大跨建筑結(jié)構(gòu)選型（PPT116）

第四章大大跨度結(jié)結(jié)構(gòu)選型建筑結(jié)構(gòu)選選型1大跨度建筑筑概況2拱結(jié)構(gòu)3剛架結(jié)構(gòu)4桁架結(jié)構(gòu)5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)6折板結(jié)構(gòu)7薄殼結(jié)構(gòu)8懸索結(jié)構(gòu)9其它結(jié)構(gòu)型型式按網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計規(guī)范范規(guī)定≤30米，小跨度度30～60米，中跨度度>60米，大跨度度1大跨度建筑筑概況1.1大跨度建筑筑定義第四章大大跨跨度建筑結(jié)結(jié)構(gòu)選型----1大跨度建筑筑概況1.2.1古典大跨結(jié)結(jié)構(gòu)（2000多年前～文文藝復(fù)興））特征：““磚石結(jié)構(gòu)構(gòu)”1）從梁到三三角璇梁：受彎，磚石石不宜拱：受壓，發(fā)揮揮材料特性性2）從筒拱到到交叉拱筒拱拱：墻承重，平平面狹長交叉拱：柱承重，空空間貫通3）從交叉拱拱到拱肋結(jié)結(jié)構(gòu)交叉拱：屋面自重較較大拱肋肋：結(jié)構(gòu)高直輕輕巧4）從穹窿結(jié)結(jié)構(gòu)到帆拱拱穹隆：圓形平面帆拱：方形平面1.2大跨度建筑筑的發(fā)展過過程1.2.2平面大跨結(jié)結(jié)構(gòu)（19世紀(jì)后半葉葉～二戰(zhàn)））特征：“桁桁架、剛架架、拱結(jié)構(gòu)構(gòu)”1）從梁到桁桁架2）從梁到剛剛架3）從梁到拱拱1.2.3新型大跨結(jié)結(jié)構(gòu)（二戰(zhàn)～））特征：“薄薄殼、懸索索、網(wǎng)架””1）雞蛋殼—薄壁結(jié)構(gòu)合理的外形形，充分發(fā)發(fā)揮材料受受壓性能，，以較薄的的殼體跨越越很大的空空間，而具具有足夠的強度和剛剛度。2）蜘蛛網(wǎng)—懸索結(jié)構(gòu)纖細(xì)的索網(wǎng)網(wǎng)，充分發(fā)發(fā)揮鋼材抗抗拉性能，，輕盈活波波，適宜與與大跨度3）蜜蜂巢—網(wǎng)架結(jié)構(gòu)利用小型桿桿件，組合合成整體結(jié)結(jié)構(gòu)，剛度度大，變形形小，自重重輕，材料料省1.3.1大跨建筑主主要承受豎豎向荷載1）高層結(jié)構(gòu)構(gòu)荷載：水平荷載為為控制因素素構(gòu)件：豎向懸臂構(gòu)構(gòu)件—柱(線)，墻(面)，筒(體)變形：水平側(cè)移2）大跨結(jié)構(gòu)構(gòu)荷載：豎向荷載為為控制因素素構(gòu)件：水平簡支構(gòu)構(gòu)件變形：豎向撓曲1.3大跨度建筑筑的結(jié)構(gòu)特特征1.3.2大跨結(jié)構(gòu)是是梁結(jié)構(gòu)的的改造和演演變1.3.3新型大跨結(jié)結(jié)構(gòu)的特點點①整體上上是空間結(jié)結(jié)構(gòu)②跨度大大，可覆蓋蓋巨大的室室內(nèi)空間③矢高小小、曲率平平緩，可有有效利用空空間④厚度薄薄、自重輕輕，節(jié)省材材料⑤形式多多樣，可適適合于各種種形狀的平平面組合1）拱是一種種推力結(jié)構(gòu)：在豎豎向荷載下下產(chǎn)生水平平推力2）拱是一種種無矩結(jié)構(gòu)：通過過合理拱軸軸可使桿件件無彎矩3）拱可充充分利用用材料抗壓強度，斷斷面小、、跨度大大2拱結(jié)構(gòu)2.1拱結(jié)構(gòu)的的特點1）按受力力①三鉸鉸拱②兩鉸鉸拱③無鉸鉸拱2）按外形形①雙折折線型②圓弧弧線型③拋物物線型2.2拱結(jié)構(gòu)的的型式第四章大大跨度度建筑結(jié)結(jié)構(gòu)選型型----2拱結(jié)構(gòu)1）跨度：：公建主體體30～40米，可達(dá)達(dá)到95～200米，經(jīng)濟跨度度80～100米2）矢高：與建筑外外形、使使用要求求、屋面面構(gòu)造、、內(nèi)力計計算有關(guān)關(guān)屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)f=(1/10～1/5)L公建主體體f=(1/5～1/2)L2.3拱結(jié)構(gòu)的的主要尺尺寸2.4拱結(jié)構(gòu)屋屋蓋布置置1）跨度40～60米時拱間距6～10米，設(shè)上上弦橫向向支撐及及縱向支支撐2）跨度70～120米時拱間距9～15米，采用用相距3～6米的成對對拱拱結(jié)構(gòu)屋屋蓋布置置1）由拉桿桿承受推推力2）由框架架承受推推力3）基礎(chǔ)承承受推力力4）剛性水水平構(gòu)件件承受推推力2.5拱結(jié)構(gòu)支支座處理理1）內(nèi)力分分布均勻勻2）結(jié)構(gòu)輕輕巧，節(jié)節(jié)省材料料，制作作方便3）空間高高度大4）結(jié)構(gòu)剛剛度差3剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)3.1剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)的特點點3.2剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)的型式式1）按組成成①三鉸鉸剛架②兩鉸鉸剛架③無鉸鉸剛架2）按斷面面①實腹腹式②格構(gòu)構(gòu)式第四章大大跨度度建筑結(jié)結(jié)構(gòu)選型型----3剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)1）跨度①實腹腹式：50～60米②格構(gòu)構(gòu)式兩鉸鉸剛架：：60～120米③格構(gòu)構(gòu)式無鉸鉸剛架：：120～150米④折線線弓形剛剛架：40～50米高15～20米2）斷面①實腹腹式梁高高h(yuǎn)=(1/12～1/20)L設(shè)預(yù)應(yīng)力拉拉桿h=(1/30～1/40)L②格構(gòu)柱寬寬同橫梁梁節(jié)間5～7米③折線線弓形剛剛架梁高高、柱寬寬(1/15～1/25)L3.2剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)的主要要尺寸1）頂點鉸鉸鋼銷栓2）實腹剛剛架支座座①固定定支座細(xì)石砼填填實②鉸支支座瀝青麻絲絲填3）格構(gòu)剛剛架支座座①板式式支座支反力≤≤100t②臼式支座座支反力>100t③平衡支座座支反力≤100t3.4剛架結(jié)構(gòu)節(jié)點點構(gòu)造1）將受彎桿件件轉(zhuǎn)化為軸力力桿件2）充分利用三三角形的剛性性特點3）充分利用材材料特性，以以小桿件拼合合跨越大空間間4桁架結(jié)構(gòu)4.1桁架結(jié)構(gòu)的特特點4.2桁架結(jié)構(gòu)的型型式1）按材料：木、鋼砼、鋼鋼、組合式2）按外形：①三角形L≤18m，i=1/5～1/2②梯形L=18～36m，≤72m，f/L=1/6～1/8③拱形L=18～36m，≤60m，f/L=1/6～1/8④折線形⑤平行弦第四章大大跨度建建筑結(jié)構(gòu)選型型----4桁架結(jié)構(gòu)1）支座①平板支座座②滾軸支座座2）屋架端部①內(nèi)天溝式式②自由落水③外天溝式式4.3桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點點構(gòu)造1）整體剛度大大，穩(wěn)定性好好，為空間多多向受力狀態(tài)態(tài)2）桿件受力合合理，能充分分利用材料特特性3）高跨比小，，能有效利用用空間4）桿件規(guī)格少少，便于工廠廠化、裝配化化5）建筑造型新新穎，可適合合于多種平面面5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)5.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特特點1）按材料：木、鋼砼、鋼鋼、組合式2）按外形：①平板網(wǎng)架架a.交叉桁架體系系b.角錐體系②曲面網(wǎng)架a.球面網(wǎng)殼b.柱面網(wǎng)殼c.雙曲面網(wǎng)殼殼5.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的的型式第四章大大跨跨度建筑結(jié)結(jié)構(gòu)選型----5網(wǎng)架結(jié)構(gòu)1）交叉桁架架體系①兩向正正交正放:適用于正方方形平面②兩向正正交斜放：：適用于矩形形平面③三向交交叉網(wǎng)架：：適用于圓形形、三角形形、多邊形形平面2）角錐體系系①三角錐錐體②四角錐體③六角錐錐體3）平板網(wǎng)架架的主要尺尺寸5.3平板網(wǎng)架網(wǎng)架短向跨度高跨比網(wǎng)格尺寸與短跨比<30m1/10～1/131/8～1/1230～60m1/12～1/151/11～1/14>60m1/14～1/181/13～1/181）桿件①角鋼②鋼管2）節(jié)點①十字鋼鋼板節(jié)點：：用于角鋼鋼桿件，焊焊接或螺栓栓②球節(jié)點：用用于鋼管桿桿件a.實心球：螺螺栓連接b.空心球：焊焊接連接3）網(wǎng)架上弦弦起坡排水坡度要要求2～5%①結(jié)構(gòu)起拱：：跨度>60m時，起拱1/300②上弦加柱：：按坡度變變高5.4平板網(wǎng)架桿桿件與節(jié)點點1）支承方式式①四邊支支承：四邊邊設(shè)圈梁，，支于列柱柱②柱柱支承：四四點或多點點柱支承③三邊支支承：三邊邊支于列柱柱自由邊加托托梁、邊桁桁架、拱2）支座構(gòu)造造①平板鉸鉸支座：用用于跨度較較小②轉(zhuǎn)動弧形支支座：用于于跨度大③搖擺支支座：用于于跨度大、、溫差大5.5平板網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)造1）球面網(wǎng)殼殼2）柱面網(wǎng)殼殼5.6網(wǎng)殼殼簡簡介介曲面面網(wǎng)網(wǎng)殼殼應(yīng)應(yīng)用用1）折折板板：：由鋼鋼砼砼或或鋼鋼網(wǎng)網(wǎng)水水泥泥平平板板組組成成2）橫橫隔隔構(gòu)構(gòu)件件：：可用用橫橫隔隔板板、、橫橫隔隔梁梁、、橫橫隔隔桁桁架架3）邊邊梁梁：：當(dāng)跨跨度度較較大大時時設(shè)設(shè)邊邊梁梁，，以以減減小小折折板板傾傾角角6折板板結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)6.1折板板結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的組組成成第四四章章大大跨跨度度建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)選選型型----6折板板結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)1）折折板板類類型型①長長折折板板：：L/B>1，f≥≥(1/10～1/15)L②短折折板板：：L/B≤≤1，f≥≥1/8L2）跨度度：普通通砼砼可可達(dá)達(dá)到到21米，，預(yù)預(yù)應(yīng)應(yīng)力力砼砼可可達(dá)達(dá)到到27米3）一一般般尺尺寸寸：：B=2～3米，，f=0.5～1.2米，，板板厚厚≥≥B/40L≥≥24米，，B=1～2米，，板板厚厚25～45BLf≥≥L/406.2折板板結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的主主要要尺尺寸寸曲面面厚厚度度/曲率率半半徑徑≤≤1/20時稱稱為為薄薄殼殼建筑筑工工程程結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中常常為為1/50～1/1007薄殼殼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)7.1定義義7.2特點點1）受受力力主主要要是是面面內(nèi)內(nèi)力力（（薄薄膜膜內(nèi)內(nèi)力力））2）可可覆覆蓋蓋大大空空間間而而不不設(shè)設(shè)柱柱3）自自重重輕輕，，剛剛度度大大，，整整體體性性好好，，利利于于抗抗震震4）節(jié)節(jié)省省材材料料，，經(jīng)經(jīng)濟濟效效果果好好5）造造型型美美觀觀，，活活波波新新穎穎第四四章章大大跨跨度度建建筑筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)選選型型----7薄殼結(jié)構(gòu)構(gòu)7.3.1筒殼1）組成：：殼面、邊邊梁、橫橫隔2）幾何尺尺寸①跨度度/波長：長長殼=1.5～2.5；短殼=1～0.5②失高：f≥(1/10～1/15)跨度③殼板板厚：現(xiàn)現(xiàn)澆式≥≥50裝配式≥≥30小跨度=50～60，大跨度度≥803）邊梁形形式4）橫隔形形式7.3薄殼結(jié)構(gòu)構(gòu)型式及及構(gòu)造7.3.2球面殼1）組成：：殼面、支支承環(huán)2）幾何尺尺寸①跨度度：可達(dá)100米，多用用60米以下②失高高：f≥(1/8～1/4)跨度③殼板板厚：現(xiàn)澆式≥≥40裝配式≥≥303）支承環(huán)環(huán)：同筒殼邊邊梁7.3.3雙曲扁殼殼1）組成：：殼面、邊邊緣構(gòu)件件2）幾何尺尺寸①跨度度：經(jīng)濟跨度度30～60米②失高高：f≥(1/5～1/6)短邊長度度③殼板板厚：跨度30～60米時，板板厚50～1003）邊緣構(gòu)構(gòu)件薄腹梁拉桿拱桁架架密柱曲梁梁7.3.4雙曲拋物物面殼1）組成：：殼面、邊邊緣構(gòu)件件2）幾何尺尺寸①跨度度：單塊柱網(wǎng)網(wǎng)可達(dá)30x30米②失高高：f≥(1/5～1/8)短邊長度度③殼板板厚：跨度30～60米時，板板厚50～1003）邊緣構(gòu)構(gòu)件：桁架、密密柱邊梁梁、剛性性墻7.3.5自由曲面面殼1）自由山山丘型2）低壓薄薄膜型3）懸掛布布型1）體系構(gòu)構(gòu)成①索網(wǎng)網(wǎng)②支承承結(jié)構(gòu)2）特點①跨度度大，空空間靈活活②利用用鋼索受受拉、砼砼受壓，，自重輕輕，節(jié)省省材料③施工工方便④造型型新穎，，適用性性廣⑤由于于風(fēng)力作作用而容容易失穩(wěn)穩(wěn)3）適用范范圍用于跨度度60～150米方形、矩矩形、圓圓形、橢橢圓形平平面8懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)8.1體系特征征第四章大大跨度度建筑結(jié)結(jié)構(gòu)選型型----8懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)1）單層單單曲面索索2）雙層單單曲面索索3）輪輻式式索4）鞍形索索網(wǎng)8.2結(jié)構(gòu)型式式1）采用斜斜向牽索索將懸索索拉到基基礎(chǔ)上8.3懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)支承處處理2）設(shè)置對對稱的斜斜撐體系系平衡內(nèi)內(nèi)拉力3）設(shè)置對對稱的斜斜拱體系系平衡內(nèi)內(nèi)拉力4）設(shè)置封封閉環(huán)梁梁活馬鞍鞍形環(huán)梁梁平衡內(nèi)內(nèi)拉力5）設(shè)置豎豎拱和扁扁圓環(huán)梁梁平衡內(nèi)內(nèi)拉力6）設(shè)置橫橫向水平平桁架和和縱墻體體系平衡衡內(nèi)拉力力拱—索8.4懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)的混合合體系梁—索懸臂梁—索板—索懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂實實例柏林會堂堂代代木體體育館華盛頓杜杜勒斯機機場耶魯大學(xué)學(xué)冰球館館懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂1260004400440014400錨塊斜拉索塔柱索網(wǎng)曲線邊梁主懸索拉桿懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)屋頂懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)9其它結(jié)構(gòu)構(gòu)型式9.1薄膜結(jié)構(gòu)構(gòu)體系1）體系構(gòu)構(gòu)成①覆蓋膜面面②支撐結(jié)結(jié)構(gòu)胞體仿生→建筑結(jié)構(gòu)2）薄膜膜材料料①聚脂織織物加加聚氯氯乙烯烯涂層層：適用于于中小小跨度度的臨臨時性性建筑筑屋蓋蓋。②無機織織物加加聚四四氟乙乙烯涂涂層：：適用于于大跨跨度永永久性性建筑筑屋蓋蓋。3）結(jié)構(gòu)構(gòu)類型型①充氣薄薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)②懸掛薄薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)③骨架支支撐薄薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)9.1.1結(jié)構(gòu)體體系概概述9.1.2結(jié)構(gòu)體體系類類型1）充氣氣薄膜膜結(jié)構(gòu)構(gòu)①氣壓式式薄膜膜：膜構(gòu)成成管或或囊充氣保保持形形狀承受外外部荷荷載②氣承式式薄膜膜：薄膜構(gòu)構(gòu)成氣氣球不斷向向內(nèi)充充氣抵御外外部荷荷載維持形形態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定③混合式式薄膜膜：a氣壓式式與氣氣承式式混合合b充氣結(jié)結(jié)構(gòu)與與其他他結(jié)構(gòu)構(gòu)結(jié)合合

波士頓藝術(shù)中心劇場直徑44m圓盤形充氣屋蓋，中心高6m，雙層屋面是用拉鏈連起來的，固定在支承于柱子上的受壓鋼環(huán)上

氣壓薄膜工作原理美國密執(zhí)安州龐提亞克體育館平面尺寸220m×168m，失高15.2m，采用單層玻璃纖維薄膜結(jié)構(gòu)，膜片固定在按對角布置的鋼殼上，共18根，間距約13m是第一個永久性建筑的充氣結(jié)構(gòu)。

氣承薄膜工作原理英國千千禧帳帳篷直徑320米薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)千禧帳帳篷展展廳布布置內(nèi)內(nèi)景薄膜結(jié)結(jié)構(gòu)2）懸掛掛薄膜膜結(jié)構(gòu)構(gòu)通過桅桅桿、、邊緣緣索和和錨索索等對對膜施施加預(yù)預(yù)應(yīng)力力，使使其形形成并并保持持反向向雙曲曲面特特征，，具有有一定定剛度度，維維持結(jié)結(jié)構(gòu)形形態(tài)的的相對對穩(wěn)定定，適適合于于中小小跨度度的建建筑物物。3）骨架架支撐撐膜結(jié)結(jié)構(gòu)以桁架架、拱拱、空空間網(wǎng)網(wǎng)架等等作為為結(jié)構(gòu)構(gòu)骨架架，再再在其其上覆覆蓋膜膜材料料，并并使之之張緊緊成型型。9.1.2結(jié)構(gòu)體體系類類型索膜結(jié)結(jié)構(gòu)慕尼黑黑奧運運館索膜結(jié)結(jié)構(gòu)索膜結(jié)結(jié)構(gòu)索膜結(jié)結(jié)構(gòu)索膜結(jié)結(jié)構(gòu)索膜結(jié)結(jié)構(gòu)索膜結(jié)結(jié)構(gòu)索膜結(jié)結(jié)構(gòu)9.2結(jié)構(gòu)的的混合合體系系1）剛架架–懸索混混合丹東體育館比賽大廳屋蓋承重結(jié)構(gòu)簡圖，采用了剛架-索混合空間結(jié)構(gòu)，大廳平面尺寸為45m×80m。橫剖面縱剖面9.2結(jié)構(gòu)的的混合合體系系2）拱-網(wǎng)架混混合江西省體育館

平面呈長八邊形，東西長84.3m，南北寬74.6m。主拱矢高51m，跨度88m，正立面呈拋物線形，側(cè)立面呈人字形。大拱懸吊空間桁架，作為網(wǎng)架的支座，大跨度網(wǎng)架分成兩榀較小跨度網(wǎng)架。耶魯大學(xué)冰球館

耶魯大學(xué)冰球館

主拱跨度69.5m，矢高53.4m，承重索一端掛在索上，另端固定在周邊墻上。穩(wěn)定索錨固在桁架上。9.2結(jié)構(gòu)的的混合合體系系3）拱-索混合合9.2結(jié)構(gòu)的的混合合體系系4）懸索索-拱交叉叉索網(wǎng)網(wǎng)混合合

北京朝陽體育館索網(wǎng)懸掛在中央“索-拱結(jié)構(gòu)”和外側(cè)的邊緣構(gòu)件之間，中央索拱結(jié)構(gòu)由兩條懸索和兩個格構(gòu)式的鋼拱組成。大跨度度建筑筑屋頂頂大跨度度建筑筑屋頂頂實例例肯尼迪迪機場場利雅得得機場場羅馬小小體育育宮其他實實例薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)結(jié)構(gòu)薄殼結(jié)