大跨屋盖结构的形式与计算要点

钢结构普通高等学校土建学科专业“十一五”规划教材下册房屋钢结构设计陈绍蕃主编中国建筑工业出版社第3章大跨屋盖结构第3章大跨屋盖结构

大跨屋盖结构体系网架的形式网架计算要点网架的设计主要内容：重点：网架的形式网架的设计（杆件和节点）第3章大跨屋盖结构3.1结构形式平面结构体系梁式结构（平面桁架、空间桁架），平面刚架和拱式结构空间结构体系平板网架结构，网壳结构，悬索结构，斜拉结构，张拉整体结构等刚架结构

第3章大跨屋盖结构第3章大跨屋盖结构3.2网架的形式按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架

(a)(b)

上弦

腹杆

下弦

下弦中弦

上腹杆

下腹杆

上弦第3章大跨屋盖结构网架结构几何不变的必要条件：

W=3J-m-r≤0几何可变体系的判断：

[K]中对角线上出现零元素

|K|=0

网架结构的几何不变性分析第3章大跨屋盖结构平面桁架系网架两向正交正放网架两向正交斜放网架三向网架

双层网架常用的形式特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内。一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40°～60°之间

第3章大跨屋盖结构两向正交正放网架两向正交正方由两组分别与边界平行的平面桁架互成90°交叉组成。同一方向的各平面桁架长度一致第3章大跨屋盖结构两向正交斜放网架两向正交斜放短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利。角部产生拔力，常取无角部形式。比正交正放网架空间刚度大，受力均匀，用钢省。适用于建筑平面为矩形的情况。第3章大跨屋盖结构两向正交斜放网架两向正交斜放几何不变体系，网架空间刚度大，受力性能好，内力分布也较均匀。杆件数量多，节点构造比较复杂。三向网架适用于大跨度且建筑平面为三角形、六边形、多边形和圆形的情况。

第3章大跨屋盖结构四角锥体系网架正放四角锥网架正放抽空四角锥网架棋盘形四角锥网架斜放四角锥网架星形四角锥网架第3章大跨屋盖结构正放四角锥网架正放四角锥网架杆件受力较均匀，空间刚度比其它类型的四角锥网架及两向网架好。适用于建筑平面接近正方形的周边支承及点支承情况。第3章大跨屋盖结构正放抽空四角锥网架两向正交斜放周边网格锥体不动外，跳格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍。适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、点支承以及周边支承与点支承结合的网架。

第3章大跨屋盖结构棋盘形四角锥网架棋盘形四角锥网架正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放。克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺点。适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。

第3章大跨屋盖结构斜放四角锥网架斜放四角锥网架受力合理，杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难。适用于中、小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面情况。

第3章大跨屋盖结构星形四角锥网架星形四角锥网架将四角锥底面的四杆换为十字交叉杆,并加中竖杆形成。适用于中、小跨度周边支承方形或接近方形平面的网架。

第3章大跨屋盖结构三角锥体系网架三角锥网架抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架第3章大晌跨屋盖欺结构三角屈锥网事架三角锥奥网架上、俗下弦证平面繁均为丝式三角重形网誓格。夸杆件侧受力奋均匀饭，本势身为姻几何吹不变吉体，扣整体涉抗扭揉、抗猛弯刚特度好宗。适倡用于棉大中鼓跨度从及重散屋盖城建筑勇物，马当建闻筑平本面为伸三角崖形、吹六边北形和慎圆形脾时最剪为适暴宜。第3章奴大跨走屋盖志结构抽空孤三角演锥网庙架抽空奶三角级锥网刻架抽去伍部分长三角生锥单痛元的替腹杆拼和下炉弦杆芬。下群弦杆妖内力固较大焰，用浆钢量琴省，错但空雄间刚骡度较依三角故锥网巨架小忠。适锦用于隆中、泼小跨逃度的忠三角植形、馆六边嘱形和携圆形跨等平谎面的文建筑厚。第3章糊大跨斩屋盖魂结构蜂窝仓形三怒角锥邀网架蜂窝形尤三角锥昨网架上弦犹为正袍三角奔形和叨正六就边形希网格读，下浴弦为揉正六纽奉边形佣网格烫。本霜身几专何可使变。炼其上责弦杆续短，筒下弦帖杆长偏，受副力合棍理。强适用狼于中驴、小杠跨度椅周边制支承萌的情铜况，旗可用缘瑞于六炕边形火、圆筑形或鼻矩形席平面寺。第3章大牺跨屋盖遮结构大跨度净为60m以上中跨胖度为30～60喉m小跨呼度为30拔m以下网架瘦选型根据建冠筑平面娘形状和规跨度大即小，支淹承方式蜡、荷载献大小、食屋面构虚造和材插料、制运作安装努方法等随因素。《网架乘结构棕设计重与施怨工规彩程》J赵GJ絮7岸-9膊1第3章大搁跨屋盖内结构网架幻玉结构杏的支圆承周边港支承点支先承周边支疮承与点球支承相惧结合两边和电三边支泡承等第3章犯大跨看屋盖前结构网架结庆构的支习承周边支遭承第3章的大跨程屋盖登结构网架结耽构的支扛承点支承第3章莲大跨淹屋盖童结构网架起结构温的支迁承周边支稼承和点航支承结吸合第3章帆大跨垄屋盖午结构网架高吓度及网披格尺寸怎：网架奥的高倍度与吩屋面亦荷载稻、跨稠度、通平面秘形状熟、支挽承条兔件及斗设备树管道愉等因剧素有堂关。第3章大辈跨屋盖贩结构网架要的挠借度要续求及层屋面涂排水吐坡度用小乐立柱起拱网架屋兴面找坡找坡立孩柱容许挠勺度：用泊作屋盖—L2嚷/25扬0，用作茄楼盖—L2齐/30宁0排水捐坡度浑：3%～5%起拱侍要求馆：L2/俱300第3章劫大跨粉屋盖槽结构3.3网架的这计算要象点满足《网架袖结构远设计帅与施钢工规庆程》J艺GJ慨7-抖91的规迫定对使伏用阶勉段荷融载作唤用下译的内棉力和帖位移寇进行澡计算采，并削应根党据具创体情汉况对可地震欲作用刊、温昌度变沾化、产支座遇沉降初等间尿接作捞用及阴施工之安装积荷载组引起爱的内姻力和弟位移惜进行莫计算谨。永久赔荷载宾：①爆网架立自重悠；②但屋面适（或神楼面驾）材室料重绢力；桥③吊焦顶材侵料的敏重力夹；④荷设备忌管道痕的重卷力。直接作受用（荷嘉载）和胸间接作葡用第3章大脱跨屋盖上结构可变籍荷载希：活虑荷载猜、雪形荷载芳、积娱灰荷禽载、罢风荷暮载及勾吊车团荷载抗震验绝算：竖向雄抗震舒验算劲：设阳防烈鹿度为8度或9度的亿地区拐，周娇边支爸承及衣多点宾支承左和周穷边支换承相俘结合陶的网悼架屋硬盖水平颈抗震琴验算怕：在某抗震桂设防弹烈度按为8度的婶地区胶，对绿于周敢边支仍承的捐中小晋跨度扎网架葵可不弄进行偏水平尸抗震俗验算订；在割抗震计设防烘烈度谱为9度的地裂区，对颜各种网恶架结构狂均应进贞行水平板抗震验忘算第3章棵大跨胡屋盖歉结构温度内在力：不馋计算的滔条件①支准座节鼠点的叠构造激允许抽网架态侧移猛，且舒侧移段值不钞小于靠下式唱的计趣算值运；②周边水支承的谷网架，哨当网架郑验算方与向跨度河小于40m，且支脱承结构寸为独立享柱或砖姐壁柱；③在沿单位月力作征用下低，柱奔顶位项移大画于或密等于窑下式生的计练算值第3章大屑跨屋盖循结构荷载宰及荷耻载效舅应组四合谣：对非抗贝震设计樱，《建筑忠结构狐荷载湾规范》G托B天50蔑00尤9；对抗工震设怒计甚，《建筑抗享震设计灰规范》GB嗽50扬011需要计罢算温度盛应力时洪，采用厨空间桁皱架位移哲法，或忧近似计惠算方法梢：第3章竭大跨宪屋盖里结构空间徒桁架绿位移将法（歉空间谦杆系晌有限查元法伏）交叉堆梁系色差分描法是蜡一种石简化央计算巨方法拟夹习层板框法是捆又一刺种简丧化计替算方障法假想虽弯矩候法也搁属简必化计滔算方议法网架内乐力分析杰方法按弹性令阶段计偷算第3章宴大跨沫屋盖惧结构3.貌4空间杆辱系有限但元法方法钉介绍秃：以网架壳的杆件室为基本球单元，条以节点策位移为秒基本未字知量。遭先由杆驶件内力矩与节点约位移之壤间的关腊系建立让单元刚梳度矩阵校，然后块根据各留节点平陪衡及变女形协调认条件建镰立结构秆的节点丝式荷载和香节点位叙移间关芽系，形封成结构扩总刚度浴矩阵和蹦总刚度温方程。拆总刚度纺方程是洪以节点企位移为随未知量胶的线性项方程组维。引入坡边界条骆件后，叫求解出擦各节点冶位移值源。最后伶由杆件稳单元内羊力与节驳点位移内间关系窄求出杆活件内力种。第3章大巧跨屋盖宝结构网架蒸的节继点为太空间匠铰接燃节点戒，杆是件只窄承受打轴力烂；结构材盏料为完叉全弹性痰，在荷涝载作用澡下网架妨变形很昏小，符傍合小变滨形理论。基本谅假定第3章停大跨温屋盖落结构单元俊刚度佩矩阵空间杆心系有限回单元：菜每个杆6个自由限度3.4句.2空间裂杆系趋有限棕元法炸要点对应6个杆摄端力它们笛之间葛的关悦系是第3章大零跨屋盖唱结构式中即单元哲刚度矩买阵。和棋结构力储学的矩兽阵位移红法一致沫，只是物相应于掏剪力的乡丰各项均慰为零第3章沉大跨膀屋盖犯结构坐标哪转换杆单仍元在仙整体港坐标材系中橡的位队置第3章橡大跨恳屋盖仅结构坐标转获换矩阵[T]为第3章大援跨屋盖耗结构结构捞总刚芦度矩鹿阵及暮总刚章度方充程结构任总刚掌矩阵赛中边懒界条崇件的夏处理职方法位移剃为零律：划逗行划斤列法乏和乘旬大数沃法。.弹性约迫束：将袍弹簧刚挎度K0叠加示到总就刚矩玻阵中滤对应狭的主爱对角盒元上炎。指定位标移：主滥对角元仍和右端虑项乘以杏大数R第3章大订跨屋盖领结构网架的哲边界条金件及对唉称性利普用当网架逐结构（槐包括支要座）和灶外荷载祝有n个对称街面时，逝可利用惨对称条烧件只分值析网架矛的1/念(2历n)。对称面刃内各杆奴件的截毯面积应袍取原截组面面积贞的一半妨，n个对称竟面交线谎上的中咳心竖杆宋，其截床面面积洗应取原孟截面面鸽积的1/(贯2n)。在对互称荷载免作用下茄，对称因面内网穿架节点缸的反对魄称位移娘为零；涌在反对己称荷载娘作用下弯，对称丹面内网得架节点欺的对称耀位移应线取为零郑。第3章大搏跨屋盖陷结构结构斜匹边界处往理根据弟边界瓶点的文位移融情况梨设置例具有蹲一定谈截面愧积的船附加弊杆对斜华边界搞上的品节点绳位移糖做坐抢标变杂换杆件内拢力展开为第3章少大跨愤屋盖础结构计算简狼图，对较节点和凶杆件进野行编号说；计算杆赶件单元棵长度及爷杆件与猪整体坐沿标轴夹岭角余弦盏；初选蚂各杆维的截胳面积股；建立局糖部和整灵体坐标暗系下的遍单元刚销度矩阵私；集合总营刚矩阵变，采用脂变带宽废一维存初贮方式坦；建立悉荷载骨列阵查；引入邮边界拼条件狠对总熄刚度热方程洪进行蛙处理遗；求解总鞭刚度方筛程，得魔出各节葡点位移趣值；根据务节点丸位移唐计算报杆件复内力窑；按杆咱件内贼力调剥整杆奇件截每面，摊并重腥新计垮算，残迭代爪次数护宜不碰超过4～5次。3.梳4.脊3空间光杆系农有限磁元法贺计算揭步骤第3章轿大跨学屋盖认结构3.5网架杆迷件设计截面钢管员、热退轧型尾钢和丽冷弯声薄壁温型钢计算长扰度（l为杆具件几葵何长衡度）网架杆蛛间计算望长度l0第3章大渐跨屋盖接结构容许欲长细愈比（1）受压础杆件：[]=1纳80（2）受状拉杆小件：一般恶杆件--球--彼--剥--接--乒--冲--难-[]=4辛00支座附处近处杆相件---坑---叔---[]=申30霸0直接承畏受动力偿荷载杆诉件---[]=2颠50第3章摇大跨携屋盖专结构3.5节点未设计形式惕：焊接聚空心挪球节明点(P.乱121拉,图3-处30晒)螺栓球峰节点(P.之123区,图3-半34辜)焊接钢煎板节点(P齐.1粒28始,图3-4振3)焊接难钢管脖节点(P鸡.1垄20占,图3-2买8)杆件早直接蜻汇交汪节点(P赏.1闹20停,图3-彻29上)第3章大傲跨屋盖里结构D＝（d1＋d2＋2a）/θ焊接空极心球节扯点空心球咽节点杆款件间缝拔隙第3章灭大跨丽屋盖盆结构焊接巡寿空心淋球节雷点构窜造第3章候大跨顾屋盖投结构焊接空竟心球节川点构造第3章大辟跨屋盖芦结构螺栓插球节碧点螺栓球俭连接节搬点图示第3章大渗跨屋盖使结构钢球尺释寸螺栓终不碰叛要求：套筒接却触面要传求：钢球直少径取式充以上两院式的较锻大值。第3章老大跨杀屋盖党结构当相邻坚两杆夹罪角θ＜30°时，拥还要症保证群相邻定两根府杆件肢（管辽端为店封板傅）不何相碰事要求援：第3章绩大跨召屋盖窑结构螺栓尺规寸第3章大妻跨屋盖粪结构焊接钢规板节点焊接倘钢板伶节点第3章朽大跨易屋盖斗结构支座节封点角位哗移受权到很某大的滨约束趟，只零适用冲于较王小跨腥度网尘架平板压辜力或拉委力支座第3章大流跨屋盖议结构角位移含未受约免束，适嗓用于中俯小跨度张网架单面盛弧形铺压力年支座第3章羊大跨尖屋盖畜结构适用于庸较大跨得度网架脖。在承颠受拉力猫的锚栓鸦附近应使设加劲榴肋以增甚强节点栽刚度单面气弧形清拉力导支座第3章席大跨降屋盖迹结构支座和雾底板间稻设有弧阴形块，徐上下面允都是柱挨面，支贵座既可核转动又妄可平移双面业弧形青拉力奸支座第3章大废跨屋盖网结构只能转御动而不浊能平移院，适用眼于多支漂点支承淘的大跨约度网架球铰压料力支座第3章陈大跨狱屋盖居结构通过橡搞胶垫的是压缩和煌剪切变田形，支岔座既可添转动又碎可平移浸。如果扔在一个挺方向加西限制，安支座为虹单向可宏侧移式馋，否则占为两向刚可侧移谎式板式巨橡胶垂支座第3章斜大跨箩屋盖哀结构3.7网壳按组絮成层躁数分即：单赶层网岩壳和剥双层拐网壳按曲面椒外形：证球面网司壳、柱果面网壳得、双曲蔑扁网壳冤、扭曲延面网