大跨度建筑屋顶T86张

大跨度建筑屋顶主要内容一、大跨度建筑屋顶的发展二、大跨度建筑屋顶的结构类型三、大跨度建筑屋顶的类型案例一、大跨度建筑的发展：

近代大跨度建筑在十九世纪末已有很大创新，20世纪30年代以后，尤其是二战后的几十年中，大跨度建筑又有突出的进展。它主要用于展览馆、体育馆、飞机库，以及一些公共建筑。大跨度建筑发展的原因：社会的需要、新材料与新技术的应用。大跨度建筑的结构形式：

除了传统的梁架或桁架屋盖外，比较突出的则是新创造的各种钢筋混凝土薄壳与折板以及悬索结构、网架结构、钢管结构、张力结构、悬挂结构、充气结构等空间结构发展的趋势：

建筑的外貌愈来愈紧密地与新材料、新结构、新的施工技术相结合，覆盖空间越来越大。由于大跨度建筑多为公共建筑，人流多，占地面积大，因此一般位于城市边缘或郊区。(一)70年代中期以前的大跨度建筑:

近些年来，大跨度建筑新结构屋顶可分为以下类型：⒈钢筋混凝土薄壳顶：利用钢筋混凝土薄壳结构来覆盖大空间的做法已越来越多，屋顶形式也多种多样。(二)70年代中期以后的大跨度建筑:

这个时期一系列新的成就集中的表现在体育建筑和交通建筑方面，空间开阔灵活、造型新颖别致、结构与使用功能先进，受到举世瞩目。在这些大跨度屋盖中，上面提过的悬索结构、预制钢筋混凝土空间结构、金属管网架结构、活动屋顶、木制网架结构、充气结构等都有新的发展。大跨度建筑的利与弊利：近二三十年来，各种类型的大跨度建筑所取得的成就，已有力地说明了新技术革命为人们所带来的效益。它使人们的梦想成真，并使这类本来受技术条件制约极大的建筑居然能在建筑技术与建筑艺术有机结合中产生多姿多彩的艺术风貌，令人耳目一新。弊：但是目前看来，要增加建筑的跨度在技术上并非是不可解决的事，问题是造价不成比例的飙升是否值得，以及由于建筑过大、人口在一个建筑某一段时间内的过于集中而产生的一系列其他问题，例如建筑在日常运作中过分依靠能源，与人们在交往与进出的高峰时间中所形成的建筑内部与建筑对城市的交通压力等。因此问题不是越高越大就越好，而是究竟要建多大与多高。二、大跨度建筑屋顶的结构类型界定：30M历史

——万神庙

——美国·底特律·韦恩县体育馆

（WayneCountystadium

）

（266m，圆形钢网壳）

——上海体育馆

（110m，圆形钢平板网架）

——英国千年穹

（365m，帐篷结构）选择结构形式的意义

——造型

——空间利用的合理性

——对内部装饰的影响1、基本概念按照结构的材料分类：

——砌体结构

——木结构

——混凝土结构

——钢结构

——膜结构

——索结构

——复合材料结构2、大跨度结构形式可分为三大类第二：按照结构的空间布置形式分类，可以分为平面结构和空间结构两类。平面结构体系

——桁架

——刚架

——拱

——……

（把结构构件本身作为独立的单元来考虑）空间结构体系

——网架

——折板

——薄壳

——悬索

——……

（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）

第三：：按照照力的的改向向以及及传递递的特特有机机制进进行分分类：：形态作用结结构体体系：：悬索索结构构、帐帐篷结结构、、气囊囊结构构、拱拱结构构向量作用结结构体体系：：平面面桁架架、钢钢架结结构、、空间间桁架架截面作用结结构体体系：：梁结结构、、框架架结构构、板板结构构等面作用结结构体体系：：折板板结构构、薄薄壳结结构等等3、十种种常用用的大大跨度度结构构形式式拱刚架桁架网架折板薄壳悬索帐篷薄薄膜充气薄薄膜悬挑三、大大跨度度建筑筑屋顶顶的类类型及及其特特点1、桁架架结构构各杆件受受力均均以单单向拉拉、压压为主主，通通过对对上下下弦杆杆和腹腹杆的的合理理布置置，可可适应应结构内部的的弯矩和剪力力分布布。由由于水水平方方向的的拉、、压内内力实实现了了自身身平衡衡，整整个结结构不不对支支座产产生水平推力。。受力特特点优点：：受力性性能好好（受受力均均匀，，材料料利用用充分分）扩大了了梁式式结构构的适适用跨跨度桁架可可以用用多种种材料料制造造桁架体体型可可以多多样化化施工方方便（1）、木木屋架架特点：：节间间大小小均匀匀，杆件内内力不不致突突变太太大适宜跨跨度：：９～～２１１米最经济济跨度度：９９～１１５米米节间长长度：：1.5~2.5m屋架的的类型型（2）、钢钢屋架架特点：：小桁桁架的的组合合，杆件长长度较较短下眩受受拉适用跨跨度：：３６６米以以上（3）、钢钢筋混混凝土土屋架架受力性性能好好结点杆杆件数数不多多于5腹杆与与玄杆杆夹角角不小小于30度2、门式刚刚架的的结构构特点点与适适用范范围（1）、从从连接接方式式分：：无铰铰刚架架、两两铰刚刚架、、三铰铰刚架架无铰刚刚架：：超静静定刚刚架，，结构构刚度度大，，但地地基有有不均均匀沉沉降时时，将将使结结构产产生附附加内内应力力有铰刚刚架：：静定定刚架架，地地基有有不均均匀沉沉降时时，对对结构构不会会产生生附加加内应应力，，但跨跨度大大时，，刚度度较差差，一一般用用于小小跨度度（12m）和基基础较较差的的情况况（2）根据据几何何形状状的不不同，，分为为：平平顶和和坡顶顶、拱拱顶以以及单单跨、、多跨跨和单单柱悬悬挑等等形式式。（3）根据据截面面形式式的不不同，，又可可以分分为：：矩形形、I形、T形和箱箱形。。（4）根据据材料料的不不同可可分为为：钢钢筋混混凝土土钢架架、钢钢刚架架、胶胶合木木刚架架等。。（5）根据据结构构的形形式的的不同同可以以分为为：实实腹式式和空空腹式式。杆件较较少，，制作作方便便，结结构内内部空空间较较大梁柱刚刚接，，横梁梁弯矩矩较铰铰接减减少，，适用用于中中小跨跨结构构，跨跨度可可达４４０米米，最最适宜宜１８８米左左右刚度较较差，，受荷荷后产产生挠挠度，，用于于工业业厂房房时，，吊车车起重重量不不能过过大特点点广泛用用于工工业厂厂房和和体育育馆等等3、拱结结构拱的结结构特特点与与优缺缺点（１））利用用地基基基础础直接接承受受水平平推力力（落地地拱））拱结构构的形形式按力学学结构构分：：三铰铰拱、、两铰铰拱和和无铰铰拱按建筑筑外形形分：：半圆圆拱和和抛物物线拱拱利用侧侧面框框架结结构承承受水水平推推力网架结构构的特特点、、优点点与适适用范范围特点：：平面面桁架架相互互交叉叉结合合而成成优点：：（1）多向向受力的的空间间结构构，跨跨度大大（2）刚度度大，稳稳定性性好（3）杆件件主要承承受轴轴向力力，能能充分分发挥挥材材料的的强度度（4）高次超静静定，，安全全度高高（5）结构构高度度小，不不仅可可以有有效地地利用用建筑筑空间间，而而且能能够利利用较较小的的杆件件建造造大跨跨度结结构（6）杆件件类型划划一，，适用用于工工业化化生产产、地地面拼拼装的的整体体吊装装4、网架架结构构网架结构构的分分类按外形形分：：曲面面网架架、平平面网网架一、曲曲面网网架（（网壳壳）单曲、、双曲曲、单单层、、双层层特点：：1利用一一定的的起拱拱度来来实现现外力力的空空间传传递2多余的的上凸凸增加加了建建筑容容积3巨大的的推力力，造造成施施工困困难，，材料料消耗耗大平板网架的的结构构形式式一、两两向正正交正正放网网架二、两两向正正交斜斜放网网架三、三三向交交叉网网架四、锥锥体网网架正交：：两个个方向向桁架架互相相垂直直正放：：两个个方向向桁架架都与与建筑筑平面面的边边线平平行一、两两向正正交正正放网网架特点：：两个方方向桁桁架跨跨度相相等或或接近近时，，两个个方向向桁架架受力力才比比较均均匀，，且能能发生生整体体空间间作用用如建筑筑平面面为长长方形形，空空间作作用不不明显显网格平平面为为几何何可变变体型型，刚刚度差差，需需设斜斜撑适用范范围：：建筑筑平面面为正正方形形或接接近正正方形形中等跨跨度：：30~60米正交：：两个个方向向桁架架互相相垂直直斜放：：两个个方向向桁架架都与与建筑筑平面面的边边线成成45度角二、两两向正正交斜斜放网网架1长度不不统一一，最最长的的桁架架长度度=桁架长长度不不因平平面长长边的的增加加而改改变2短桁架架对长长桁架架起支支承作作用，，可降降低长长桁架架的内内力3网格平平面图图形可可维持持几何何不变变形，，空间间刚度度好4网架四四角的的锚拉拉，使使长桁桁架在在角部部产生生负弯弯矩对对四角角支座座产生较大大的拉拉力，，使四四角有有可能能翘起起特点：：三个方方向的的桁架架相互互交叉叉60度而成成三、三三向交交叉网网架特点：：1上下玄玄网格格均为为三角角形2空间刚刚度比比两向向网架架好3杆件内内力更更均匀匀4结点汇汇交杆杆件多多，构构造复复杂适用范范围：：大跨度度，，建筑筑平面面为三三角形形、六六边形形、圆圆形网架结结构（（1）首都都体育育馆，，北京京最大大的现现代化化体育育馆之之一，，平面面呈矩矩形，，建筑筑物东东西长长122.2米，南南北长长107米，建建筑面面积4万平方方米。。屋盖盖结构构为平平板型型双向向空间间钢网网架，，是我我国矩矩形平平面屋屋盖中中跨度度最大大的网网架。。（2）上海体体育馆馆，主馆呈呈圆形形,圆形屋屋盖直直径为为110m，采用用的是是三向向钢网网架结结构。。5、网壳壳结构构网壳结结构即即为曲曲面桁桁架结结构，，又称称曲面面网架架，简简称网网壳网壳结结构受受力性性能比比桁架架结构构要好好，自自重轻轻，空空间使使用增增大，，形式式丰富富、造造型美美观，，但是是其施施工相相对复复杂些些6、壳体体结构构的特点点与类类型特点点：：曲面面内轴轴向向力力；；薄薄、、轻轻、、省省、、跨跨大大、、造造型型丰丰富富；；费费工工费费时时类型型：：筒壳、、球球壳壳、、扁扁壳壳、、鞍鞍形形壳壳7、折板板结结构构及及其其造造型型折板板结结构构组组成成由折折板板、、边边梁梁和和横横隔隔三三部部分分组组成成。。形形式式可可分分为为有有边边梁梁和和无无边边梁梁两两种种。。无边边梁折折板板：：它它由由若若干干等等厚厚的的平平板板和和横横隔隔板板构构建建组组成成，，通常常都都是是预预制制V形折折板板V形折折板板一一般般为为35——50mm，跨跨度度9——27m，具具有有制制作作简简单单、、安安装装方方便便和和节节省省材材料料等等优优点点基本本尺尺寸寸：：波长长一一般般为为2-3m跨度度一一般般为为6-15m倾角角———办与与水水平平倾倾角角一一般般为为30-50°°折板板高高度度一一般般为为折折板板长长度度的的1/20宽———折板板结结构构造造型型实实例例———折板板结结构构造造型型实实例例8、悬索索结结构构的的特特点点特点点分工工明明确确———索网网：：钢钢索索，，只只受受力力———边缘缘构构件件：：梁梁、、桁桁架架、、拱拱等等———支承承结结构构造型型新新颖颖、、跨跨度度大大、、施施工工简简便便悬索索结结构构的的类类型型1）单单层层单单曲曲面面悬悬索索悬索索类类型型●单层单单曲面●双层单单曲面轮辐式和和鞍形2）双层单单曲面悬悬索——轮辐式悬悬索类型单层单曲曲面双层单曲曲面●轮辐式式鞍形2）双层单单曲面悬悬索——鞍形悬索索类型单层单曲曲面双层单曲曲面轮辐式●鞍形9膜结构的定定义及构构成首先让我我们认识识一下膜膜结构建建筑，在在我们的的生活中中，经常常会见到到。如图图：体育看台台停车棚气囊式膜膜结构景观小品品膜结构的的定义及及构成世博轴膜结构的的定义及及构成收费站膜结构的的定义膜结构是是20世纪中期期发展起起来的一一种新型型建筑形形式，对对它并没没有一个个明确的的定义。。一般认为为膜结构是是用多种种高强薄膜膜材料(PVC或Teflon)及加强构件件(桁架、网网架、钢钢柱或钢钢索)通过一定定的方式式使其内内部产生生一定的的预张应力力，以形成成某种空空间结构构形状，，并能承承受一定定的外部荷载载作用的一一种空间间结构形形式。膜结构的的构成膜结构体体系由膜膜面、边边索和脊脊索、谷谷索、支支承结构构、锚固固系统，，以及各各部分之之间的连连节点等等组成。。膜结构体体系示意意图由于构成成膜结构构的膜材材是一种种柔性材材料，只只能传递递膜面内内的拉力力，不能能承受压压力、弯弯矩。因因此膜结结构是以以在膜面面内引入入初始预预张力而而抵抗外外荷载的的一类结结构体系系。这里里从初始始预张力力的导入入的方式式及结构构表面的的曲率将将膜结构构分为3类:蒙皮式（（骨架式式）、充充气式、、张拉式式膜结构。（1）充气式式膜结构构充气式膜膜结构是利用膜膜内外空空气的压压力差为为膜材施施加预应应力，使使膜面能能覆盖所所形成的的空间。。充气式式膜结构构又可分分为气承式和气囊式（（气胀式式/气垫式））两种。气承式膜膜结构是通过压压力控制制系统向向建筑物物室内充充气，使使室内外外保持一一定的压压力差，，膜体受受到上浮浮力，并并产生一一定的预预张力，，以保证证体系的的刚度。70年大阪世世界博览览会美国国馆由美国建建筑师布布罗迪和和工程师师盖格尔尔（DavidGeiger）设计的的美国馆馆为83.5m×l42m的准椭圆圆形空气气支承膜膜结构。。首次使使用了聚聚氯乙烯烯（PVC）涂层的的玻璃纤纤维织物物，通常常被认为为是第一一个现代代意义上上的大跨跨度膜结结构。气囊式膜膜结构是向特定定形状的的封闭式式气囊内内充入一一定压力力的气体体，使之之形成具具有一定定刚度和和形状的的结构或或构件，，再由这这样的构构件相互互联结形形成使用用空间。。1970大阪世博博会日日本富士士馆1970年日本大大阪世界界博览会会上，由由川口卫卫（MamoruKawaguchi）设计的的日本富富士馆，，平面为为直径50m的圆形，，由16个直径4m、高72m的气囊式式拱构成成，拱间间由环形形水平带带箍在一一起，并并固定在在钢筋混混凝土环环梁上。。1975美国密歇根庞蒂亚克“银色穹顶”1982明尼苏达的Metrodome1988日本东京“巨蛋”1984温哥华B.C.Place气承式膜膜结构气承式膜膜结构至1984年，类似似的大型型充气膜膜结构体体育馆在在北美就就建了9座。但由由于空气气压力自自动调节节系统和和融雪热热气系统性能能不稳定定，几乎所所有的充充气结构构在使用用中都出出现过问问题，轻轻者屋面面下瘪，，重者膜膜材撕裂裂，尤其其是在1985年冬天的的一场大大风雪中中，“银银色穹顶顶”险些些全部倒倒塌。这这些事故故引起了了人们的的关注，，甚至对对充气膜膜结构的的安全性性产生了了怀疑。。1986年以后，，在美国国建造的的大型体体育场馆馆中就没没有采用用过充气气膜结构构。1988年在日本本建成的的东京巨巨蛋（TokyoDome）仍采用用了充气气膜结构构，采用用双层聚聚四氟乙乙烯涂层层玻璃纤纤维膜材材，中间间通循环环热空气气起到融融雪作用用，特别别是设置置了先进进的自动动控制系系统，中中央计算算机自动动检测风风速、雪雪压、膜膜和索的的变形和和内力，，并选择择最佳方方案来调调节室内内气压和和消除积积雪，从从而保证证膜结构构的正常常工作。。但由于于其昂贵贵的运转与维维持费用用，充气膜膜结构在在日本也也停步不不前。气承式膜膜结构建建筑历史史较长，，形式单单一、空空间要求求密闭，，需要不不断充气气，运行行和围护护成本高高，实际际应用面面窄，但但，造价价低，施施工速度度快，在在中小跨跨度建筑筑中，仍仍有一定定的应用用。2001英国国国家空间间博物馆馆2005慕尼黑安安联体体育场1988法国尼姆姆竞技场屋屋顶加建建气囊式膜膜结构（2）张拉式膜膜结构张拉式薄薄膜结构构是依靠靠膜自身身的张拉拉应力与与支撑杆杆和拉索索共同作作用构成成的结构构体系，，俗称帐篷结构构。张拉索膜膜结构中中膜曲面面通过预预应力维维持自身身形状，，膜既是是建筑物物的维护护体又作作为结构构来抵抗抗外部荷荷载效应应。美国丹佛佛机场侯侯机大楼楼（2）张拉式膜膜结构张拉式薄薄膜结构构是依靠靠膜自身身的张拉拉应力与与支撑杆杆和拉索索共同作作用构成成的结构构体系，，俗称帐篷结构构。张拉索膜膜结构中中膜曲面面通过预预应力维维持自身身形状，，膜既是是建筑物物的维护护体又作作为结构构来抵抗抗外部荷荷载效应应。美国丹佛佛机场侯侯机大楼楼（2）张拉式膜膜结构张拉式薄薄膜结构构是依靠靠膜自身身的张拉拉应力与与支撑杆杆和拉索索共同作作用构成成的结构构体系，，俗称帐篷结构构。张拉索膜膜结构中中膜曲面面通过预预应力维维持自身身形状，，膜既是是建筑物物的维护护体又作作为结构构来抵抗抗外部荷荷载效应应。美国丹佛佛机场侯侯机大楼楼（2）张拉式膜膜结构张拉式薄薄膜结构构是依靠靠膜自身身的张拉拉应力与与支撑杆杆和拉索索共同作作用构成成的结构构体系，，俗称帐篷结构构。张拉索膜膜结构中中膜曲面面通过预预应力维维持自身身形状，，膜既是是建筑物物的维护护体又作作为结构构来抵抗抗外部荷荷载效应应。美国丹佛佛机场侯侯机大楼楼（2）张拉式膜膜结构张拉式薄薄膜结构构是依靠靠膜自身身的张拉拉应力与与支撑杆杆和拉索索共同作作用构成成的结构构体系，，俗称帐篷结构构。张拉索膜膜结构中中膜曲面面通过预预应力维维持自身身形状，，膜既是是建筑物物的维护护体又作作为结构构来抵抗抗外部荷荷载效应应。美国丹佛佛机场侯侯机大楼楼张拉式膜膜结构造造型千变变万化，，主要由由以下几几种最基基本的体体系组合合而成：：简单的鞍鞍面体系系对称高点点支撑多点支撑撑负高斯曲曲面在向上和和向下的的荷载作作用下，，该形体体均具有有清晰而而独立的的传力路路径。向向下的雪雪荷载由由下垂的的“悬挂挂”纤维维承担，，向上的的风吸力力由上凸凸的“拱拱形”纤纤维承担担。然后再由由膜结构构的支撑撑体系将将膜内预预应力及及荷载产产生的内内力传递递到基础础和地基基，形成成连续的的力流传传递路径径。波状面体体系（支支撑及锚锚点交替替布置））固定点平平行排列列波状面体体系（支支撑及锚锚点交替替布置））固定点辐辐射状排排列有隆起面面的体系系（内部部压力构构件支撑撑）有1个高点有2个高点有隆起面面的体系系（内部部压力构构件支撑撑）有多个不不同高度度的高点点内部拱作作为高点点的体系系每边1个锚点每边2个锚点每边3个锚点一个中间间拱内部拱作作为高点点的体系系1个共同基基点分设基点点2个共同基基点2个中间拱拱间接高点点结构体体系有悬吊索索的外部部支承，，高点中中央排列列有承重索索的外部部支承，，高点中中央排列列有承重索索的内部部支承，，高点中中央排列列中央高点点的外部部支承又又作为附附加高点点的悬索索支承悬吊索承重索支承支承支承承重索承重索悬吊索间接高点点结构体体系三根柱结结构（3）蒙皮式（（骨架式式）膜结构以刚性结结构（钢钢结构））为承重重骨架，，并在骨骨架上敷敷设张紧紧的膜材材的结构构形式。。与常规结结构接近近，设计计制作简简单，工工程造价价较低跨度受骨骨架制约约，膜材材仅作维维护，承承载作用用未得到到发挥。。1997上海八万人体育场膜结构的的特点（1）自重轻轻膜结构自重小小的原因在于于它依靠预应力形态而非材料来保持结构的的稳定性。从从而使其自重重比传统建筑筑结构的小得得多，但却具具有良好的稳稳定性。（2）透光性好半透明是膜结构最显显著的特征，，散射光线，，消除眩光，，能将光线均均匀漫射到其内部空间间；较高的反射性性及较低的光光吸收率，极极大程度上阻阻止太阳能进进入室内；材材料内部涂层层具有较高的的反射率，能能在夜间保持持室内的照明明效果；夜间间逆光照射下下表面发光。。（3）艺术性多变的支撑结结构和柔性膜膜材使建筑物物造型更加多多样化，新颖颖美观，