钢结构第章大跨度房屋结构

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）8.1拼.3拱式结则构8.府1.沫3.用1拱的体堵系及形仔式（1）拱直的形浅式有同：两顽铰拱嘉、三舟铰拱惜、无般铰拱骑。拱妨式体杨系用佩钢量向比梁峡式体倍系及际框架样体系诞经济缠。两铰娃拱：怕安装榴和制畏造简巡寿单。纹因为淡铰可极自由摆转动漂的特恒性，拘两铰桐拱易亲于适厦应变贴形。三铰拱击：与两坛铰拱相兔比无突肚出的优午点，拱豪钥铰还挥使拱本千身结构菌及屋面稀设置复页杂化。两铰拱lf(a)三铰拱lf(b)无铰拱lf(c)图8.1.5①设置励拉杆对于贯软弱答地基比的情如况，棵设置光拉杆蜘承担桨拱的再横向糟水平廉力更惠为合的适。寨设有欢拉杆伏的拱呜其支交座主瓜要承数受垂泡直荷椒载，程故这丑种情凉况下脚支座呀比较酸轻巧盆。无铰欠拱：这对于泛弯矩漠沿跨菜度的带分配弯最为桃有利侧，但誉必须热设置短强大励的基部础，翅而且按要计藏算温买度的拥作用橡。（2）水萝平推葡力的湿解决况措施鸦：拱支贴承在考墙体理上时秀，横版向反惜力也绿可用酿在支喷座铰核水平象处设传置拉必杆的稀办法上加以箱解决丑。为汽了在拾不增拣加房划屋高眯度的初情况汇下增锁大房令间的灵有效惹高度阔，有都时将阁拉杆聚布置重于拱士支座像铰水竿平之丸上。②设置拱睡扶壁在加盖娘的体育雄场、展干览馆以美及飞机隙库里，席拱的支触座常常假是房屋已的墙体故、看台难等。没干有横墙筐或看台篇的情况用下则要牢求设置晌拱扶壁栽以承受疏拱的水北平推力叹。图8.1.6设置抬高拉杆的拱拉杆±0.05505501670017800（3）拱贯外形史：——接近粪压力楚曲线抛物借线拱：当对速称的好、沿帆拱弦胖线均铸布的际荷载燃值起穷主要猫作用才时最为合适闻。圆弧拱：适于扁平拱,可以输简化响拱的貌设计庄与制畜造，收使拱刑构件童及节与点达牌到最幅大标准化。悬链线誉拱：适于自重港很大疤的高乡丰拱。鸡高拱迎中风穗荷载牢引起笔很大洽的内齐力，碧而且坊风荷该载有约可能仿自两惊面作赌用并砖给出貌两条形截然征离散潮的风惨压线芝。此古时拱毒的外冲形宜腹取两命条极凶端风果压曲耐线的虹中间阁线。8.支1.举3.战2拱的构贷造特点◆拱截高面分够实腹注式和匙桁架镇式两毫种，钢一般兽为等旺截面揭。拱昏身所处受弯舟矩较颗小，献因而平截面停高度乱不大闸，实感腹式烛可取1/5管0-1时/8痛0，桁架惜式可取1/止30-盖1赶/60。◆拱截面壁可采用H型钢域、双亩角钢册、T型钢蹄、槽肉钢、和圆钢愚管和稼方钢防管等燃。◆格构葱拱的香腹杆淋可设梯计成果附加授竖杆当的三赏角体疾系、季无附号加竖哪杆的识三角示形体沉系及薯斜腹腿杆体暑系。蝴（如雹下图赵）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)实腹莲式拱赴与格你构式密拱的舞支座勇铰具组有相裁同的跪结构霞。常婚用的旅支座瓜铰的智形式虎如下锋。

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8.1阳.3.观3拱的计沈算特点◆风荷良载是芽拱结达构计摆算中障一项犁非常肝重要感的荷播载。系特别酸应注拘意风坟吸力简对拱哭结构冤的影刑响，狡还应随考虑骄侧风原压或尺端风土压作抓用在渗建筑造物上费的情码况。◆拱本咽身作虏为受甘压曲汗杆，雀需要沸验算患强度怖和稳球定。垃拱出恨平面系的稳辫定，纵由横懒向支锯撑及君檩条茎体系汁提供亦保证榴。◆拱在弯菜矩作用需平面外欺的刚度插如果与遥平面内逮相差很税大，应菜按压弯回杆件验心算平面冒外的稳册定。第8.苍2节空富间网架栋屋盖结兼构本节目找录基本比要求1.空间嫌结构专及特银性2.平板式婶空间网英架的形副式3.网架钉结构披设计线特点了解空恐间网架拦屋盖结劣构的特内性和平雪板式网蒸架的设秒计特点时。空间丈网架近结构态是由欣许多芽杆件兽按照捷一定绩规律叨布置而通过岩节点专连接糊而成表的网短格状肆结构速体系牧。常吹将平嚷板型身的空调间网娘架结度构称东做网歼架，级将曲诊型的姓空间注网架毒结构傲称做希网壳肚。目枪前空霞间结悼构中度以网貌架结昂构在贩我国够发展轮最快,应用最庙广。空间结构体系网架及网壳结构悬索结构膜结构8.起2.桐1空间结谢构及特动性空间浮结构划体系8.2残.1.崖1优越亩的力伐学性拖能◆整体受油力，共时同工作佛。以整鞭个结构唯的形体么来承受截外荷载压，按照煮空间的音几何特蒸性分担选承受荷饼载任务树，没有仿平面结扩构体系顾中构件汁之间那争种主次剧关系。◆空间受供力，高遍次超静细定。在俗荷载作正用下为企三向受射力，并紧以面内携力或轴丑力为主传。◆具有棍良好怕的抗习震性言能。◆跨越能名力大。空间千结构奇特性8.爱2.办1.碍2良好的播经济型劣、安全霸性与适昆用性◆整体佣受力崖性能兵好，嫁传力虎路线寺简洁定、可名靠，葱故可母节约炭大量吗建筑维材料饺，经览济效不果好凝。◆高次超返静定结张构，内均力重分榨布可使刑其具有步额外的法安全储盲备，可此靠程度炉较高。◆适应凉不同拐跨度叠、不奋同支忧承条泽件的淘各种学建筑要求。柱同时，材建筑造匙型轻巧蔽、美观盈、便于愧建筑处诸理和装狡饰等。◆杆件主援要承受桨轴向力蚀，能充侧分发挥关材料丘的强度纪。8.脆2.蛾2平板冠式空基间网袍架的败形式网架颗结构者形式伏较多龙，泉其分饰类有亮不同撒标准辞。1.按结构拔组成分漏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.按支承悔情况分既类图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.按网狭格组所成分悬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妙)交叉改桁架低体系这类矿网架丘由若幸干相贼互交际叉的弄竖向讲平面粱桁架迎所组覆成。丛竖向艘平面头桁架遭的形刊式与感一般希平面跨桁架却相似潜。桁蓄架的恳节间案长度颜即为悉网格症尺寸钢。这呀些平游面桁垒架可扁沿两组个方脾向或宇三个娘方向抓布置军，当脊为两妈向交饮叉时迅其交险角可太为90°（正斗交)或任召意角爆度(斜交)；当为她三向交陡叉时其狗交角为60°。这些今相互交歪叉的竖郊向平面害桁架当寻与边界午方向平呈行(或垂晒直)时称蹲为正牺放，召与边傻界方狠向斜弟交时阻称为姜斜放骂。桁架之苗间交角膊的变化往和边界偏相对位填置的不宏同，使起得有下剥面的网顺架形式齿。◆两向正醒交正放轿网架两向正款交正放市网架的肃构成特倍点是：驳两个方虏向的竖续向平面地桁架垂室直交叉芝，且分车别与边剥界方向熄平行。图8.2.6◆两向认正交诱斜放终网架两向正惧交斜放散网架的揉构成特倘点是：妄两个方查向的竖暖向平面院桁架垂原直交叉台，是与疗边界成45°夹角驳。(a)(b)图8.2.7◆三向喷网架三向君网架允的构愚成特摧点是供：三松个方短向的蛇竖向慈平面桑桁架葛互成60°角斜向尸交叉。lh图8.2.8（2）四角鹿锥体系浮网架正放戏四角遍锥网畜架：以倒四挺角锥体爸为组成树单元，稿锥底的催四边为径网架的藏上弦杆遵，锥棱彼为腹杆伍，各锥射顶相连追即为下耕弦杆，竹它的上画、下弦碰杆均与笑相应边拼界平行堪。图8.2.9正放抽原空四角铅锥网架：在正放眯四角锥捧网架的歪基础上脂，除周壮边网格引不动外拉，适当宿抽掉一厌些四角待锥单元逐中的腹稍杆和下缸弦杆，锤使下弦歼网格尺浪寸比上发弦网格波尺寸大税一倍。图8.2.10斜放四怀角锥网客架：以倒四浓角锥体举为组成扭单元，隆由锥底苗构成的杀上弦杆杆与边界咬成45°夹角，增而连接污各锥顶抄的下弦口杆则与侧相应边喝界平行表。因此卖，它的貌上弦网辜格呈正郑交斜放从，下弦矩网格呈搞正交正趣放。图8.2.11（1）一般哈计算原瓶则网架界结构心的设阴计计火算应甘遵循夫现行繁有关丽国家准或行横业标下准的兰规定栽。包音括：◆《建筑结磨构荷载柔规范》G邻B5桃00琴09丘-2登00尚1◆《建筑抗凝震设计偿规范》报GB拖50威01肯1-泽20豆01◆《钢结哈构设滑计规飞范》G表B5种00号17烟-2俗00如3◆《冷弯薄性壁型钢组结构技裹术规范》GB级500辨18-自200杜2◆《网架防结构漫设计思与施接工规良程》JG血J7-洁918.年2.肥3网架结枝构的设获计特点8.辽2.宝3.震1计算方测法要点（2）计忆算方倘法及泼其特很点根据贯需要流可采雾用精丝式确法桑或近郑似。◆空间艘桁架畅位移掘法，又称矩猎阵位移质法。其均计算过墨程在结板构力学御中有过尊介绍，各即该法晨以杆件读为基本元单元，厨以节点踪蝶三个线唱位移为衬基本未山知量。白先进行问单元分耀析，得振到单元菊刚度矩拳阵，后虚进行整帮体分析匆，得到咽结构总蹈刚度矩尝阵和结廊构总刚慌度方程台。再引绳进边界胜条件求威得各杆己件内力N。求惭得各骡杆件呼内力N后,按照乐本书宏前述片轴心扎受力麦构件间一章快的内柜容进写行设像计验亏算。肆空间坟桁架裁位移爷法计机算较悼精确绵，且建适用喇范围虎广泛华。◆差分法印与拟夹逗层板法究。差分野法经总惯性波矩折评算，畜将网即架简申化为水交叉义梁系袋进行礼差分那计算,它适用霜于跨度L≤40责m由平面根桁架系情组成的乔网架、旗正放四晋角锥网临架。一岂般按图疲表计算狗，误差≤20％。拟夹擦层板甩法将华网架邮简化稻成正棋交异觉性或令者各害向同好性的犹平板抹进行苹计算战，它韵适用鸭于跨痛度L≤处40淹m由平面意桁架系小或角锥嗽体组成搂的网架在。一般酸按图表苗计算，册误差≤10％。8.萌2.躲3.展2一般终设计亦规定（1）选型网架结元构设计猛首先要因选型，鸟通常是话根据工墨程的平屋面形状债、跨度阴大小、捧支承情僵况、荷埋载大小音、屋面印构造、珍建筑设计愁等诸崭因素殊，结枝合以哨往的愿工程乳经验泄综合除确定宾。网练架杆木件的菌布置视必须昆保证割不出描现结暮构几夕何可哭变的收情况剑。（2）网疑格尺愿寸和意网架背高度标准胖网格问多采拦用正窑方形该，但母也采笛用长管方形蚕，网术格尺肯寸可未取(1/装6～1/2恨0)L2，网架慨高度(也称旷为网改架矢另高)H可取(1撕/1和0一1/2队0)L2，L2为网疗架的表短向够跨度留。具体粉尺寸饿和高判度可论根据炊网架陈形式雾、跨坝度大膊小、干屋面圈材料屠以及若构造蓝要求脾和建叛筑功政能等士因素卡确定斧。（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）网架求结构体坑系的屋枣面目前，上采用得仅较多的或是有檩宴体系与丸轻质屋晶面相结浊合的方嫌案。各腥种混凝行土屋面君板、钢量丝网水让泥板用泄于无檩称体系中久，采用滥已越来犯越少。（4）网架堆杆件①截垄面以达圆钢刺管性熔能最非优，胶使用钉最广膊泛。②材架料通狼常选患用Q2逃35系列或损者Q3管45系列钢妇材。③杆城件的百计算盲长度l0：对螺扶栓球妇节点鸭网架(因节敲点接什近于双铰接)，其羡杆件饲的计屿算长壶度l0取等于军杆件的忽几何长秩度l。对焊接输球节点狸网架，隙其弦杆低及支座赢腹杆取l0＝0.9l,而其蛮余腹杆吐取l0＝0.解8l。④杆换件的杯长细弓比限龙值[λ]对受埋压秆施件，雾其长示细比推限值[λ]＝18姑0；对受拉普杆件支缩慧座处及柄支座附芳近的杆蛮件长细桃比限值[λ]＝30勾0、一般杆尾件[λ]＝40狸0，直接承星受动力补荷载的遵杆件[λ]＝250。⑤杆税件最谢小截毛面规枪格为了辽保证重网架磨杆件铸的承希载力矩并使葵其具挎有必岭要的童刚度铸，限府制杆嗓件的碍截面纠规格钓不得波小于宁钢管Φ48×鹿2，角钢L5伤0×扮3（5）网姿架节滥点设页计与窄构造狭要点网架节燃点有：殃焊接钢想板节点委、焊接厚空心球驻节点、特螺栓球吐节点、弯焊接短绩钢管节色点等形续式。节点的分重量一炎般为网框架总重涨量的20％～25％，所占歪比重堪较大逮，因箩节点贡破坏邻而造础成工属程事闪故的辫例子下不少尘，所邻以应峡于充陷分重历视。①焊接腰空心球拳节点空心球底可分为障不加肋稍和加肋事两种，峰如下图昏所示。寄所用材际料为Q23协5钢或Q3姨45钢。惜当球岔直径资设计翻为D时，用障下料为1.韵41闹4D直径的坏圆板经假压制成拜型做成聚半球，等再由两断个半球她对焊而臭成。这种罢节点瓶适用颈于连联接钢叫管杆虫件，舟被广她泛应律用。园节点稀构造槐是将极钢管方杆件岭直接卸焊接汽连接平于空柜心球逝体上蛛，具页有自村动对多中和永“万国向”谊性质茶，因谋而适橡应性瓶很强城。D(a)D/3~D/2D(b)图8.2.12直径D为120～500言mm的焊接怪空心球详，其承榴载力设帆计值Nc(受压球)和Nt(受拉球)可分皇别按盛下式敲计算蛾：D——空心球芬外径(m平m)；t——空心征球壁们厚(mm爷)；d—顷—钢管毒外径(mm雷)；f—该—钢管歇材料首强度火设计派值(N／mm2)；ηc——受压帝空心津球加晓肋承份强力漂提高栽系数包，加荒肋ηc=1.弯4，不加肋ηc=1速.0；ηt受拉昆空心垃球加呈肋承斯强力玻提高胶系数驼，加景肋ηt=1.炉1,不加煎肋ηt=1.异0。空心球肺外径D与壁僵厚t的比值嗽可按设鸭计要求穿选用，倦一般取D＝(25～45批)t；空心球浴壁厚t与钢偏管最需大壁供厚的奸比值垒宜为1.饶2～2.0。另猎外,空心球漆壁厚t不宜小照于4mm。在确拔定空然心球齐外径用时，胸球面洁上网房诚架相临连接控杆件民与杆袭件之粪间的另缝隙a不宜症小于10粉mm。为了贴保证松缝隙a，空心球刷直径也侧可初步渴按下式裙估算：D＝(d1+d2+2a形)/θ式中:θ—汇集于犯空心球妄节点任桐意两钢直管杆件间的夹辱角(ra绪d)；d1,d2—组成θ角的钢俘管外径(mm瞎)；a—d1与d2两钢狸管间净距离左，一般a≥10mm.②螺栓故球节点螺栓套球节捡点由介螺栓羊、钢巴球、亩销子(或止壁紧螺喂钉)、套筒泉和锥头距或封板句组成，颈如下图,适用于席连接钢样管杆件套。钢球螺栓套筒帷头销子封板a1aa1l图8.2.13螺栓叉是节遭点中乡丰最关度键的想传力惹部件庭，在打同一彻网架庆中，伸连接缎弦杆嘱所采公用的谱高强搂度螺抗栓可栽采用惜同一蜘直径史，而歉连接院腹杆贴的可套采用遣同一野直径介。在姨小跨协度的粗轻型秆网架冤中，蝇连接械球体脊的弦完杆和稀腹杆爽可以券采用菊同一络规格码的直课径。贪螺栓晶直径乒一般筑由网贝架中纯最大辰受拉判杆件地的内佛力控再制，号一个知螺栓洽受拉蜘承载鞠力设厉计值冒按下狡式计夺算：

——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——高强度停螺栓经菠热处理句后的抗纲拉强度伯设计值逮，对40B钢、40C坡r钢与20M捎nTi翠B钢，萌取为43驾0N刊/m牺m2；对45号钢毒，取奸为36胁5N街/m音m2。螺栓崭直径武确定皂后，暮钢球锦直径急按照布下式叮的较蹄大者缓取值造：式中D—椅—钢球牙直径(mm耗)；θ——两个螺若栓之间糟的最小愁夹角