空間網(wǎng)架結構設計

1、大跨度房屋鋼結構簡介,大跨度鋼結構的應用及其主要特點大跨度房屋鋼結構的類型梁式結構框架結構拱式結構網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構懸索結構,大跨度鋼結構的應用及其主要特點,? 應用 公共建筑(劇院，展覽館，體育場館，車站等) 專門用途的建筑 (飛機庫，汽車庫等) 生產(chǎn)性建筑(飛機制造廠裝配車間，造船廠等)? 主要特點 ?跨度大 120m? 160m(長春體育館，網(wǎng)殼結構，1998)

2、 主跨1385m (江陰長江大橋，懸索結構，1999) ?個性化(非大量建設項目，方案的極其個性化),大跨度房屋鋼結構的類型,? 平面結構 由一些強度不大的縱向構件將平面結構連接起來構成 縱向構件層層重復傳遞荷載，并不分擔荷載 梁式，框架式和拱式結構? 空間結構 加強連接平面結構的縱向構件以形成一個整體結構，共同承載 克服荷載層層重復傳遞

3、，經(jīng)濟性好，整體剛度大，抗震性能好 懸索結構，網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構? 空間作用(diaphragm，蒙皮效應),梁式結構(1),? 特點 ?不產(chǎn)生水平推力(可支承于墻壁，磚石或混凝土柱上) ?制造和安裝較簡單? 結構布置,復雜式,梁式結構(2),?結構型式 ?跨度較小時，可采用實腹式梁 (常用工字形截面) ?跨度在50?70m及更大時，采用桁架形式(吊頂與下弦設間隙)

4、 桁架外形及腹桿體系取決于跨度，屋面形式和吊頂結構 桁架高跨比一般為1/8?1/6(注：跨度大于50m時，運輸超限) 常用梯形桁架；屋面坡度大時，宜用平行弦；吊頂可作弧線形(設拉桿),框架結構(1),? 特點 ?與梁式相比，框架結構可降低建筑物高度 ?結構上比梁式結構經(jīng)濟? 結構布置 ?橫向框架布置(跨度大于60m時，應增大框架間距，常導致復雜布置) ?縱

5、向框架布置(跨度較小時，特別有利，可向外懸伸，用于機庫等)?結構型式 ?跨度在50?60m時，常用雙鉸實腹式框架(常用工字形截面) 減輕基礎負擔；結構可外露；橫梁高度可取跨度的1/20?1/12 設置預應力拉桿減少跨中彎矩，橫梁高度可取跨度的1/40?1/30,框架結構(2),?跨度較大時，常用雙鉸格構式框架 跨度超過100m時，宜采用無鉸格構式框架,框架結構(3),?格構

6、式框架的橫梁高跨比宜在跨度的1/20?1/12范圍選取 格構式框架立柱的寬宜取其橫梁的節(jié)間長度(卸載效應) ?折線弓形框架接近于拱形結構的力學性能 常用于高度相對較大(跨度約40?50m，高度約15?20m)的建筑物 橫梁高度和立柱寬度皆在跨度的1/25?1/15范圍選取,拱式結構(1),? 特點 ?拱式屋蓋受力合理 ?比梁式和框架式屋蓋結構經(jīng)濟指標好(跨

7、度超過80m時尤為顯著)? 結構布置 ?跨度為40?60m時，拱間距可取6?10m，無檁或型鋼檁條,拱式結構(2),?跨度達100m左右時，宜采用相距3?6m的拱對，拱對間距為9?15m,拱式結構(3),?側(cè)窗難以開啟，且宜積灰；檁條下移，構成橫向天窗,拱式結構(4),?結構型式 ?雙鉸拱(最常見，制作安裝方便，較經(jīng)濟，溫度應力低) ?無鉸拱(最經(jīng)濟，須設強支座，溫度應力高) ?三鉸拱(

8、應用不廣，拱鑰鉸使結構復雜化),?亦分為實腹式和格構式 宜設計成等截面 實腹式截面高度可取跨度的1/80?1/50 格構式截面高度可取跨度的1/60?1/30 ?水平推力 拉桿設置 支座設計 框架結構,拱式結構(5),?拱腳構造處理 構造不便 空間利用,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(1),? 特點 ?多向傳力

9、，空間剛度大，抗震性能好 ?適應性強 ?經(jīng)濟指標好? 網(wǎng)架類別(以網(wǎng)架構成方式分類) ?由平面桁架構成(四種),兩向正交正放,網(wǎng)架表示法,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(2),兩向正交斜放,兩向斜交斜放,兩向正交斜放 短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利 角部產(chǎn)生拔力，常取無角部形式兩向斜交斜放 適用于兩個方向網(wǎng)格尺寸不同的情形 受力性能欠佳，節(jié)點構造較復雜,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(3),三向網(wǎng)架三個方向的平面桁架相

10、互交角60?比兩向網(wǎng)架剛度大，適合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在謀些平面形狀會出現(xiàn)不規(guī)則桿件,?由四角錐體構成(五種),正放四角錐網(wǎng)架,正放抽空四角錐網(wǎng)架,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(4),斜放四角錐網(wǎng)架,棋盤形四角錐網(wǎng)架,星形四角錐網(wǎng)架,斜放四角錐網(wǎng)架受力合理，桿件數(shù)量少屋面板類型多屋面組織排水較困難棋盤形四角錐網(wǎng)架保持正放四角錐網(wǎng)架周邊四角錐不變，中間四角錐間隔抽空，下弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交正放。克服了斜放

11、四角錐網(wǎng)架屋面板類型多，屋面組織排水較困難的缺點。,?由三角錐體構成(三種),三角錐網(wǎng)架,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(5),抽空三角錐網(wǎng)架,蜂窩形三角錐網(wǎng)架,?三(多)層網(wǎng)架 減少弦桿內(nèi)力(25%? 60%)，減小網(wǎng)格尺寸，大跨經(jīng)濟性好；桿件數(shù)量多,三層網(wǎng)架示意圖,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(6),? 網(wǎng)架的點支承 ?點支承的設置原則 通過正彎矩和撓度減小，使整個網(wǎng)架的內(nèi)力趨于均勻 對于單跨多點支承，懸挑

12、長度宜取中間跨的1/3 (下圖a) 對于多跨多點支承，懸挑長度宜取中間跨的1/4(下圖b),?點支承的柱帽形式,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(7),? 網(wǎng)架選型 ?周邊支承的矩形平面形狀 長短邊之比?1.5時： 斜放四角錐網(wǎng)架，棋盤形四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 對于中(30m? 60m)小(1.5時： 宜選正放類網(wǎng)架----兩向正交正放網(wǎng)架，正

13、放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 ?點支承的矩形平面形狀 兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架 ?圓形，多邊形平面形狀 宜選三向網(wǎng)架，三角錐網(wǎng)架，抽空三角錐網(wǎng)架 ?兩邊或三邊支承的矩形平面形狀 自由邊作處理后可按周邊支承情形考慮。自由邊的兩種處理方法： (a)整個網(wǎng)架高度加大，自由邊桿件截面增大 (b)自由邊局部增加網(wǎng)

14、架層數(shù)(形成反梁),自由邊,反梁,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(8),? 網(wǎng)架屋面排水 ?網(wǎng)架起拱 適于雙坡排水；抗震性好；起拱高度過大，內(nèi)力分析應計及 ?網(wǎng)架變高度 可降低弦桿內(nèi)力，使其趨于均勻；抗震性好；桿件種類增多 ?上弦節(jié)點設置小立柱(常用) 可構造雙坡，四坡或其它復雜的多坡排水屋面；跨度大時要作穩(wěn)定和抗震計算,? 網(wǎng)架幾何尺寸,注：L2 是以米計的網(wǎng)架短向跨度；跨度小于

15、18米時網(wǎng)格數(shù)可適當減少。,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(9),單層柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式a)單斜桿柱面網(wǎng)殼：桿件數(shù)量少，節(jié)點構造簡單；剛度差b)人字形柱面網(wǎng)殼：亦稱弗普爾形柱面網(wǎng)殼c)雙斜桿柱面網(wǎng)：殼桿件數(shù)量多；剛度好d)聯(lián)方網(wǎng)格柱面網(wǎng)殼：桿件組成菱形，夾角為30?? 50?e)三向網(wǎng)格柱面網(wǎng)殼：聯(lián)方網(wǎng)格柱面加縱向桿件,? 網(wǎng)殼類別(以曲面外形分類) ?柱面網(wǎng)殼,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(10),a)正放四角錐柱面網(wǎng)殼,b)正放抽空四角錐柱面網(wǎng)

16、殼,c)斜置正放四角錐柱面網(wǎng)殼,d)三角錐柱面網(wǎng)殼,e)抽空三角錐柱面網(wǎng)殼,雙層柱面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式1.交叉桁架體系(略)2.四角錐體系 a)：剛度大，桿件少，最常用 b)：適用于小跨度，輕屋面 c)：系將a)斜置3.三角錐體系 常用d) ， e) 兩種,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(11),?球面網(wǎng)殼,a)肋環(huán)型球面網(wǎng)殼,b)Schwedler型球面網(wǎng)殼,c)Schwedler型球面網(wǎng)殼,d)聯(lián)方型球面網(wǎng)殼,e)三向網(wǎng)

17、格型球面網(wǎng)殼,單層球面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式a):剛度差，適用于中，小跨度b):剛度好，適用于大，中跨度c):交叉斜桿Schwedler型 還有其它Schwedler型d):菱形網(wǎng)格，造型美觀e):適用于中，小跨度,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(12),a)肋環(huán)型四角錐球面網(wǎng)殼,b)聯(lián)方型四角錐球面網(wǎng)殼,c)聯(lián)方型三角錐球面網(wǎng)殼,d)平板組成式球面網(wǎng)殼,雙層球面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式1.交叉桁架體系 只需將單層球面網(wǎng)殼中的桿件用平面網(wǎng)片代替

18、(略)2.角錐體系(常見四種) a):肋環(huán)型四角錐球面網(wǎng)殼， b):聯(lián)方型四角錐球面網(wǎng)殼 c):聯(lián)方型三角錐球面網(wǎng)殼， d):平板組成式球面網(wǎng)殼,網(wǎng)架和網(wǎng)殼結構(13),a) 正交正放類,b) 正交斜放類,c) 正交斜放設斜桿類,d) 正交斜放設斜桿類,e) 正交斜放設斜桿類,雙曲面網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式1.正交正放類 a):單層時在方格內(nèi)設斜桿 雙層時組成四角錐體2.正交斜放類 b):抗剪強度弱

19、 c):第三方向局部設斜桿 d):全部方格內(nèi)設雙斜桿 e):第三方向全局設斜桿,?雙曲面網(wǎng)殼,懸索結構(1),? 特點 ?軸向拉伸抵抗外荷作用，充分利用鋼材強度 ?施工方便，費用低 ?便于建筑造型? 單層懸索結構 ?平行布置形式(跨度可達80m，德國多特蒙特一展覽廳，1956),水平梁和框架一起承受懸索拉力,水平梁承受懸索拉力,懸索直接錨掛于框架,斜拉索將懸索拉力拉向地錨,懸索

20、結構(2),?幅射式布置形式(適用于圓形，橢圓形平面),下凹雙曲率碟形屋面不便于排水，最大的碟形屋面：美國阿拉美達比賽館，跨徑128m(1967),傘形屋面最大的傘形屋面：前蘇聯(lián)伊利姆斯克汽車庫，跨徑206m,受拉內(nèi)環(huán)采用鋼制，受壓外環(huán)采用鋼筋混凝土制作?？杀绕叫胁贾米龅捷^大跨度。,?網(wǎng)狀布置形式(適用于圓形，矩形等各種平面),?設計要點 ?單層懸索體系垂跨比經(jīng)驗取值： 1

21、/20?1/10 ?加強形狀穩(wěn)定性的措施： 采用重屋面 采用預應力鋼筋混凝土懸掛薄殼 采用橫向加勁構件,兩向索正交布置屋面板規(guī)格統(tǒng)一邊緣構件彎矩大于幅射式布置,懸索結構(3),? 雙層懸索結構 ?一般形式 由下凹的承重索，上凸的穩(wěn)定索及它們之間的連系桿組成 承重索垂跨比一般取1/20?1/15 ，穩(wěn)定索拱跨比一般取1/20?1/25,?平行布置形式,懸索

22、結構(4),?幅射式及網(wǎng)狀布置形式,上索既是穩(wěn)定索，又直接承載a)雙層內(nèi)環(huán)梁 b)雙層外環(huán)梁c)雙層內(nèi)外環(huán)梁d)單層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置e)雙層外環(huán)梁網(wǎng)狀布置,懸索結構(5),?鞍形索網(wǎng)布置形式,懸索結構(6),? 一些典型建筑 ?單層懸索,德國烏柏特市游泳館,德國多特蒙特展覽大廳,前蘇聯(lián)克達斯若牙爾斯克車庫,日本古川市民會館,懸索結構(7),?雙層懸索,瑞典斯德哥爾摩約翰尼紹夫滑冰場,芬蘭赫爾辛基冰上運動場,德國法蘭克