传递，结构主要起梁的作用）、筒拱（

15、在周边节点上均设计支座，其受力性能与平面拱相 似）球面单层网壳肋环型肋环斜杆型三向网格型凯威特型联方型短程线型 网壳结构选型单层网壳采用刚性节点，双层跨度40m采用铰接节点大跨度网 壳选用矢高大 非对称荷载、集中荷载对单层网壳稳定性影响大，选结构稳定的 球面短程线型、凯威特型、柱面双斜杆型、联方型 静力分析的有限单元法双层采用空间杆系有限元法，单层采用空间梁系有限元网壳结构失稳分为整体失稳和局部失稳（跃越失稳或跃越屈曲，单杆失稳、点失 稳）影响因素1,结构非线性2,初始缺陷，初偏心、初弯曲，结构外形，支座 位置偏差3,曲面形状4,结构刚度5,结点刚度6,荷载类型，集中力和非对称 对其不利，风和雪为主要荷载 7，支承条件 抗震分析分两个阶段：第一阶段为多遇地震作用下的分析， 处于弹性阶段；第二 阶段为罕遇地震，弹塑性 时程分析法、振型分解反应谱法