大跨度建筑构造

大跨度建筑构造

ConstructionofLarge-spanBuilding

大跨度建筑构造本单元内容:主要的大跨结构类型及造型特点屋顶的构造处理要点天窗设计要点1.概论1.1大跨度建筑的概念界定：30M我国规范：60m以上类型：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1.概论大跨度建筑发展的原因：1）功能复杂，大型文体表演、盛大博览会2）型材料、新技术、新结构出现钢结构、钢筋混凝土结构结构的技术要求高，成为建筑设计的关键因素材料和结构方法决定了造型的可能性结构构造技术的发展制约了大跨度建筑造型的发展现代大跨度建筑造型已经有较大自由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1.2大跨度结构形式分类

平面结构体系

——拱——桁架——刚架

——……

（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）2十种常用的大跨度结构形式

拱刚架桁架网架折板薄壳悬索帐篷薄膜充气薄膜悬挑3.1.1拱结构及其造型

悬索——受拉拱——受压概念：在荷载作用下主要承受轴向压力，有时也承受弯矩而有支座推力的曲线或折线的杆形结构。

是一种古老的方法适合脆性材料、石材、砖材、混凝土等关键是侧推力平衡问题适用建筑类型：商场、展览馆、体育馆、散装货仓——拱结构的结构类型结构类型

——无铰拱、两铰拱、三铰拱

——木、钢、钢筋混凝土——实腹、空腹影响造型的因素——矢高f（1/5-1/7不小于1/10）——平衡水平侧推力的方式——屋面材料的类型（如油毡f不小于1/8）——钢筋混凝土自防水屋面失高一般取跨度的1/6——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，由于前者的曲面作用，跨度相差n倍）——有横向侧推力承受拱水平推力的处理手法1由拉杆承受水平推力——拉杆拱优点：支撑拱的侧墙不承受拱的推力，简化了支座受力状况单跨、多跨、高低跨；布局灵活，外形轻巧吊杆12~15——2、16~20——3、21~25——4、26~30——5承受拱水平推力的处理手法2框架结构承受水平推力承受拱水平推力的处理手法3由基础承受水平推力——落地供拱端部空间较小水平推力不大，或基础条件较好拱的类型半圆拱：无水平推力拱抛物线拱：受力最合理失高：1/2~1/8拱身截面高度h=(1/30~1/40),宽度为25~40拱的发展帆拱3.1.2刚架结构及其造型

梁与柱以整体的方式构成门型结构类型——无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架开间一般为6m，进深为3m模数，24m、27m、30m高跨比h/l=0.75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）——刚架结构的特点特点——刚结点（与排架结构对比）：大大减少梁的跨中弯距——结构断面小，外形简洁，可暴露结构构件——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——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

扩展：薄腹梁结构体系常用作T、工字梁自重较大，跨度6~183.1.3桁架结构及其造型

原型：梁——薄腹梁——桁架结构类型造型——桁架结构的特点特点——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。——受力时考虑施于节点，可避免使杆件受弯。优点：相对于梁结构——①跨度大，省材，用材较广，钢筋混凝土、钢、木均可②受力明确③自重轻，可跨越较大空间④便于安装运输缺点样式多：平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架——结构高度较大，需增强稳定性——桁架结构的类型

类型按构成●三角形结构高度最低1/5-1/2≤18m●拱形受力最好1/6-1/818-36m60m（无斜腹杆）15-30m●梯形受力较好，制作方便1/6-1/818-36m72m按材料●钢适宜36m以上跨度，自重轻●钢筋混凝土适宜36m以下跨度●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。屋架选择的原则因素：使用要求、跨度、荷载、材料施工1跨度>36m以上，钢屋架（有酸碱性介质则不宜选用）2跨度<36m——预应力钢筋混凝土。18~24m亦可选用普通钢筋混凝土3跨度<18m钢筋混凝土组合屋架4房屋内部以及所在地区相对湿度>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

概念：一种由多根杆件以一定规律通过节点组成的空间结构结构类型网架尺寸杆件断面节点连接造型——网架结构的特点特点杆件互相支撑，形成多向受力的空间结构优点●空间刚度好、结构高度小（多向受力，整体性好）30m~60m，甚至30m以上超静定结构●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●样式多——网架结构的类型类型外形平板（平面）（支座为简支）曲面（实质是一种挖空的薄壳）不常用层数单层、双层、多层材料木、钢、钢筋混凝土——平板网架的构成平板网架——构造简单：双层平板，无侧推力，只需简单支座——可覆盖各种形式平面●交叉桁架体系（两向或三向；正放与斜放）●角锥体系（三角锥、四角锥、六角锥）a网架b单层网壳c双层网壳d两向网架e两向正放网架f两向斜放网架g三向网架h三向三角平面g三向梯形平面——网架结构尺寸与节点尺寸●网格高度（高跨比）约1/15●网格尺寸采用钢筋混凝土屋面板时≯3m×3m杆件断面与节点连接——网架结构的造型要素

网架支撑方式与建筑造型拱形网架支撑在两排列住上穹形网架支撑在周边柱上——网架结构实例

肋环空腹双层网壳3.1.5折板结构及其造型

概念：以一定倾斜角整体相连的薄板+横隔构件材料：钢筋混凝土板或钢丝网水泥——折板结构的特点特点L2/L1≤1短折板L2≤12米L2/L1≥1长折板f：长折板=（1/10~1/15）L1

——薄、省材；预制装配（装配整体式）；构造简单——折板结构的类型

——断面：三角形折板、梯形折板——波长数目：单波、多波折板——折板构成：平行、扇形巴黎联合国教科文组织会议大厅2.6薄壳结构及其造型

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——薄壳结构的特点与类型特点：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类型筒壳、球壳、扁壳、鞍形壳——薄壳结构的特点与类型筒壳（圆柱形薄壳）：长壳L1:L2>=1一般比值为1.5~2.5，最大可达3~4，长薄壳跨度最大可达30m失高应大于或等于L1/15~L1/10——薄壳结构的特点与类型球面薄壳（圆顶薄壳）:壳板的径向和环向弯矩极小，可以忽略天文馆、体育馆、会堂等——薄壳结构造型实例

2.7悬索结构及其造型

悬索结构是大跨度屋盖的一种理想结构形式构件：索网；钢索，只受力边缘构件：梁、桁架、拱等下部承重结构：支承结构——悬索结构的类型悬索类型2）双层单曲面悬索——轮辐式悬索

类型单层单曲面双层单曲面轮辐式鞍形2）双层单曲面悬索——鞍形悬索鞍形3.1.8帐篷薄膜结构及其造型

特点撑杆+篷面充气薄膜结构及