大跨度房屋结构钢结构第章

本章目录基本要求8.1平面承重的大跨屋盖结构8.2空间网架屋盖结构8.3悬挂式屋盖简介1.了解平面承重的大跨屋盖结构的分类和构造特点。2.了解空间网架屋盖结构的特性和组成分类。3.了解悬挂式屋盖结构的布置形式。

大跨度房屋结构常用于公共建筑。如会堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、市场、火车站、航空港等。也用于工业建筑，特别是在航空工业和造船工业中，如飞机制造厂的总装配车间、飞机库、造船厂的船体结构车间等。大跨度建筑物的用途、其使用条件以及对其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性。可采用梁式、框架式、拱式、空间式以及悬挂-悬索式的结构。图8.0.1图8.0.2图8.0.3图8.0.4飞机库梁式结构950110073.8477004500087500图8.0.5图8.0.6图8.0.7郑州碧波园娱乐中心空间拱形屋盖结构（建筑平面80m×80m）40,00021,500320001600032000800002800500012500图8.0.8上海国际体操中心主体育馆铝穹顶下沉式碗形气楼铝合金三角板铝合金穹顶构架遮雨板披水板铝墙板以及采光窗图8.0.9海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构100005000500022000±0.00022.000预应力混凝土长梁115000图8.0.10首都机场三号航站楼图8.0.11日本名古屋网壳穹顶第8.1节平面承重的大跨屋盖结构1.梁式大跨结构2.框架结构3.拱式结构了解大跨屋盖结构分类方法与应用本节目录基本要求应用：通常采用简支桁架作为主要承重构件。其上、下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是非常重要的。优点：制造与安装较为简单。常用体系：大跨度屋盖、预应力三角形截面桁架适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量过大而不经济。8.1.1梁式大跨结构◆预应力三角形截面桁架

预应力三角形截面桁架便于制造、运输和安装，给设置大跨度梁式结构体系以良好基础。(a)图8.1.1

铺设于屋架上的钢筋混凝土屋面板可参与共同受压，采用管材(方管、圆管)杆件以及施加预应力这三个方面使得这种结构体系钢材用量比较经济。(b)钢筋混凝土屋面板拉杆三角形屋架6m(c)钢筋混凝土屋面板24~30m(d)钢筋混凝土屋面板18~24m玻璃窗图8.1.2两铰框架：对温度作用不敏感，刚度较差无铰框架：刚度好，用钢量省、便于安装，但对基础要求较高实腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。

格构框架：当跨度大于60m时，实腹式框架不太经济，此时可采用格构式，最大可做到150m。8.1.2框架结构8.1.2.1框架的体系及形式8.1.2.2计算原则及构造特点◆计算原则格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的变形进行计算。大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生的挠度由相应的结构起拱来抵消。当跨度大于50m且刚性柱(支座)不高时，须计入框架的温度应力。两铰框架中，框架柱可以做成沿高度变截面形式，这样能减轻结构自重并具有较好的外观。当杆件内力大于等于2000kN时，应按重型桁架设计，杆件截面通常设计成双腹杆的。

当支座反力大于2500～3000kN时，框架的支座应设计成辊轴式；反力较小时，可设计成平板式。◆构造特点

在双铰框架结构中,为减小横梁中部的弯矩,可采用图中使横梁卸载的做法。

O悬挂墙(a)RRe(b)图8.1.3

横梁与柱连接的框架节点内角弯折处应做成平缓曲线以避免应力集中。为使转角处腹板不致失稳，应在其内部受压区设置短加劲肋。图8.1.4（a）（b）8.三1.三3拱式三结构8.三1.三3.三1拱的三体系三及形三式（1）拱三的形三式有三：两三铰拱三、三三铰拱三、无三铰拱三。拱三式体三系用三钢量三比梁三式体三系及三框架三体系三经济三。两铰三拱：三安装三和制三造简三单。三因为三铰可三自由三转动三的特三性，三两铰三拱易三于适三应变三形。三铰三拱：三与两三铰拱三相比三无突三出的三优点三，拱三钥铰三还使三拱本三身结三构及三屋面三设置三复杂三化。两铰拱lf(a)三铰拱lf(b)无铰拱lf(c)图8.1.5①设三置拉三杆对于三软弱三地基三的情三况，三设置三拉杆三承担三拱的三横向三水平三力更三为合三适。三设有三拉杆三的拱三其支三座主三要承三受垂三直荷三载，三故这三种情三况下三支座三比较三轻巧三。无铰三拱：三对于三弯矩三沿跨三度的三分配三最为三有利三，但三必须三设置三强大三的基三础，三而且三要计三算温三度的三作用三。（2）水三平推三力的三解决三措施三：拱支三承在三墙体三上时三，横三向反三力也三可用三在支三座铰三水平三处设三置拉三杆的三办法三加以三解决三。为三了在三不增三加房三屋高三度的三情况三下增三大房三间的三有效三高度三，有三时将三拉杆三布置三于拱三支座三铰水三平之三上。②设置三拱扶三壁在加三盖的三体育三场、三展览三馆以三及飞三机库三里，三拱的三支座三常常三是房三屋的三墙体三、看三台等三。没三有横三墙或三看台三的情三况下三则要三求设三置拱三扶壁三以承三受拱三的水三平推三力。图8.1.6设置抬高拉杆的拱拉杆±0.05505501670017800（3）拱三外形三：——接近三压力三曲线抛物三线拱：当对三称的三、沿三拱弦三线均三布的三荷载三值起三主要三作用三时最为合三适。圆弧三拱：适三于扁平三拱,可以三简化三拱的三设计三与制三造，三使拱三构件三及节三点达三到最三大标准化。悬链三线拱：适三于自重三很大三的高三拱。三高拱三中风三荷载三引起三很大三的内三力，三而且三风荷三载有三可能三自两三面作三用并三给出三两条三截然三离散三的风三压线三。此三时拱三的外三形宜三取两三条极三端风三压曲三线的三中间三线。8.三1.三3.三2拱的三构造三特点◆拱截三面分三实腹三式和三桁架三式两三种，三一般三为等三截面三。拱三身所三受弯三矩较三小，三因而三截面三高度三不大三，实三腹式三可取1/三50三-1三/三80，桁三架式三可取1三/3三0-三1三/三60。◆拱截三面可三采用H型钢三、双三角钢三、T型钢三、槽三钢、三圆钢三管和三方钢三管等三。◆格构三拱的三腹杆三可设三计成三附加三竖杆三的三三角体三系、三无附三加竖三杆的三三角三形体三系及三斜腹三杆体三系。三（如三下图三）图8.1.7格构拱构造方案α运输单元主檩运输单元主檩安装节点(a)(b)(c)实腹三式拱三与格三构式三拱的三支座三铰具三有相三同的三结构三。常三用的三支座三铰的三形式三如下三。

图8.1.8拱与框架的支座(铰)节点平板(铰)支座节点辊轴(铰)支座节点8.三1.三3.三3拱的三计算三特点◆风荷三载是三拱结三构计三算中三一项三非常三重要三的荷三载。三特别三应注三意风三吸力三对拱三结构三的影三响，三还应三考虑三侧风三压或三端风三压作三用在三建筑三物上三的情三况。◆拱本三身作三为受三压曲三杆，三需要三验算三强度三和稳三定。三拱出三平面三的稳三定，三由横三向支三撑及三檩条三体系三提供三保证三。◆拱在三弯矩三作用三平面三外的三刚度三如果三与平三面内三相差三很大三，应三按压三弯杆三件验三算平三面外三的稳三定。第8.三2节三空间三网架三屋盖三结构本节三目录基本三要求1.空间三结构三及特三性2.平板三式空三间网三架的三形式3.网架三结构三设计三特点了解三空间三网架三屋盖三结构三的特三性和三平板三式网三架的三设计三特点三。空间三网架三结构三是由三许多三杆件三按照三一定三规律三布置三通过三节点三连接三而成三的网三格状三结构三体系三。常三将平三板型三的空三间网三架结三构称三做网三架，三将曲三型的三空间三网架三结构三称做三网壳三。目三前空三间结三构中三以网三架结三构在三我国三发展三最快,应用三最广三。空间结构体系网架及网壳结构悬索结构膜结构8.三2.三1空间三结构三及特三性空间三结构三体系8.三2.三1.三1优越三的力三学性三能◆整体三受力三，共三同工三作。三以整三个结三构的三形体三来承三受外三荷载三，按三照空三间的三几何三特性三分担三承受三荷载三任务三，没三有平三面结三构体三系中三构件三之间三那种三主次三关系三。◆空间三受力三，高三次超三静定三。在三荷载三作用三下为三三向三受力三，并三以面三内力三或轴三力为三主。◆具有三良好三的抗三震性三能。◆跨越三能力三大。空间三结构三特性8.三2.三1.三2良好三的经三济型三、安三全性三与适三用性◆整体三受力三性能三好，三传力三路线三简洁三、可三靠，三故可三节约三大量三建筑三材料三，经三济效三果好三。◆高次三超静三定结三构，三内力三重分三布可三使其三具有三额外三的安三全储三备，三可靠三程度三较高三。◆适应三不同三跨度三、不三同支三承条三件的三各种三建筑要求三。同三时，三建筑三造型三轻巧三、美三观、三便于三建筑三处理三和装三饰等三。◆杆件三主要三承受三轴向三力，三能充三分发三挥三材料三的强三度。8.三2.三2平板三式空三间网三架的三形式网架三结构三形式三较多三，三其分三类有三不同三标准三。1.按结三构组三成分三类双层网架三层网架周边支承网架点支承网架周边支承与点支承网架三边支承或两边支承网架2.按支三承情三况分三类图8.2.1周边支承网架网格宽度与柱距一致图8.2.2点支承网架四点支承网架多点支承网架图8.2.4三边支承网架图8.2.3周边支承与点支承混合网架图8.2.5两边支承网架3.按网三格组三成分三类两向正交正放网架两向正交斜放网架三向网架交叉桁架体系四角锥体系正放四角锥体系正放抽空四角锥网架斜放四角锥网架(1三)交叉三桁架三体系这类三网架三由若三干相三互交三叉的三竖向三平面三桁架三所组三成。三竖向三平面三桁架三的形三式与三一般三平面三桁架三相似三。桁三架的三节间三长度三即为三网格三尺寸三。这三些平三面桁三架可三沿两三个方三向或三三个三方向三布置三，当三为两三向交三叉时三其交三角可三为90°（正三交)或任三意角三度(斜交)；当三为三三向交三叉时三其交三角为60°。这三些相三互交三叉的三竖向三平面三桁架三当与三边界三方向三平行(或垂三直)时称三为正三放，三与边三界方三向斜三交时三称为三斜放三。桁架三之间三交角三的变三化和三边界三相对三位置三的不三同，三使得三有下三面的三网架三形式三。◆两向三正交三正放三网架两向三正交三正放三网架三的构三成特三点是三：两三个方三向的三竖向三平面三桁架三垂直三交叉三，且三分别三与边三界方三向平三行。图8.2.6◆两向三正交三斜放三网架两向三正交三斜放三网架三的构三成特三点是三：两三个方三向的三竖向三平面三桁架三垂直三交叉三，是三与边三界成45°夹角三。(a)(b)图8.2.7◆三向三网架三向三网架三的构三成特三点是三：三三个方三向的三竖向三平面三桁架三互成60°角斜三向交三叉。lh图8.2.8（2）四三角锥三体系三网架正放三四角三锥网三架：以倒三四角三锥体三为组三成单三元，三锥底三的四三边为三网架三的上三弦杆三，锥三棱为三腹杆三，各三锥顶三相连三即为三下弦三杆，三它的三上、三下弦三杆均三与相三应边三界平三行。图8.2.9正放三抽空三四角三锥网三架：在正三放四三角锥三网架三的基三础上三，除三周边三网格三不动三外，三适当三抽掉三一些三四角三锥单三元中三的腹三杆和三下弦三杆，三使下三弦网三格尺三寸比三上弦三网格三尺寸三大一三倍。图8.2.10斜放三四角三锥网三架：以倒三四角三锥体三为组三成单三元，三由锥三底构三成的三上弦三杆与三边界三成45°夹角三，而三连接三各锥三顶的三下弦三杆则三与相三应边三界平三行。三因此三，它三的上三弦网三格呈三正交三斜放三，下三弦网三格呈三正交三正放三。图8.2.11（1）一三般计三算原三则网架三结构三的设三计计三算应三遵循三现行三有关三国家三或行三业标三准的三规定三。包三括：◆《建筑三结构三荷载三规范》G三B5三00三09三-2三00三1◆《建筑三抗震三设计三规范》三GB三50三01三1-三20三01◆《钢结三构设三计规三范》G三B5三00三17三-2三00三3◆《冷弯三薄壁三型钢三结构三技术三规范》G三B5三00三18三-2三00三2◆《网架三结构三设计三与施三工规三程》J三GJ三7-三918.三2.三3网架三结构三的设三计特三点8.三2.三3.三1计算三方法三要点（2）计三算方三法及三其特三点根据三需要三可采三用精三确法三或近三似。◆空间三桁架三位移三法，又称三矩阵三位移三法。三其计三算过三程在三结构三力学三中有三过介三绍，三即该三法以三杆件三为基三本单三元，三以节三点三三个线三位移三为基三本未三知量三。先三进行三单元三分析三，得三到单三元刚三度矩三阵，三后进三行整三体分三析，三得到三结构三总刚三度矩三阵和三结构三总刚三度方三程。三再引三进边三界条三件求三得各三杆件三内力N。求三得各三杆件三内力N后,按照三本书三前述三轴心三受力三构件三一章三的内三容进三行设三计验三算。三空间三桁架三位移三法计三算较三精确三，且三适用三范围三广泛三。◆差分三法与三拟夹三层板三法。差分三法经三惯性三矩折三算，三将网三架简三化为三交叉三梁系三进行三差分三计算,它适三用于三跨度L≤40三m由平三面桁三架系三组成三的网三架、三正放三四角三锥网三架。三一般三按图三表计三算，三误差≤20％。拟夹三层板三法将三网架三简化三成正三交异三性或三者各三向同三性的三平板三进行三计算三，它三适用三于跨三度L≤三40三m由平三面桁三架系三或角三锥体三组成三的网三架。三一般三按图三表计三算，三误差≤10％。8.三2.三3.三2一般三设计三规定（1）选三型网架三结构三设计三首先三要选三型，三通常三是根三据工三程的三平面三形状三、跨三度大三小、三支承三情况三、荷三载大三小、三屋面三构造三、建三筑设计三等诸三因素三，结三合以三往的三工程三经验三综合三确定三。网三架杆三件的三布置三必须三保证三不出三现结三构几三何可三变的三情况三。（2）网三格尺三寸和三网架三高度标准三网格三多采三用正三方形三，但三也采三用长三方形三，网三格尺三寸可三取(1三/6～1/三20三)L2，网架三高度(也称三为网三架矢三高)H可取(1三/1三0一1/三20三)L2，L2为网三架的三短向三跨度三。具体三尺寸三和高三度可三根据三网架三形式三、跨三度大三小、三屋面三材料三以及三构造三要求三和建三筑功三能等三因素三确定三。（1/14~1/20）L2（1/12~1/20）L2＞60m（1/2~1/16）L2（1/10~1/16）L230m~60m（1/10~1/14）

L2（1/6~1/12）L2＜30m网架高度H上弦网格尺寸网架的短向跨度（L2）表1网格尺寸、网架高度建议值（3）网三架结三构体三系的三屋面目前三，采三用得三较多三的是三有檩三体系三与轻三质屋三面相三结合三的方三案。三各种三混凝三土屋三面板三、钢三丝网三水泥三板用三于无三檩体三系中三，采三用已三越来三越少三。（4）网三架杆三件①截三面以三圆钢三管性三能最三优，三使用三最广三泛。②材三料通三常选三用Q2三35系列三或者Q3三45系列三钢材三。③杆三件的三计算三长度l0：对螺三栓球三节点三网架(因节三点接三近于三铰接)，其三杆件三的计三算长三度l0取等三于杆三件的三几何三长度l。对焊三接球三节点三网架三，其三弦杆三及支三座腹三杆取l0＝0.三9l,而其三余腹杆三取l0＝0.三8l。④杆三件的三长细三比限三值[λ]对受三压秆三件，三其长三细比三限值[λ]＝18三0；对受三拉杆三件支三座处三及支三座附三近的三杆件三长细三比限三值[λ]＝30三0、一般三杆件[λ]＝40三0，直接三承受三动力三荷载三的杆三件[λ]＝25三0。⑤杆三件最三小截三面规三格为了三保证三网架三杆件三的承三载力三并使三其具三有必三要的三刚度三，限三制杆三件的三截面三规格三不得三小于三钢管Φ48三×2，角钢L5三0×三3（5）网三架节三点设三计与三构造三要点网架三节点三有：三焊接三钢板三节点三、焊三接空三心球三节点三、螺三栓球三节点三、焊三接短三钢管三节点三等形三式。节点三的重三量一三般为三网架三总重三量的20％～25％，所占三比重三较大三，因三节点三破坏三而造三成工三程事三故的三例子三不少三，所三以应三于充三分重三视。①焊三接空三心球三节点空心三球可三分为三不加三肋和三加肋三两种三，如三下图三所示三。所三用材三料为Q2三35钢或Q3三45钢。三当球三直径三设计三为D时，三用下三料为1.三41三4D直径三的圆三板经三压制三成型三做成三半球三，再三由两三个半三球对三焊而三成。这种三节点三适用三于连三接钢三管杆三件，三被广三泛应三用。三节点三构造三是将三钢管三杆件三直接三焊接三连接三于空三心球三体上三，具三有自三动对三中和三“万三向”三性质三，因三而适三应性三很强三。D(a)D/3~D/2D(b)图8.2.12直径D为12三0～50三0m三m的焊三接空三心球三，其三承载三力设三计值Nc(受压三球)和Nt(受拉三球)可分三别按三下式三计算三：D—三—空心三球外三径(m三m)；t—三—空心三球壁三厚(m三m)；d—三—钢管三外径(m三m)；f—三—钢管三材料三强度三设计三值(N／mm2)；ηc——受压三空心三球加三肋承三强力三提高三系数三，加三肋ηc=1三.4，不加三肋ηc=1三.0；ηt受拉三空心三球加三肋承三强力三提高三系数三，加三肋ηt=1三.1,不加三肋ηt=1三.0。空心三球外三径D与壁三厚t的比三值可三按设三计要三求选三用，三一般三取D＝(2三5～45三)t；空心三球壁三厚t与钢三管最三大壁三厚的三比值三宜为1.三2～2.三0。另三外,空心三球壁三厚t不宜三小于4m三m。在确三定空三心球三外径三时，三球面三上网三架相三连接三杆件三与杆三件之三间的三缝隙a不宜三小于10三mm。为了三保证三缝隙a，空心三球直三径也三可初三步按三下式三估算三：D＝(d1+d2+2三a)三/θ式中:θ—汇集三于空三心球三节点三任意三两钢三管杆三件间的夹三角(r三ad三)；d1,d2—组成θ角的三钢管三外径(m三m)；a—d1与d2两钢三管间净距三离，三一般a≥10mm.②螺三栓球三节点螺栓三球节三点由三螺栓三、钢三球、三销子(或止三紧螺三钉)、套三筒和三锥头三或封三板组三成，三如下三图,适用三于连三接钢三管杆三件。钢球螺栓套筒帷头销子封板a1aa1l图8.2.13螺栓三是节三点中三最关三键的三传力三部件三，在三同一三网架三中，三连接三弦杆三所采三用的三高强三度螺三栓可三采用三同一三直径三，而三连接三腹杆三的可三采用三同一三直径三。在三小跨三度的三轻型三网架三中，三连接三球体三的弦三杆和三腹杆三可以三采用三同一三规格三的直三径。三螺栓三直径三一般三由网三架中三最大三受拉三杆件三的内三力控三制，三一个三螺栓三受拉三承载三力设三计值三按下三式计三算：

——螺栓直径对承载力影响系数；当螺栓直径＜30mm时,取为1.0；当螺校直径＞30mm时,取为0.93；Ae—高强度螺栓的有效截面面积(mm2)，即螺栓螺纹处的截面积,当螺栓上钻有销孔或键槽时。Ae

应取螺纹处或销孔键槽处二者中的较小值；ftb——高强三度螺三栓经三热处三理后三的抗三拉强三度设三计值三，对40三B钢、40三Cr钢与20三Mn三Ti三B钢，三取为43三0N三/m三m2；对45号钢三，取三为36三5N三/m三m2。螺栓三直径三确定三后，三钢球三直径三按照三下式三的较三大者三取值三：式中D—三—钢球三直径(m三m)；θ——两个三螺栓三之间三的最三小夹三角(ra三d)d1,d2——螺栓三直径(m三m)，d1＞d2