大跨度钢结构建筑的应用及其主要特点

大跨度房屋钢结构的应用及其主要特点应用

公共建筑(剧院，展览馆，体育场馆，车站等)

专门用途的建筑

(飞机库，汽车库等)生产性建筑(飞机制造厂装配车间，造船厂等)主要特点

跨度大

120m160m(长春体育馆，网壳结构，1998)主跨1385m

(江阴长江大桥，悬索结构，1999)

个性化(非大量建设项目，方案的极其个性化)

大跨度房屋钢结构的类型平面结构

由一些强度不大的纵向构件将平面结构连接起来构成纵向构件层层重复传递荷载，并不分担荷载梁式，框架式和拱式结构空间结构加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好悬索结构，网架和网壳结构梁式结构结构型式

跨度较小时，可采用实腹式梁(常用工字形截面)跨度在5070m及更大时，采用桁架形式(吊顶与下弦设间隙)

桁架外形及腹杆体系取决于跨度，屋面形式和吊顶结构桁架高跨比一般为1/81/6(注：跨度大于50m时，运输超限)

常用梯形桁架；屋面坡度大时，宜用平行弦；吊顶可作弧线形(设拉杆)框架结构(1)特点

与梁式相比，框架结构可降低建筑物高度结构上比梁式结构经济结构型式跨度在5060m时，常用双铰实腹式框架(常用工字形截面)减轻基础负担；结构可外露；横梁高度可取跨度的1/201/12

设置预应力拉杆减少跨中弯矩，横梁高度可取跨度的1/401/30框架结构(2)跨度较大时，常用双铰格构式框架跨度超过100m时，宜采用无铰格构式框架框架结构(3)格构式框架的横梁高跨比宜在跨度的1/201/12范围选取格构式框架立柱的宽宜取其横梁的节间长度(卸载效应)折线弓形框架接近于拱形结构的力学性能常用于高度相对较大(跨度约4050m，高度约1520m)的建筑物横梁高度和立柱宽度皆在跨度的1/251/15范围选取拱式结构(1)特点

拱式屋盖受力合理比梁式和框架式屋盖结构经济指标好(跨度超过80m时尤为显著)结构布置跨度为4060m时，拱间距可取610m，无檩或型钢檩条拱式结构(2)跨度达100m左右时，宜采用相距36m的拱对，拱对间距为915m拱式结构(3)侧窗难以开启，且宜积灰；檩条下移，构成横向天窗拱式结构(4)结构型式

双铰拱(最常见，制作安装方便，较经济，温度应力低)无铰拱(最经济，须设强支座，温度应力高)三铰拱(应用不广，拱钥铰使结构复杂化)

亦分为实腹式和格构式

宜设计成等截面

实腹式截面高度可取跨度的1/801/50

格构式截面高度可取跨度的1/601/30水平推力拉杆设置支座设计框架结构拱式结构(5)

拱脚构造处理构造不便空间利用空间结构加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好薄壳结构,悬索结构，网架和网壳结构,充气结构薄壳结构薄壳结构基本概念：壳体厚度远小于曲面尺寸的物体。薄壳结构折板结构圆顶壳结构筒壳结构双曲扁壳结构折板结构折板结构巴黎联合国教科文组织总部会议大厅球壳罗马万神殿

约公元120～124年建于意大利，直径43.3m，用天然火山灰，变壳厚，顶厚1.2m。球壳圣索菲亚大教堂

公元532～537年建于土耳其伊斯担布尔，直径33m，原为拜占庭帝国东正教的宫庭教堂。北京天文馆

1957年9月建成,直径25m，6cm厚，自重200kg/m2。

德国耶纳泽司天文馆

建于1922年，直径25m半球形穹顶，砼厚6cm，第一个真正意义薄壳。筒壳锯齿形锥壳双曲三扁壳扭壳双曲三抛物三面扭三壳结三构曲面三壳顶三的组三合◆组合三曲面圆柱三面切三割组三合组合三扭面美国TW三A环球三航空三公司三候机三楼美国三著名三建筑三师沙三里宁19三61年设三计，三用4片钢三筋砼三扁壳三组成三，形三似一三只正三要起三飞的三大鸟三。美国三圣路三易斯三航空三港候三机大三厅墨西三哥城三霍奇三米尔三科水三上公三园餐三馆建于19三58年，三费利三克斯·坎德三拉设三计，三八片三莲花三形双三曲抛三物面三壳。网架三与网三壳我国三网架三结构三发展三历程19三82年修三建中三的上三海游三泳馆19三84年建三造的三广州三天河三体育三中心三体育三馆网架(1三)特点多三向传三力，三空间三刚度三大，三抗震三性能三好适三应性三强经三济指三标好网架三类别(以网三架构三成方三式分三类)由平三面桁三架构成(四种)两向三正交三正放网架三表示三法网架三和网三壳结三构(2三)两向三正交三斜放两向三斜交三斜放两向三正交三斜放短桁三架对三长桁三架有三嵌固三作用三，受三力有三利角部三产生三拔力三，常三取无三角部三形式两向三斜交三斜放适用三于两三个方三向网三格尺三寸不三同的三情形受力三性能三欠佳三，节三点构三造较三复杂网架三和网三壳结三构(3三)三向三网架三个三方向三的平三面桁三架相三互交三角60比两三向网三架刚三度大三，适三合大三跨度常用三于正三三角三形，三正六三三角三形平三面在谋三些平三面形三状会三出现三不规三则杆三件由四三角锥三体构成(五种)正放三四角三锥网三架正放三抽空三四角三锥网三架网架三和网三壳结三构(4三)斜放三四角三锥网三架棋盘三形四三角锥三网架星形三四角三锥网三架斜放三四角三锥网三架受力三合理三，杆三件数三量少屋面三板类三型多屋面三组织三排水三较困三难棋盘三形四三角锥三网架保持三正放三四角三锥网三架周三边四三角锥不变三，中三间四三角锥三间隔三抽空三，下弦杆三呈正三交斜三放，三上弦三杆呈三正交正放三。克服三了斜三放四三角锥三网架三屋面三板类型多三，屋三面组三织排三水较三困难三的缺点。由三三角锥三体构成(三种)三角三锥网三架网架三和网三壳结三构(5三)抽空三三角三锥网三架蜂窝三形三三角锥三网架三(多)层网三架减少三弦杆三内力(2三5%三60三%)，减三小网三格尺三寸，三大跨三经济三性好三；杆三件数三量多三层网架三示意三图网架三和网三壳结三构(6三)网架三的点三支承点支三承的三设置三原则通过三正弯三矩和三挠度三减小三，使三整个三网架三的内三力趋三于均三匀对于三单跨三多点三支承三，悬三挑长三度宜三取中三间跨三的1/三3(下图a)对于三多跨三多点三支承三，悬三挑长三度宜三取中三间跨三的1/三4(下图b)点支三承的三柱帽三形式网架三和网三壳结三构(7三)网架三选型周边三支承三的矩三形平三面形三状长短三边之三比1.三5时：斜放三四角三锥网三架，三棋盘三形四三角锥三网架三，正放三抽空三四角三锥网三架对于中(30三m60三m)小(<3三0m)跨度三，亦三可选星形三四角三锥网三架，三蜂窝三形三三角锥三网架长短三边之三比>1三.5时：宜选三正放三类网三架--三--两向三正交三正放网架三，正放四三角锥三网架三，正放三抽空三四角三锥网三架点三支承三的矩三形平三面形三状两向三正交三正放网架三，正放四三角锥三网架三，正放三抽空三四角三锥网三架圆三形，三多边三形平三面形三状宜选三向三网架三，三三角锥三网架三，抽三空三三角锥三网架两三边或三边支三承的三矩形三平面三形状自由三边作三处理三后可三按周三边支三承情三形考三虑。三自由三边的三两种三处理三方法三：(a)整个三网架三高度三加大三，自三由边三杆件三截面三增大(b)自由三边局三部增三加网三架层三数(形成三反梁)自由三边反梁网架(8三)网架三屋面三排水网架三起拱适于三双坡三排水三；抗三震性三好；三起拱三高度三过大三，内三力分三析应三计及网三架变三高度可降三低弦三杆内力三，使三其趋三于均三匀；三抗震三性好三；杆件三种类三增多上弦节三点设三置小三立柱(常用)可构三造双三坡，四坡或三其它三复杂三的多三坡排三水屋三面；跨三度大三时要三作稳三定和三抗震三计算网架三几何三尺寸注：L2是以三米计三的网三架短三向跨三度；三跨度三小于18米时三网格三数可三适当三减少三。网壳我国三网壳三结构三发展三历程网壳三结构(1三)单层三柱面三网壳三的网三格形三式a)三单斜三杆柱三面网三壳：三杆件三数量三少，三节点三构造三简单三；刚三度差b)三人字三形柱三面网三壳：三亦称三弗普三尔形三柱面三网壳c)三双斜三杆柱三面网三：壳三杆件三数量三多；三刚度三好d)三联方三网格三柱面三网壳三：杆三件组三成菱三形，三夹角三为30三50三e)三三向三网格三柱面三网壳三：联三方网三格柱三面加三纵向三杆件网壳三类别(以曲三面外三形分三类)柱面三网壳网架三和网三壳结三构(1三0)a)正放三四角三锥柱三面网三壳b)正放三抽空三四角三锥柱三面网三壳c)斜置三正放三四角三锥柱三面网三壳d)三角三锥柱三面网三壳e)抽空三三角三锥柱三面网三壳双层三柱面三网壳三的网三格形三式1.三交叉三桁架三体系三(略三)2.四角三锥体系a)：三刚度三大，三杆件三少，三最常三用b)：三适用三于小三跨度三，轻三屋面c)：三系将a)斜三置3.三角三锥体系常用d)三，e)三两种网架三和网三壳结三构(1三1)球面三网壳a)肋环三型球三面网三壳b)Sc三hw三ed三le三r型球三面网三壳c)Sc三hw三ed三le三r型球三面网三壳d)联方三型球三面网三壳e)三向三网格三型球三面网三壳单层三球面三网壳三的网三格形三式a):刚度三差，三适用三于中三，小三跨度b):刚度三好，三适用三于大三，中三跨度c):交叉三斜杆Sc三hw三ed三le三r型还有三其它Sc三hw三ed三le三r型d):菱形三网格三，造三型美三观e):适用三于中三，小三跨度网架三和网三壳结三构(1三2)a)肋环三型四三角锥三球面三网壳b)联方三型四三角锥三球面三网壳c)联方三型三三角锥三球面三网壳d)平板三组成三式球三面网三壳双层三球面三网壳三的网三格形三式角锥体系(常见三四种)a):肋环三型四三角锥三球面三网壳三，b):联方三型四三角锥三球面三网壳c):联方三型三三角锥三球面三网壳三，d):平板三组成三式球三面网三壳网架三和网三壳结三构(1三3)a)正交三正放三类b)正交三斜放三类c)正交三斜放三设斜三杆类d)正交三斜放三设斜三杆类e)正交三斜放三设斜三杆类双曲三面网三壳的三网格三形式1.正交三正放三类a):单层三时在三方格三内设三斜杆双层三时组三成四角三锥体2.正交三斜放三类b):抗剪三强度三弱c):第三三方向三局部设斜三杆d):全部三方格三内设双三斜杆e):第三三方向三全局设斜三杆双曲三面网三壳网壳三的应三用20三01年三河南三鸭河三口电三厂干三煤棚20三03年三国家三大剧三院实际三施工三图地面三安装提升三就位构件三补缺悬索三结构悬索三结构三是以三只能三受拉三的索三作为三基本三承重三构件三，并三将索三按照三一定三规律三布置三所构三成的三一类三结构三体系三，是三杆件三截面三材料三强度三利用三效率三最高三的结三构之三一。结构三形式三及分三类◆单向三单层①单层三悬索三结构悬索三屋盖三结构三通常三由悬三索系三统，三屋面三系统三和支三承系三统三三部分三构成三。单跨双跨悬索三结构(1三)特点轴三向拉三伸抵三抗外三荷作三用，三充分三利用三钢材三强度施三工方三便，三费用三低便三于建三筑造三型单层悬索三结构平三行布三置形三式(跨度三可达80三m，德三国多三特蒙三特一三展览三厅，19三56)水平三梁和三框架三一起承受三悬索三拉力水平三梁承受三悬索三拉力悬索三直接锚挂三于框三架斜拉三索将悬索三拉力拉向三地锚悬索三结构(2三)幅射三式布三置形三式(适用三于圆三形，三椭圆三形平三面)下凹三双曲三率碟三形屋三面不便三于排三水，三最大三的碟形三屋面三：美国三阿拉美达三比赛三馆，三跨径12三8m(19三67三)伞形三屋面最大三的伞三形屋三面：前苏三联伊三利姆三斯克汽车三库，三跨径20三6m受拉三内环三采用三钢制三，受三压外三环采三用钢三筋混三凝土三制作三。可三比平三行布三置做三到较三大跨三度。网状三布置三形式(适用三于圆三形，三矩形三等各三种平三面)单层三双向设计三要点单层三悬索三体系三垂跨三比经三验取三值：1/三201三/1三0加强三形状三稳定三性的三措施三：采用三重屋三面采用三预应三力钢三筋混三凝土三悬挂三薄壳采用三横向三加劲三构件两向三索正三交布三置屋面三板规三格统三一边缘三构件三弯矩三大于幅三射式三布置悬索三结构(3三)双层悬索三结构索三垳架三一般三形式由下三凹的三承重三索，三上凸三的稳三定索三及它三们之三间的三连系三杆组三成承重三索垂三跨比三一般三取1/三201三/1三5，稳三定索三拱跨三比一三般取1/三201三/2三5平行三布置三形式悬索三结构(4三)幅射三式及三网状三布置三形式上索三既是三稳定三索，三又直三接承三载a)双层三内环三梁b)双层三外环三梁c)双层三内外三环梁d)单层三外环三梁网三状布三置e)双层三外环三梁网三状布三置悬索三结构(5三)鞍形三索网三布置三形式帐篷三式索三网索网三结构三是同三一曲三面上三两组三曲率三相反三的单三层悬三索系三统相三交而三成，三凹向三下为三承重三索，三凸向三上的三稳定三索。工程三实例美国三瑞雷三（Ra三le三ig三h）竞三技馆三（大三剧院三）19三52年建三于美三国北三卡罗三里那三州，三平面91三.5三m×三91三.5近似三圆形三，两三个砼三斜放三抛物三线拱三，鞍三形正三交预三应力三索网三，世三界上三第一三个现三代悬三索屋三盖。美国三华盛三顿杜三勒斯三机场19三62沙里三宁设三计，三两排三巨型三钢筋三混凝三土斜三柱支三撑，三一高三一低三，其三间悬三挂40余米三长的三钢索三，上三铺屋三面板三，在三重力三的作三用下三，钢三丝自三然下三垂，三形成三充满三张力三感的三屋顶三曲线三。车辐三式双三层悬三索体三系悬索三结构(6三)一些三典型三建筑单三层悬三索德国三乌柏三特市三游泳三馆德国三多特三蒙特三展览三大厅前苏三联克三达斯三若牙三尔斯三克车三库日本三古川三市民三会馆悬索三结构(7三)双层三悬索瑞典三斯德三哥尔三摩约三翰尼三绍夫三滑冰三场芬兰三赫尔三辛基三冰上三运动三场德国三法兰三克福三机动三车检三修场罗马三尼亚三布加三勒斯三特文三体宫悬索三结构(8三)鞍形三索网前南三