大跨度结构基础知识

大跨度房屋钢结构简介大跨度钢结构的应用及其主要特点大跨度房屋钢结构的类型梁式结构框架结构拱式结构网架和网壳结构悬索结构1编辑ppt大跨度房屋钢结构简介1编辑ppt大跨度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)

2编辑ppt大跨度钢结构的应用及其主要特点应用2编辑ppt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，网架和网壳结构空间作用(diaphragm，蒙皮效应)3编辑ppt大跨度房屋钢结构的类型平面结构3编辑ppt梁式结构(1)特点

不产生水平推力(可支承于墙壁，砖石或混凝土柱上)制造和安装较简单结构布置4050m屋架檩条68m简单式屋架主檩条檩条5070m812m复杂式4编辑ppt梁式结构(1)特点4050m屋架檩条68m简单式屋架梁式结构(2)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)5编辑ppt梁式结构(2)结构型式5编辑ppt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布置横向框架布置(跨度大于60m时，应增大框架间距，常导致复杂布置)纵向框架布置(跨度较小时，特别有利，可向外悬伸，用于机库等)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1/401/306编辑ppt框架结构(1)特点6编辑ppt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7编辑ppt框架结构(2)跨度较大时，常用双铰格构式框架7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8编辑ppt框架结构(3)格构式框架的横梁高跨比宜在跨度的拱式结构(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9编辑ppt拱式结构(1)特点9编辑ppt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915m10编辑ppt拱式结构(2)跨度达100m左右时，宜采用相距拱式结构(3)侧窗难以开启，且宜积灰；檩条下移，构成横向天窗11编辑ppt拱式结构(3)侧窗难以开启，且宜积灰；檩条下移拱式结构(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12编辑ppt拱式结构(4)结构型式亦分为实腹式和格构式12拱式结构(5)

拱脚构造处理构造不便空间利用13编辑ppt拱式结构(5)拱脚构造处理13编辑ppt网架和网壳结构(1)特点多向传力，空间刚度大，抗震性能好适应性强经济指标好网架类别(以网架构成方式分类)由平面桁架构成(四种)两向正交正放网架表示法14编辑ppt网架和网壳结构(1)特点两向正交正放网架表示法14编辑p网架和网壳结构(2)两向正交斜放两向斜交斜放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，常取无角部形式两向斜交斜放适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂15编辑ppt网架和网壳结构(2)两向正交斜放两向斜交斜放两向正交斜放15网架和网壳结构(3)三向网架三个方向的平面桁架相互交角60

比两向网架刚度大，适合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在谋些平面形状会出现不规则杆件由四角锥体构成(五种)正放四角锥网架正放抽空四角锥网架16编辑ppt网架和网壳结构(3)三向网架由四角锥体构成(五种)网架和网壳结构(4)斜放四角锥网架棋盘形四角锥网架星形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棋盘形四角锥网架保持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。由三角锥体构成(三种)三角锥网架17编辑ppt网架和网壳结构(4)斜放四角锥网架棋盘形四角锥网架星形四角锥网架和网壳结构(5)抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架

三(多)层网架减少弦杆内力(25%60%)，减小网格尺寸，大跨经济性好；杆件数量多

三层网架示意图18编辑ppt网架和网壳结构(5)抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架网架和网壳结构(6)网架的点支承点支承的设置原则通过正弯矩和挠度减小，使整个网架的内力趋于均匀对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/3(下图a)对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/4(下图b)点支承的柱帽形式

19编辑ppt网架和网壳结构(6)网架的点支承点支承的柱帽网架和网壳结构(7)网架选型周边支承的矩形平面形状长短边之比1.5时：斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架对于中(30m60m)小(<30m)跨度，亦可选星形四角锥网架，蜂窝形三角锥网架长短边之比>1.5时：宜选正放类网架----两向正交正放网架，正放四角锥网架，正放抽空四角锥网架点支承的矩形平面形状两向正交正放网架，正放四角锥网架，正放抽空四角锥网架

圆形，多边形平面形状宜选三向网架，三角锥网架，抽空三角锥网架两边或三边支承的矩形平面形状自由边作处理后可按周边支承情形考虑。自由边的两种处理方法：(a)整个网架高度加大，自由边杆件截面增大(b)自由边局部增加网架层数(形成反梁) 自由边反梁20编辑ppt网架和网壳结构(7)网架选型自由边反梁20编辑ppt网架和网壳结构(8)网架屋面排水网架起拱适于双坡排水；抗震性好；起拱高度过大，内力分析应计及网架变高度可降低弦杆内力，使其趋于均匀；抗震性好；杆件种类增多

上弦节点设置小立柱(常用)可构造双坡，四坡或其它复杂的多坡排水屋面；跨度大时要作稳定和抗震计算

网架几何尺寸

注：L2

是以米计的网架短向跨度；跨度小于18米时网格数可适当减少。21编辑ppt网架和网壳结构(8)网架屋面排水网架几何尺寸网架和网壳结构(9)单层柱面网壳的网格形式a)单斜杆柱面网壳：杆件数量少，节点构造简单；刚度差b)人字形柱面网壳：亦称弗普尔形柱面网壳c)双斜杆柱面网：壳杆件数量多；刚度好d)联方网格柱面网壳：杆件组成菱形，夹角为3050e)三向网格柱面网壳：联方网格柱面加纵向杆件网壳类别(以曲面外形分类)柱面网壳22编辑ppt网架和网壳结构(9)单层柱面网壳的网格形式网壳类别(以曲网架和网壳结构(10)a)正放四角锥柱面网壳b)正放抽空四角锥柱面网壳c)斜置正放四角锥柱面网壳d)三角锥柱面网壳e)抽空三角锥柱面网壳双层柱面网壳的网格形式1.交叉桁架体系(略)2.四角锥体系

a)：刚度大，杆件少，最常用b)：适用于小跨度，轻屋面c)：系将a)斜置3.三角锥体系常用d)，e)两种23编辑ppt网架和网壳结构(10)a)正放四角锥柱面网壳b)正放抽空四角网架和网壳结构(11)球面网壳a)肋环型球面网壳b)Schwedler型球面网壳c)Schwedler型球面网壳d)联方型球面网壳e)三向网格型球面网壳单层球面网壳的网格形式a):刚度差，适用于中，小跨度b):刚度好，适用于大，中跨度c):交叉斜杆Schwedler型还有其它Schwedler型d):菱形网格，造型美观e):适用于中，小跨度24编辑ppt网架和网壳结构(11)球面网壳a)肋环型球面网壳b网架和网壳结构(12)a)肋环型四角锥球面网壳b)联方型四角锥球面网壳c)联方型三角锥球面网壳d)平板组成式球面网壳双层球面网壳的网格形式1.交叉桁架体系只需将单层球面网壳中的杆件用平面网片代替(略)2.角锥体系(常见四种)a):肋环型四角锥球面网壳，b):联方型四角锥球面网壳c):联方型三角锥球面网壳，d):平板组成式球面网壳25编辑ppt网架和网壳结构(12)a)肋环型四角锥球面网壳b)联方型四角网架和网壳结构(13)a)正交正放类b)正交斜放类c)正交斜放设斜杆类d)正交斜放设斜杆类e)正交斜放设斜杆类双曲面网壳的网格形式1.正交正放类

a):单层时在方格内设斜杆双层时组成四角锥体2.正交斜放类b):抗剪强度弱c):第三方向局部设斜杆d):全部方格内设双斜杆e):第三方向全局设斜杆双曲面网壳26编辑ppt网架和网壳结构(13)a)正交正放类b)正交斜放类c)悬索结构(1)特点轴向拉伸抵抗外荷作用，充分利用钢材强度施工方便，费用低便于建筑造型单层悬索结构平行布置形式(跨度可达80m，德国多特蒙特一展览厅，1956)水平梁和框架一起承受悬索拉力水平梁承受悬索拉力悬索直接锚挂于框架斜拉索将悬索拉力拉向地锚27编辑ppt悬索结构(1)特点水平梁和框架一起水平梁悬索直接斜拉索将悬索结构(2)幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平面)下凹双曲率碟形屋面不便于排水，最大的碟形屋面：美国阿拉美达比赛馆，跨径128m(1967)伞形屋面最大的伞形屋面：前苏联伊利姆斯克汽车库，跨径206m受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋混凝土制作。可比平行布置做到较大跨度。网状布置形式(适用于圆形，矩形等各种平面)设计要点

单层悬索体系垂跨比经验取值：

1/201/10加强形状稳定性的措施：采用重屋面采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳采用横向加劲构件两向索正交布置屋面板规格统一边缘构件弯矩大于幅射式布置28编辑ppt悬索结构(2)幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平悬