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(jì)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(zhǎng)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?。簣A形平面帆拱：方形平面1.2大跨度建筑筑的發(fā)展過(guò)過(guò)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(qiáng)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(jiǎn)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(diǎn)點(diǎn)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(wú)矩結(jié)構(gòu)：通過(guò)過(guò)合理拱軸軸可使桿件件無(wú)彎矩3）拱可充充分利用用材料抗壓強(qiáng)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(diǎn)1）按受力力①三鉸鉸拱②兩鉸鉸拱③無(wú)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(jì)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(jì)計(jì)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(shí)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(shí)拱間距9～15米，采用用相距3～6米的成對(duì)對(duì)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(diǎn)點(diǎn)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(wú)鉸鉸剛架2）按斷面面①實(shí)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(shí)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(wú)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(shí)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(diǎn)鉸鉸鋼銷(xiāo)栓2）實(shí)腹剛剛架支座座①固定定支座細(xì)石砼填填實(shí)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(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)①十字鋼鋼板節(jié)點(diǎn)：：用于角鋼鋼桿件，焊焊接或螺栓栓②球節(jié)點(diǎn)：用用于鋼管桿桿件a.實(shí)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(shí)，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(diǎn)點(diǎn)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(diǎn)或多點(diǎn)點(diǎn)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?、谵D(zhuǎn)動(dòng)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(jiǎn)簡(jiǎn)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(shí)時(shí)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(lèi)類(lèi)型型①長(zhǎng)長(zhǎng)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(shí)稱(chēng)稱(chēng)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(diǎn)點(diǎn)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(jì)濟(jì)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(zhǎng)：長(zhǎng)長(zhǎng)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(jì)跨度度30～60米②失高高：f≥(1/5～1/6)短邊長(zhǎng)度度③殼板板厚：跨度30～60米時(shí)，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：?jiǎn)螇K柱網(wǎng)網(wǎng)可達(dá)30x30米②失高高：f≥(1/5～1/8)短邊長(zhǎng)度度③殼板板厚：跨度30～60米時(shí)，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(diǎn)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(duì)對(duì)稱(chēng)的斜斜撐體系系平衡內(nèi)內(nèi)拉力3）設(shè)置對(duì)對(duì)稱(chēng)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(shí)實(shí)例柏林會(huì)堂堂代代木體體育館華盛頓杜杜勒斯機(jī)機(jī)場(chǎng)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(shí)性性建筑筑屋蓋蓋。②無(wú)機(jī)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(lèi)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(lèi)類(lèi)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(chǎng)直徑44m圓盤(pán)形充氣屋蓋，中心高6m，雙層屋面是用拉鏈連起來(lái)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(guó)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(duì)角布置的鋼殼上，共18根，間距約13m是第一個(gè)永久性建筑的充氣結(jié)構(gòu)。

氣承薄膜工作原理英國(guó)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(guò)桅桅桿、、邊緣緣索和和錨索索等對(duì)對(duì)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(duì)對(duì)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(lèi)類(lèi)型索膜結(jié)結(jié)構(gòu)慕尼黑黑奧運(yùn)運(yùn)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(jiǎn)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(zhǎng)八邊形，東西長(zhǎng)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(yáng)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(gè)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(shí)例例肯尼迪迪機(jī)場(chǎng)場(chǎng)利雅得得機(jī)場(chǎng)場(chǎng)羅馬小小體育育宮其他實(shí)實(shí)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)