PPT大跨空间钢结构

ModernSpatialStructures大跨跨空空间间钢钢结结构构第一章现代空间结构构概论一、钢结构及及其应用二、空间钢结结构的概念三、现代空间间结构的型式式和应用1网格结构，，包括网架和和网壳（SpatialGridStructures）2张拉整体结构构（TensegrityStructures）3膜结构（MembraneStructures）4开合结构（RetractableStructures）5折叠结构（DeployableStructures）6玻璃结构（GlassifiedStructures）7其他的结构型型式（OthertypesofStructures）轻质——材料的质量密度与强度的比值小Q235钢C30混凝土另外：航天材料、军事材料等（1）轻质高强Q235钢密度：7850kg/m3强度：235N/mm2C30混凝土密度：2450kg/m3强度：14.3N/mm2一.钢结构的特点点和应用1.钢结构的特点点（2）塑性、韧性性好塑性和韧性是是概念上完全不同的两个物理量量塑性——承受静力荷载时，材料吸收收变形能的能能力。塑性好，会使结构一一般情况下不不会由于偶然然超载而突然断裂，给给人以安全保保证韧性——承受动力荷载时，材料吸收收能量的多少少。韧性好，说明材料具具有良好的动动力工作性能能。（3）材质均匀，，性能稳定，，符合力学假假定（4）制作简便，施施工工期短（5）密闭性好好，具有可焊焊性：容器、、管道、闸门门（6）耐腐蚀性差：：防腐防锈措措施（7）耐热不耐耐火100℃以内，强度无影响响150℃以上，必须进行遮遮挡处理600℃左右，钢材进入塑塑性，无承载载能力措施：防火涂料、、防火漆、外外包混凝土（8）低温冷脆脆钢结构在低温温和其他条件件下，可能发发生脆性断裂，这应引引起设计者的的特别注意。。1.2钢结构的应用用范围（1）重：重工业厂房（2）大：大跨度结构（3）高：高层建筑、高高耸结构（4）动：受动荷载作用用的结构（5）轻：荷载较小的轻轻钢结构（6）拆：可拆装的结构构二、空间结构构的概念1、空间结构的的概念空间结构：凡凡是建筑结结构的形体成成三维空间状状并具有三维维受力特性、、呈立体工作作状态的结构构称为空间结结构。与平面结构的的区别2、空空间间结结构构的的历历史史与与发发展展自然然界界起起源源：：如如蛋蛋壳壳、、肥肥皂皂泡泡、、蜘蜘蛛蛛网网、、蜂蜂窝窝等等空间间结结构构的的建建筑筑美美观观性性空间间结结构构的的材材料料空间间结结构构的的发发展展水水平平已已成成为为一一个个国国家家建建筑筑技技术术水水平平的的标标志志3、空空间间结结构构的的分分类类(1)刚性性空空间间结结构构：：薄壁壁空空间间结结构构、网网架架结结构构网网和和壳壳结结构构等等。。(2)柔性性空空间间结结构构:悬索索结结构构、、充充气气结结构构、、张张拉拉整整体体结结构构和和薄薄膜膜结结构构等等。。(3)杂交交空空间间结结构构:拉索索预预应应力力空空间间网网架架（（网网壳壳））结结构构、、斜斜拉拉空空间间网网架架（（网网壳壳））结结构构、、索索———桁结结构构和和悬悬索索空空间间网网格格结结构构等等。。1、空空间间结结构构的的基基本本特特征征三、、空空间间结结构构技技术术与与应应用用（1）空间结构是是现代建筑结结构当前的空间结结构型式，许许多是继承了了传统的结构构，比如：悬索结构——公元前200多年，汉朝，，铁链悬桥；；膜结构——古时的牧民和和军队使用的的牛皮或布等等制作的帐篷篷；开合结构——公元82年的古罗马大大剧场就有雏雏形；网壳结构——1893年就已建造，，之后得到发发展；网架结构——从1944年已经开始发发展；（2）建筑与结构构的协调与统统一空间钢结构是是建筑与结构构的协调与统统一，是建筑筑与结构协同同发展的典型型——空间结构的建建筑结构学。。几个例子。济州体育场首都机场扩建建工程国家体育场国家体育场总总占地面积21公顷，建筑面面积258,000m2。平面为椭圆形形,长轴340m,短轴292m。屋盖中间设设185.3mX127.5m开口。“鸟巢”钢钢结构总重重4.2万吨。水立方游泳泳馆新建南通体体育馆南通体育场场国内第一一个大型体体育场的开开闭顶工程程。它结构构新颖，造造型独特。。钢结构部部分由主拱拱桁架、副副拱桁架、、斜拱及内内环拱组成成，屋盖部部分还有固固定网壳和和活动网壳壳。其中主主拱桁架最最大跨度262，矢高55.4m，结构形式式非常复杂杂，安装难难度国内罕罕见。（3）结构型式式丰富多样样，适应各各种跨度，，结构的效效率高，自自重轻（4）制作与安安装技术先先进、工艺艺简单日本：川口口卫攀达穹顶（PandaDome）攀达穹顶体体系施工工工程2、现代空间间结构的几几种形式和和应用2.1空间网格结结构螺栓球节点点焊接球节点点螺栓球网架架杆件(1)网架结构（（平板网格格结构）网架结构是是一种空间间杆系结构构，受力杆杆件通过结结点有机的的结合起来来。结点一般设设计成铰接接，杆件主主要承受轴轴力作用。。由于结构组组合有规律律，大量的的杆和结点点的形状、、尺寸相同同，便于工工厂化生产产，便于工工地安装。。网架结构一一般是高次次超静定结结构，具有有较高的安安全储备，，能较好的的承受集中中荷载、动动力荷载和和非对称荷荷载，抗震震性能好。。网架结构能能适应不同同跨度、不不同支撑条条件的公共共建筑和工工厂厂房的的要求，也也能适应不不同建筑平平面及其组组合。大型公共建建筑、工业业厂房、大大型机库、、特种结构构、装饰网网架、扩建建增层等不不同领域。。1981年5月我国颁布布了《网架结构设设计与施工工规定》（JGJ7——80）。网架结构工工程应用：：大型厂房房体育设施公路收费站站首都机场亚亚洲最大A380机库净跨350.8米，进深110米，下弦高高度30米，可同时时容纳6架以空客A380和波音747为代表的宽宽体客机及及4架以波音737为代表的窄窄体客机，，是目前全全球不多的的能够容纳纳空客A380的机库之一一，也是目前亚洲最最大的飞机机维修库。。(2)网壳结构（（曲面网格格结构）网壳结构是是一种空间间杆系结构构，受力杆杆件通过结结点有机的的结合起来来。网壳结构则则是主要承承受薄膜内内力的壳体体，主要以以其合理的的形体来抵抵抗外荷载载的作用。。网壳结构一一般是高次次超静定结结构，具有有较高的安安全储备，，能较好的的承受集中中荷载、动动力荷载和和非对称荷荷载，抗震震性能好。。同等条件特特别是大跨跨度条件下下，网壳要要比网架节节省不少钢钢材。网壳结构外外形美观，，富于表现现，充满变变化，改善善、丰富了了人们的居居住环境。。2003年我国颁布布了《网壳结构技技术规程》（JGJ61-2003）。空间结构天津体育中中心体育馆馆1989年中原化化肥厂散装装库1995年黑龙江江速滑馆国家大剧院院位于北京人人民大会堂堂西侧，西西长安街以以南，总占占地面积近近12公顷，总建建筑面积近近15万平方米，，总投资30亿元。该工程外部部围护结构构为钢结构构网壳，是是半椭圆球球形，东西西长轴212.2m，南北短轴轴143.64m，总高度46.285。某干煤棚工工程21m短程线网壳壳巨蛋网壳结结构.镇江巨蛋又又称“神州州第一蛋””，是高48米、直径38米、斜度23.5度的巨型不不锈钢网壳壳结构。2.2悬索结构悬索结构利利用钢材良良好的受拉拉性能，用用高强钢丝丝做拉索，，加上高强强的边缘构构件以及下下部的支承承构件，使使得结构自自重极大的的减小，而而跨度大大大地增加，，除了稳定定性较差外外，是比较较理想的大大跨屋盖形形式。对于于建筑而言言，由于拉拉索显示出出柔韧的状状态，使得得结构形式式轻巧且富富有动感，，也充分显显示了结构构的特征和和结构的美美学。屋盖用悬索索结构的冰冰球馆悬索结构屋屋面覆盖的的世博会展展厅2.3张拉整体结结构(tensegrity)概念是由美美国著名建建筑师富勒勒（R.B.Fuller）提出来来的，，它是是“张张拉””（Tensile）和“整整体”（Integrity）的缩合合。这一概概念的的产生生受到到大自自然的的启发发。富富勒认认为宇宇宙的的运行行是按按照张张拉整整体的的原理理进行行，即即万有有引力力是一一平衡衡的张张力网网，而而各个个星球球是这这张网网中的的一个个个孤孤立的的点。。按照这这个思思想，，张拉拉整体体结构构可定定义为为一组组不连连续的的受压压构件件与一一套连连续的的受拉拉单元元组成成的自自支撑撑、自自应力力的空空间网网格结结构。。由于张拉整整体结构固固有的符合合自然规律律的特点，，最大限度度地利用了了材料和截截面的特性性，因此可可以用尽量量少的钢材材建造超大大跨度的建建筑。2.4膜结构（MembraneStructure）膜结构是20世纪中期发发展起来的的一种新型型建筑结构构形式，是是由多种高高强薄膜材材料及加强强构件（钢钢架、钢柱柱或钢索））通过一定定方式使其其内部产生生一定的预预张应力以以形成一种种作为覆盖盖结构的空空间形状，，并能承受受一定的外外荷载作用用的一种空空间结构型型式。膜结构可可分为两两大类：：张拉膜结结构充气膜结结构青岛音乐乐广场的的膜结构构英国伦敦敦千年穹穹顶（D=320m）日本北九九州穴生生穹顶日本北九九州穴生生穹顶上海体育育场威海体育育场张拉膜结结构的展展示空间间2.5开合结构构(RetractableStructure)开合结构构的出现现与人类类体育事事业的发发展密切切相关，，是当代代人类物物质文化化生活水水平发展展到相当当程度、、人们对对体育比比赛场馆馆功能要要求日益益完美的的结果。。古代的奥奥运会就就是在天天然草坪坪上、在在阳光照照射与微微风吹拂拂中召开开的。人们还是是憧憬大大自然的的天空、、大自然然的阳光光、大自自然的风风。如果果条件允允许，敞敞开式体体育场是是受观众众和运动动员欢迎迎的。因因此，开开合式屋屋盖结构构应运而而生。目前，开开合屋盖盖结构不不仅仅应应用于体体育场馆馆，而且且广泛应应用于飞飞机库、、商场、、厂房以以及需要要晾晒的的仓储建建筑。开合结构构的开合合方式：：水平移动动、重叠叠方式、、折叠方方式混合方式式日本宫崎崎市的海海洋穹顶顶（OceanDome）丰田体育育场札幌穹顶顶日本大分分体育馆馆2.6折叠结构构（DeployableStructure）折叠结构构是一种种用时展展开，不不用时可可折叠收收起的结结构。从这个意意义上说说，有着着悠久的的历史，，广为人人们所熟熟悉的雨雨伞或遮遮阳伞就就是一种种折叠结结构。这表明折折叠结构构的思想想自古有有之，但但折叠结结构用于于建筑领领域并形形成相应应的设计计计算理理论却是是近几十十年的事事。1961年西班牙牙建筑师师P.Pinero展出了他他的作品品——一个可折折叠移动动的小剧剧院。优点：一般般可以重复