大跨度建筑构造

1、大跨度建筑构造 Construction of Large-span Building 大跨度建筑构造 o 本单元内容: o 主要的大跨结构类型及造型特点 o 屋顶的构造处理要点 o 天窗设计要点 1. 概论概论o 1.1 大跨度建筑的概念大跨度建筑的概念o 界定：30M o 我国规范：60m以上o 类型：影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港；工业建筑：飞机装配车间、飞机库等o 历史 万神庙 o 美国底特律韦恩县体育馆 （Wayne County stadium ）（266m，圆形钢网壳） o 上海体育馆 （110m，圆形钢平板网架） o 英国千年穹 （365m，帐篷结构1. 概论概论o

2、大跨度建筑发展的原因：o 1）功能复杂，大型文体表演、盛大博览会o 2）型材料、新技术、新结构出现o 钢结构、钢筋混凝土结构o 结构的技术要求高，成为建筑设计的关键因素o 材料和结构方法决定了造型的可能性o 结构构造技术的发展制约了大跨度建筑造型的发展o 现代大跨度建筑造型已经有较大自由o 结构是在特定的材料和施工技术条件下运用力学原理创造出来的房屋的骨架o 建筑师选择结构形式；需要对各种结构的基本的力学特征和适用范围有深入的了解，才能够自由创作，结构和形式统一。双曲扁壳双曲扁壳1.2 大跨度结构形式分类大跨度结构形式分类 o 平面结构体系 o 拱o 桁架 o 刚架 o （把结构构件本身作为独

3、立的单元来考虑） o 空间结构体系 o 网架 o 折板 o 薄壳 悬索 o o （把结构的所有组成构件协同起来共同跨越空间，作为整体来考虑整体作用大于单个作用之和，且多向受力比单向受力更发挥材料潜力，空间工作比平面工作更符合力的自然传递路线）2 十种常用的大跨度结构形式十种常用的大跨度结构形式 o 拱 o 刚架 o 桁架 o 网架 o 折板o 薄壳 o 悬索 o 帐篷薄膜 o 充气薄膜 o 悬挑 3.1.1 拱结构及其造型拱结构及其造型 o 悬索悬索受拉受拉o 拱拱受压受压o 概念：在荷载作用下概念：在荷载作用下主要承受轴向压力，主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有有时也承受弯矩而有支座推力的

4、曲线或折支座推力的曲线或折线的杆形结构线的杆形结构。 o 是一种古老的方法o 适合脆性材料、石材、砖材、混凝土等o 关键是侧推力平衡问题o 适用建筑类型：商场、展览馆、体育馆、散装货仓适用建筑类型：商场、展览馆、体育馆、散装货仓o 拱结构的结构类型拱结构的结构类型o 结构类型 o 无铰拱、两铰拱、三铰拱 o 木、钢、钢筋混凝土 o 实腹、空腹o 影响造型的因素 o 矢高f（1/5-1/7 不小于1/10） o 平衡水平侧推力的方式 o 屋面材料的类型（如油毡f不小于1/8）o 钢筋混凝土自防水屋面失高一般取跨度的1/6o 轴向受压（无弯距、只要求材料的受压性能好，可以很薄。相同截面高的拱与梁，

5、由于前者的曲面作用，跨度相差n倍） o 有横向侧推力承受拱水平推力的处理手法o 1 由拉杆承受水平推力拉杆拱o 优点：支撑拱的侧墙不承受拱的推力，简化了支座受力状况o 单跨、多跨、高低跨；布局灵活，外形轻巧o 吊杆12152、16203、21254、26305承受拱水平推力的处理手法o 2 框架结构承受水平推力承受拱水平推力的处理手法o 3 由基础承受水平推力落地供o 拱端部空间较小o 水平推力不大，或基础条件较好拱的类型o 半圆拱：无水平推力拱o 抛物线拱：受力最合理o 失高：1/21/8o 拱身截面高度h=(1/301/40),宽度为2540拱的发展帆拱3.1.2 刚架结构及其造型刚架结构

6、及其造型 o 梁与柱以整体的方式构成门型结构o 类型 无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架o 开间一般为6m，进深为3m模数，24m、27m、30mo 高跨比h/l=0.75o 钢架之间以纵梁及板整体连接（相当于肋形屋盖，钢架相当于主梁）刚架结构的特点刚架结构的特点o 特点 o 刚结点（与排架结构对比）：大大减少梁的跨中弯距 o 结构断面小，外形简洁，可暴露结构构件 o 门型刚架中部向上微翘有利于综合利用室内空间，扩大净空高度 o 适用于40m跨度以内，动荷载不能太大（吊车10T，远小于排架）刚架结构的造型刚架结构的造型 扩展：薄腹梁结构体系o 常用作T、工字梁o 自重较大，跨度6183.1.3 桁架

7、结构及其造型桁架结构及其造型 o 原型：梁薄腹梁桁架o 结构类型 o 造型桁架结构的特点桁架结构的特点o 特点o 格构（空腹）式结构体系，全部节点均为铰接，每一杆件受力均为轴向力。 o 受力时考虑施于节点，可避免使杆件受弯。 o 优点：相对于梁结构o 跨度大，省材，用材较广，钢筋混凝土、钢、木均可o 受力明确o 自重轻，可跨越较大空间o 便于安装运输缺点 o 样式多：平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架 o 结构高度较大，需增强稳定性 桁架结构的类型桁架结构的类型 o 类型 o 按构成 o 三角形 结构高度最低 1/5-1/2 18m o 拱形 受力最好 1/6-1/8 18-36m 60m （无

8、斜腹杆） 15-30m o 梯形 受力较好 ，制作方便 1/6-1/8 18-36m 72m o 按材料 o 钢 适宜36m以上跨度，自重轻 o 钢筋混凝土 适宜36m以下跨度 o 木 特殊环境（相对湿度大于75%或有腐蚀性介质时）不宜钢、木材料，只宜预应力钢筋混凝土材料。 屋架选择的原则o 因素：使用要求、跨度、荷载、材料施工o 1 跨度36m以上，钢屋架（有酸碱性介质则不宜选用）o 2 跨度36m预应力钢筋混凝土。1824m亦可选用普通钢筋混凝土o 3 跨度75%，通风不良者，或者有侵蚀介质，不宜选择木屋架和钢屋架3.1.4 网架结构及其造型网架结构及其造型 o 概念：一种由多根杆件以一定

9、规律通过节点组成的空间结构o 结构类型 o 网架尺寸 o 杆件断面节点连接 o 造型 网架结构的特点网架结构的特点o 特点 杆件互相支撑，形成多向受力的空间结构 o 优点 o 空间刚度好、结构高度小 （多向受力，整体性好）30m60m，甚至30m以上 超静定结构 o 自重轻（比桁架节约30%） 跨度大 （受力合理，节省材料） 杆件规格统一为有限的几种，易于工厂化生产 o 样式多网架结构的类型网架结构的类型类型 o 外形 平板（平面）（支座为简支）曲面 （实质是一种挖空的薄壳） 不常用o 层数 单层、双层、多层 o 材料 木、钢、钢筋混凝土 平板网架的构成平板网架的构成o 平板网架 构造简单：双

10、层平板，无侧推力，只需简单支座 可覆盖各种形式平面 o 交叉桁架体系 （两向或三向；正放与斜放） o 角锥体系 （三角锥、四角锥、六角锥） o a 网架o b 单层网壳o c 双层网壳o d 两向网架o e 两向正放网架o f 两向斜放网架o g 三向网架o h 三向三角平面o g 三向梯形平面网架结构尺寸与节点网架结构尺寸与节点o 尺寸 o 网格高度（高跨比） 约1/15 o 网格尺寸 采用钢筋混凝土屋面板时 3m3m o 杆件断面与节点连接网架结构的造型要素网架结构的造型要素 o 网架支撑方式与建筑造型 o 拱形网架支撑在两排列住上o 穹形网架支撑在周边柱上网架结构实例网架结构实例 o 肋

11、环空腹双层网壳3.1.5 折板结构及其造型折板结构及其造型 o 概念：以一定倾斜角整体相连的薄板+横隔构件o 材料：钢筋混凝土板或钢丝网水泥o 折板结构的特点折板结构的特点o 特点 L2/L11 短折板 L212米 L2/L11 长折板 f：长折板=（1/101/15）L1 o 薄、省材；预制装配（装配整体式）；构造简单折板结构的类型折板结构的类型 o 断面：三角形折板、梯形折板o 波长数目：单波、多波折板o 折板构成：平行、扇形o 巴黎联合国教科文组织会议大厅2.6 薄壳结构及其造型薄壳结构及其造型 o 概念：一种薄得不至于产生明显弯曲应力，但是厚度足以承受压力、拉力、剪力的形抵抗结构薄壳结

12、构的特点与类型薄壳结构的特点与类型o 特点：曲面内轴向力；薄、轻、省、跨大、造型丰富；费工费时、隔热效果不好、易开裂、容易引起室内声音的反射和混响 o 类型 筒壳、球壳、扁壳、鞍形壳 薄壳结构的特点与类型薄壳结构的特点与类型o 筒壳（圆柱形薄壳）：o 长壳 L1:L2=1 一般比值为1.52.5，最大可达34，长薄壳跨度最大可达30mo 失高应大于或等于L1/15L1/10 薄壳结构的特点与类型薄壳结构的特点与类型o 球面薄壳（圆顶薄壳）:壳板的径向和环向弯矩极小，可以忽略o 天文馆、体育馆、会堂等薄壳结构造型实例薄壳结构造型实例 2.7 悬索结构及其造型悬索结构及其造型 o 悬索结构是大跨度屋盖的一种理想结构形式构件：o 索网；钢索，只受力 o 边缘构件：梁、桁架、拱等o 下部承重结构：支承结构悬索结构的类型悬索结构的类型2）双层单曲面悬索）双层单曲面悬索轮辐式悬索轮辐式悬索 类型 o 单层单曲面 o 双层单曲面 o 轮辐式 o 鞍形2）双层单曲面悬索）双层单曲面悬索鞍形悬索鞍形悬索o 鞍形鞍形3.1.8 帐篷薄膜结构及其造型帐篷薄膜结构及其造型 o 特点 撑杆+篷面充气薄膜结构及其造型充气薄膜结构及其造型o 演变：帐篷：树皮、羊毛、牛毛、帆布，采用木结构或张拉结构充气薄膜结构及其造型充气薄膜