大跨结构绪论

大跨空间结构

绪论内容1、大跨建筑结构的发展及应用（对简答题里面的发散题有用）2、大跨建筑结构的基本类型及其特点（简答）

内容1、大跨建筑结构的发展及应用2、大跨建筑结构的基本类型及其特点

（1）古代空间结构4/37

1.1大跨建筑结构的发展天然空间结构：

蛋壳蜂窝鸟类的头颅山洞印第安人棚屋仿生原理（1）古代空间结构5/37

1.1大跨建筑结构的发展圣彼得大教堂（砖石穹顶自重达到6400kg/m2）古罗马人利用石料或砖建造了大量圆形或圆柱形穹顶，用作宗教活动场所。穹顶跨度为30~40m，穹顶的厚度与跨度之比为1/10左右。

（1）古代空间结构6/37

1.1大跨建筑结构的发展罗马万神庙(跨度44m）穹顶中央开了一个直径8.9m的圆洞薄壳结构的出现和兴起7/37

1.1大跨建筑结构的发展北京站(双曲抛物面）现代空间结构：20世纪初期的钢筋混凝土薄壳——钢铁与混凝土的诞生。壳体的优势:1)充分利用材料强度;2)承重与围护融合为一;3)容易制作，稳定性好，易适应建筑功能和造型需要。薄壳结构的出现和兴起8/37

1.1大跨建筑结构的发展高雄圣保罗教堂（反曲薄壳屋顶）薄壳结构的出现和兴起9/37

1.1大跨建筑结构的发展意大利都灵展览馆北京天文馆1950年，波形装配式薄壳屋顶连续拱形薄壳结构

1957年，屋顶球壳直径25m，厚度6cm薄壳结构的出现和兴起10/37

1.1大跨建筑结构的发展罗马小体育馆1957年，屋顶直径达59.13m，钢筋混凝土肋形球壳（2）薄壳结构的出现和兴起11/37

1.1大跨建筑结构的发展优点：减轻自重，节约钢材、水泥，造型新颖流畅；缺点：模板制作复杂，不能重复利用，耗费木材，大跨度结构在高空进行浇筑和吊装也耗工费时；美国根赛特等人：薄壳结构造价的60%耗费在施工成本上。平面模板代替曲面模板，折线代替曲线，由薄平板以一定角度相互整体联结而成的折板结构。折板结构12/37

1.1大跨建筑结构的发展福州长乐国际机场候机楼折板结构由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系。跨度不宜超过30m，适于长条形平面的屋盖，两端应有通长的墙或圈梁作为折板的支点。V形、梯形、H形、Z形等。我国：预应力混凝土V形折板，制作简单、安装方便与节省材料等优点，最大跨度可达24m。（2）空间网格结构13/37

1.1大跨建筑结构的发展空间网格结构：按一定规律布置的杆件、构件通过节点连接而构成的空间结构，包括网架、曲面型网壳以及立体桁架等。网壳：把穹顶壳面划分为经向的肋和纬向的水平环线，并用杆件连接在一起，而且在每个梯形网格内再用斜杆分成两个或四个三角形。穹顶表面的内力分布会更加均匀，结构自身重量降低，可跨越更大的空间。公认的“穹顶结构之父”——德国工程师施威德勒对穹顶网壳的诞生与发展起了关键性的作用。第一个平板网架是1940年在德国建造的，而此时传统的肋环型穹顶已有100多年的历史。网壳结构14/37

1.1大跨建筑结构的发展首都机场四机位机库天津体育中心体育馆

天津体育中心体育馆为肋环斜杆型双层球面网壳，直径为108m，四周悬挑13.5m，整个球壳的直径为135m，矢高为35m，网壳厚度为3m，采用圆钢管构件和焊接空心球节点，结构耗钢量为42kg/m2。网架结构15/37

1.1大跨建筑结构的发展以多根杆件按照一定规律组合而成的网格状高次超静定结构，杆可以由多种材料制成，如钢、木、铝、塑料等，尤以钢制管材和型材为主。1964年，国内第一个平板网架——上海师范学院球类房正放四角锥网架，跨度为31.5m×40.5m。20世纪60年代出现，80年代初

发展，90年代普及。

网架结构16/37

1.1大跨建筑结构的发展1967年，99m×112m，厚6m，用钢65kg/m2

上海万人体育馆圆形平面的三向网架首都体育馆正交斜放网架1973年，净跨110m，厚6m，用钢47kg/m2

网架结构17/37

1.1大跨建筑结构的发展

长春五环万人体育馆（1997年）我国第一个方钢管网壳平面呈桃核形，由肋环型球面网壳切去中央条形部分再拼合而成；尺寸达146m×191.7m，网壳厚度2.8m；其桁架式网片的上、下弦和腹杆一律采用方钢管，焊接连接。（3）悬索结构18/37

1.1大跨建筑结构的发展公元1696~1705年跨越大渡河的铁索桥单孔净跨100m，宽2.8m四川泸定桥（3）悬索结构19/37

1.1大跨建筑结构的发展

美国雷里（Raleigh）体育馆（1953年）世界上最早的现代悬索屋盖采用以两个斜置的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网（3）悬索结构20/37

1.1大跨建筑结构的发展日本代代木体育馆（柔性悬索结构）1964年东京奥运会主会场丹下健三（1913年9月4日-2005年3月22日），日本著名建筑师，普利兹克建筑奖获得者。丹下健三出生于日本大阪府，毕业于东京大学建筑系。（3）悬索结构21/37

1.1大跨建筑结构的发展加拿大卡尔加里体育馆（1983年）双曲抛物面索网屋盖圆形平面直径135m1988年卡尔加里冬季奥运会世界上最大的索网结构（3）悬索结构22/37

1.1大跨建筑结构的发展北京工人体育馆（1961年）圆形平面，直径94m车辐式双层悬索体系由截面为2m×2m的钢筋混凝土圈梁、中央钢环，以及辐射布置的两端分别锚定于圈梁和中央钢环的上索和下索组成。中央钢环直径16m，高11m，由钢板和型钢焊成，承受由于索力作用而产生的环向拉力，并在上、下索之间起撑杆的作用。（3）悬索结构23/37

1.1大跨建筑结构的发展浙江人民体育馆（1967年）屋盖为椭圆平面，长径80m，短径60m双曲抛物面正交索网结构（3）悬索结构24/37

1.1大跨建筑结构的发展成都城北体育馆剖面图（1980年，直径61m）吉林滑冰馆、安徽省体育馆、丹东体育馆、亚运会朝阳体育馆等建筑所有索在中央环处不切断，而是沿环的切线穿越过去，铺在圈梁的对侧位置上。不仅节省了一半悬索锚具，而且其中央环不再承受环向拉力，而仅起上、下索之间撑杆的作用，从而节省了相当数量的钢材。（3）悬索结构25/37

1.1大跨建筑结构的发展耶鲁大学冰球馆（拱-悬索混合结构）四川省体育馆（拱-悬索混合结构）（3）悬索结构26/37

1.1大跨建筑结构的发展朝阳体育馆（悬索-拱-交叉索网混合结构）（4）膜结构27/37

1.1大跨建筑结构的发展充气雷达罩（1956年）现代意义上的膜结构起源于20世纪初。1917年英国人罗彻斯特提出了用鼓风机吹胀膜布用作野战医院的设想，并申请了专利沃尔特·伯德为美国军方设计制作的一个直径为15m的球形充气雷达罩。（4）膜结构28/37

1.1大跨建筑结构的发展大阪万国博览会上的美国馆（1971年）气承式膜结构（聚氯乙烯（PVC）为涂层的玻璃纤维织物准椭圆平面的尺寸：140m×83.5m第一个现代意义的大跨度膜结构（4）膜结构29/37

1.1大跨建筑结构的发展1984年，美国建造了一批尺度为138m~235m的充气膜体育馆。美国自1985年以后把更多的注意力转到张拉式的膜结构或索-膜结构。问题：由于意外漏气或气压控制系统不稳定而使屋面下瘪，或由于暴风雪天气在屋面形成局部雪兜而热空气融雪系统又效能不足导致屋面坍塌甚至事故。（4）膜结构30/37

1.1大跨建筑结构的发展沙特阿拉伯利雅得体育场（1985年）外径为288m，看台挑篷由24个连在一起的形状相同的单支柱帐篷式膜结构单元组成。每个单元悬挂于中央支柱，外缘通过边缘索张紧在若干独立的锚固装置上，内缘则蹦紧在直径为133m的中央环索上。（4）膜结构31/37

1.1大跨建筑结构的发展美国丹佛国际机场候机大厅（1993年）完全封闭的张拉式膜结构平面尺寸305×67m，由17个连成一排的双支柱帐篷式单元组成，每个长条形的单元由相距45.7m的两根支柱撑起。（4）膜结构32/37

1.1大跨建筑结构的发展中国香港大球场骨架支承式膜结构纵向用240m跨度、顶部标高55m的拱形骨架支撑屋顶的前沿。两个屋顶各外包5块涂敷聚四氟乙烯的玻璃纤维膜材，每块1600m2的膜材，跨3组桁架。（4）膜结构33/37

1.1大跨建筑结构的发展上海八万人体育场（钢骨架支承膜结构）ETFE膜透光性好，可保证90%的自然光进入场馆，因此国家游泳中心建成后平均每天有近10个小时采用自然光照明，可大大节省能源，而且保温。国家游泳中心乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）（5）其他类型34/37

1.1大跨建筑结构的发展组合网格结构：由钢材和钢筋混凝土组成的空间结构空腹网格结构：斜拉网格结构：预应力大跨度空间结构体系管桁架结构张弦梁结构：撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件弦支穹顶结构索穹顶结构：张拉整体思想而产生的一种新的结构体系开合空间结构：部分屋盖结构开合移动的结构形式折叠结构玻璃结构特种空间结构混合结构体系（1）体育场馆35/37

1.2大跨建筑结构的应用国家体育场（330×220×69.2m）（1）体育场馆36/37

1.1大跨建筑结构的发展支撑在24根桁架柱之上，柱距为37.958m。屋盖中间开洞长度为185.3m，宽度为127.5m。采用由钢板焊接而成的箱形构件，交叉布置的主结构与屋面及，立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型。主场看台部分采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。（1）体育场馆37/37

1.1大跨建筑结构的发展北京老山自行车馆平面直径为149.536m，矢高14.69m，矢跨比约1/10，表面积为18240m2。支承于高度为10.35m的倾斜人字型钢柱上，柱顶支承跨度为133.06m，柱脚周边直径为126.40m，钢结构总高度为28.36m，柱脚标高为7.15m。网壳厚度2.8m，为跨度的1/47.5。屋顶中部为采光玻璃，周边为金属铝板。（1）体育场馆38/37

1.1大跨建筑结构的发展序号结构类型总用钢量(t)单位用钢量(kg/m2)比较1单层球面网壳25001501.002单双层球面网壳21601200.803弦支穹顶18001000.674双层球面网壳20401100.73（1）体育场馆39/37

1.1大跨建筑结构的发展南通体育中心开闭顶系统结构：上部活动屋盖、支撑拱架、固定屋架机械驱动系统等，总重量10000t。拱架最大跨度280m，相当于四个足球场的宽度，开闭顶最高点达50m，相当于14层楼的高度，其中整个活动屋盖移动距离为120m，自重2200t。（1）体育场馆40/37

1.1大跨建筑结构的发展杭州奥体中心主体育场建筑面积约210000m2，罩棚为花瓣造型的悬挑空间管桁架+弦支单层网壳钢结构体系。（1）体育场馆41/37

1.1大跨建筑结构的发展新奥尔良的超级穹顶体育馆直径213m，联方型双层球面网壳亚特兰大奥运会主体育馆240×193m，索穹顶（2）会展中心42/37

1.1大跨建筑结构的发展大连国际会议中心

最大跨度102.5m，主体结构为多支撑筒体大悬挑大跨度复杂空间结构体系，屋盖结构为“十字节点”正放四角锥空间网格结构。（2）会展中心43/37

1.1大跨建筑结构的发展成都新世纪会展中心

屋盖为下弦管内预应力桁架结构，由上层立体桁架和下层索通过撑杆组合而成，是一种自平衡结构体系。（2）会展中心44/37

1.1大跨建筑结构的发展广州国际会议展览中心跨度126.6m，张弦立体桁架结构（2）会展中心45/37

1.1大跨建筑结构的发展英国伊甸穹顶（膜结构）（3）交通枢纽46/37

1.1大跨建筑结构的发展联方网格型单层柱面网壳，跨度为114m，矢高35.9m，长度365.5m，含悬挑长度为398m。采用非等厚壳面—下厚上薄，双向变截面箱梁，柱脚处梁高为3000mm，翼缘宽800mm；拱顶处梁高为1000mm，翼缘宽2000mm，边拱的截面厚度为25mm，其余拱截面厚度为16mm。天津西站（单层联方网格式网壳）（3）交通枢纽47/37

1.1大跨建筑结构的发展北戴河火车站（立体桁架拱结构）该雨棚由13榀钢管桁架组成，纵向全长约270m，单榀的跨度为67.6m，钢管桁架间距22m，桁架间设置纵向桁架3道。（3）交通枢纽48/37

1.1大跨建筑结构的发展上海南站（直径275m的预应力钢屋盖）（3）交通枢纽49/37

1.1大跨建筑结构的发展武汉火车站

建筑面积为352000m2，中央站房为拱支网壳结构，雨棚为单元式树状支承网壳结构（3）交通枢纽50/37

1.1大跨建筑结构的发展新杭州东站

主站房284.7×514.8m，屋盖系统为复杂的变截面椭圆椎管柱和空间桁架结构。（3）交通枢纽51/37

1.1大跨建筑结构的发展英国曼彻斯特火车站屋盖为桁架、张弦梁结构，屋顶为透明ETFE双层膜充气枕结构（3）交通枢纽52/37

1.1大跨建筑结构的发展日本京都火车站网壳结构、空间桁架

德国柏林新火车站张弦两铰拱结构（3）交通枢纽53/37

1.1大跨建筑结构的发展首都机场三期航站楼955×773m，最大悬挑36m，空间网架和桁架组合结构（3）交通枢纽54/37

1.1大跨建筑结构的发展

浦东国际机场T1航站楼张弦梁结构天津滨海国际机场航站楼内容1、大跨建筑结构的发展及应用2、大跨建筑结构的基本类型及其特点

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2.1刚性结构体系结构构件具有很好的刚度：薄壳结构、折板结构、网架结构及网壳结构等。薄壳结构主要受压，多为钢筋混凝土结构。法国巴黎的国家工业与技术展览中心采用钢筋混凝土薄壁拱壳，已达到206m的跨度。折板结构：连续折平面的薄壁空间结构，其构造简单、施工方便，目前跨度一般用到18~24m。网架结构大多由钢杆件组成，具有多向受力的性能，空间刚度大，整体性强，并有良好的抗震性能，制作安装方便，是我国空间结构中发展最快、应用最广的结构形式。网壳结构是曲面形的网格结构，兼有杆系结构和薄壳结构的固有特性，主要优点是覆盖跨度大、整体刚度好、结构受力合理。57/37

2.1刚性结构体系（举例子+特点）名古屋穹顶单层网壳世界上跨度最大的单层网壳。该体育馆整个圆形建筑的直径为229.6m，支承在看台框架柱顶的屋盖直径则有187.2m。采用钢管构成的三向网格，每个节点上都有6根杆件相交，采用直径为1.45m的加肋圆环，钢管杆件与圆环焊接，成为能承受轴向力和弯矩的刚性节点。58/37

2.1刚性结构体系黑龙江省速滑馆(1996年冬季亚运会）平面尺寸为190m×85m，结构用钢量为50kg/m2。59/37

2.2柔性结构体系（举例子+特点）大多数结构构件为柔性构件，如钢索、薄膜等。结构的形体由体系内部的预应力决定：悬索结构、膜结构和张拉整体结构等。悬索结构以一系列受拉的索作为主要承重构件，这些索按一定规律组成各种不同形式的体系，并悬挂在相应的支承结构上。（a）单层索系（带支承结构）（b）单层索系（带锚索）60/37

2.2柔性结构体系（c）单层索系（带水平桁架）（d）伞形悬索结构（e）下凹的旋转曲面单层悬索体系的几种形式61/37

2.2柔性结构体系（a）双层索系一（斜腹杆）（b）双层索系二（斜腹扦）（e）双层索系五（竖腹杆）（f）双层索系六（竖腹杆）双层索系的几种形式（c）双层索系三（竖腹杆）（d）双层索系四（竖腹杆）62/37

2.2柔性结构体系（a）鞍形索网一（b）鞍形索网二（c）鞍形索网三（d）鞍形索网四索网结构的形式索网结构通常由两组相互正交、曲率相反的钢索直接交叠组成，形成负高斯曲率的曲面，常称为鞍形索网。天津大学健身房（24m×36m）和浙江人民体育馆（60m×80m）的屋盖就采用了椭圆形平面的双曲抛物面索网结构。63/37

2.2柔性结构体系英国伦敦千年穹顶建于英国伦敦泰晤士河畔格林威治半岛上的千年穹顶是目前世界上跨度最大的悬挂式膜结构。膜结构通常分为充气膜结构和张拉膜结构两种形式。张拉膜结构包括悬挂式膜结构和骨架式膜结构。64/37

2.2柔性结构体系（a）轴线网格（b）屋顶平面图（c）结构剖面图佐治亚穹顶轴线网格图、平面图及剖面图（240m×192m的椭圆）张拉整体结构是由一组互相独立的受压杆与一套连续的受拉索构成的自应力、自平衡的空间铰接网格结构体系，它的几何形状和刚度与体系内部的预应力大小直接有关。65/37

2.3杂交结构体系（什么样的属于杂交体系、eg.单层网壳+钢索）北京石景山体育馆三叉拱支双曲抛物面网壳，平面为正三角形，边长99.7m以拱等刚性构件（体系）作为网架或网壳的支承结构的杂交体系。利用拱结构具有整体刚度大、稳定性好的特点，改善了网壳结构的整体性能，兼有单层和双层网壳结构的优点。网壳结构的整体稳定性问题转化为局部区段的稳定性问题，增强了结构的整体性能，使得两种结构形式能够充分发挥各自的潜力，达到增大结构跨度同时又获得较高经济效益的目的。66/37

2.3杂交结构体系

山西太旧高速公路旧关收费站塔式斜拉左右两块正放四角锥圆柱面网壳

斜拉网架与网壳结构通常由塔柱、拉索、网架与网壳结构组合而成，是大中跨度建筑中一种形式新颖、协同工作的杂交空间结构体系，它具有增加结构支点、减小结构挠度，降低杆件内力、发挥高强拉索优势等特点。浙江黄龙体育中心斜拉网壳67/37

2.3杂交结构体系弦支穹顶的形式68/37

2.4折叠结构折叠结构（a）收起状态（b）半展开状（c）完全展开状态逐步