大跨空間結構答案

1、百度文陣-讓每個人平等地捉升口我12四、簡答題（共20分,每小題5分）1. 在進行網(wǎng)架巧點設計時，有哪些基本要求？答：牢固可靠，傳力明確簡捷：（1分） 構適簡單，制作簡單，安裝方便；（1分） 用鋼量省，適價低：（1分） 構造合理，使節(jié)點尤其是支座節(jié)點的受力狀態(tài)符合設計計算假設。（2分）2. 確定網(wǎng)架結構的網(wǎng)格尺寸時，需要考慮哪些因素？答：1）與屋而材料有關。鋼筋混凝上板尺寸不宜過大，否則安裝有困難，一般不宜超過 3m；當采用有梯體系構造方案時，網(wǎng)架一般不超過6 m。（3分2）與網(wǎng)架高度有一左比例關系。夾角過大、過小，石點構適會產(chǎn)生困難。（2分3. 當網(wǎng)架只承受恒載、活載、風載作用時，應考慮哪些

2、荷載組合？答： 永久荷載+可變荷載（1分） 永久荷載+半跨可變荷載（2分） 網(wǎng)架自重+半跨屋而板+施工荷載（2分）4. 在螺栓球節(jié)點網(wǎng)架中桿件的訃算長度L<）等于桿件幾何長度L,而在焊接球巧點網(wǎng)架中桿 件的計算長度Lo小于桿件幾何長度L,試說明理由。答：在焊接球網(wǎng)架中，焊接球通過焊縫與桿件連接，由于焊接抗彎剛度大，工作性能接近于 剛巧點，故計算長度Lo<L;（分）而在螺栓球網(wǎng)架中，螺栓球通過螺栓與桿件連接，由于 螺栓的抗彎剛度很小，工作性能接近于鐵節(jié)點。（分）5. 在進行網(wǎng)架桿件截而選擇時，需遵從哪些原則？答：（1）每個網(wǎng)架結構所選截而規(guī)格不宜過大，以方便加工與安裝，一般小跨度網(wǎng)架

3、以三 到五種為宜，大、中跨度網(wǎng)架也不宜超過10種規(guī)格。（2）桿件宜選用壁厚較薄的截而，以 使桿件在截而而積相同的條件下，能獲得較大的回轉半徑；有利于壓桿穩(wěn)泄。（3）宜選用 市場常供鋼管。（4）考慮到桿件材料負公差的影響，宜留有適當?shù)挠嗟亍?. 用有限單元法對網(wǎng)架進行分析時，采用了哪些基本假設？答：假定節(jié)點為鐵節(jié)點，每個卩點有三個自由度，忽略節(jié)點剛度的影響；荷載作用在網(wǎng) 架盯點上，桿件只承受軸力；材料在彈性階段工作，符介胡克左律：假定網(wǎng)架的變形很 小，由此產(chǎn)生的影響予以忽略。7. 屋而排水坡度的做法共有幾種方式？這幾種方式有何特點？答：（1）上弦節(jié)點上加小立柱找坡：當小立柱較髙時，應注意小立柱自

4、身的穩(wěn)定性，此法 構適比較簡單。（2）網(wǎng)架變高度：當網(wǎng)架跨度較大時，會造成受壓腹桿太長的缺點。（3） 支承柱變高：采用點支撐的網(wǎng)架可用此法找坡。（4）整個網(wǎng)架起拱：一般用于大跨度網(wǎng)架。 網(wǎng)架起拱后，桿件、節(jié)點的規(guī)格明顯增多，使網(wǎng)架的設計、制造、安裝復雜化。8. 焊接球節(jié)點有哪些優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：構造和制造均較簡單，球體外型美觀、具有萬向性，可以連接任意方向的桿件。 缺點：用鋼量較大，肖點用鋼量占網(wǎng)架總用鋼雖的20%25%:沖壓焊接費工，焊接質量要 求高，現(xiàn)場仰焊、立焊占很大比重；桿件下料長度要求準確：當焊接工藝不當適成焊接變形 過大后難于處理。9. 空間結構與平而結構有何不同？答：平而結構,荷

5、載作用方向平行于結構中而并沿結構中而方向均勻分布,或不同平而的結構 單一在各向平而內的平行荷載作用下相互間的合作效應沒有影響或影響很小?？臻g結構，具 有不宜分解為平而結構體系的三維形體,具有三維受力特性,在荷載作用下呈空間工作的結構。IO空間結構有哪幾種基本類型？各類基本類型有哪些主要形式？答：（1）實體結構（薄殼、折板、平板）。（2）網(wǎng)格結構（網(wǎng)架、網(wǎng)殼、立體桁架）。（3）張力結構（懸索、薄膜）0 <4）混合結構（張弦梁（桁架）、斜拉網(wǎng)架（網(wǎng)殼）、索承網(wǎng) 殼）11何為實體結構、網(wǎng)格結構、弦力結構、混合結構？答：實體結構：用鋼筋混凝上材料建造，內部無空洞或空洞率很小的結構，特點以薄膜 壓

6、力為主，能充分發(fā)揮混凝上強度：折板抗彎剛度大，可作為受彎和壓彎構件；既是承 重結構，又是維護結構：曲面殼體模板復雜，耗工、耗材、耗時。網(wǎng)格結構：由標準化的 剛構件和加大組成，并按一定規(guī)律相連而成的高次超靜定空間網(wǎng)狀結構。張力結構：通過對 索或膜施加預張力以后形成的結構。混合結構：幾種以上某兩種或幾種結構的優(yōu)點組合而成 的結構。12.網(wǎng)格結構有哪些常用節(jié)點？答：焊接或螺接鋼板為點、焊接空心球肯點、螺栓球肖點、相貫Vf點、鑄鋼肖點、我國自行 研制的嵌入式轂節(jié)點。13確定網(wǎng)架結構的高度時，需要考慮哪些因素？答： 與屋而材料有關。鋼筋混凝丄板尺寸不宜過大，否則安裝有困難，一般不宜超過3m： 當采用有橡

7、體系構造方案時，網(wǎng)架一般不超過6 m。（3分） 與網(wǎng)架高度有一左比例關系。夾角過大、過小，節(jié)點構造會產(chǎn)生困難。（2分）14. 圓管截面具有哪些力學特點？答：回轉半徑大、截面特性無方向性、抗壓承載能力高。分為高頻電焊鋼管和無縫鋼管。15. 加襯環(huán)肋的焊接空心球是如何制作的？答：焊接空心球肖點由兩塊圓鋼板經(jīng)加熱，壓成兩個半圓球，然后相對焊接而成。當球徑等 于或大于30OmIn時，桿件內力較大時，可在球內加襯環(huán)肋，此肋應與兩個半球焊牢，這樣 可提髙承載力。16. 網(wǎng)架屋而排水坡可以采用幾種方法形成？各種方法有何特點？答：可采用以下四種方法：1）整個網(wǎng)架起坡：網(wǎng)架上下眩桿仍保持平行，將整個網(wǎng)架在跨中抬

8、高，但起拱髙度過髙會 改變網(wǎng)架內力分布。2）網(wǎng)架變高度：可W省找坡小立柱的用鋼呈，還可降低弦桿內力穌值，使網(wǎng)架內力趨于均 勻，但使桿件種類增多。3）上弦石點上加小立柱找坡：改變小立柱髙度可形成多種復雜的排水屋而，構造簡單。若 小立柱較高，應驗算其自身穩(wěn)定性，必要時采取加固措施。4）網(wǎng)架變高度和加小立柱相結合：可降低小立柱髙度，增加其穩(wěn)左性，并使網(wǎng)架髙度變化不大。17. 用于網(wǎng)架桿件的鋼管，在截而而積不變的情況下,壁厚宜選薄還是宜選厚？試說明理由。答：截而而積不變的情況下，壁厚宜選薄，這樣可使鋼管直徑較大，能獲得較大的回轉半徑， 有利于壓桿穩(wěn)泄。18. 在焊接球網(wǎng)架結構中，支座腹桿的計算長度為其

9、幾何長度的，而其它腹桿的計算長度為 其幾何長度的倍？試說明理由。答：支座腹桿一般要比英他腹桿粗，此時其桿件兩端約束比其他腹桿的弱，故支座腹桿的計 算長度要大于其他腹桿。19. 網(wǎng)架計算時采用了哪些假定？答：假左Yj點為狡節(jié)點，忽略盯點剛度的影響，桿件只承受軸力（2分）：假定網(wǎng)架的 變形很小，可以采用小撓度理論進行il算（分）：假建網(wǎng)架的桿件材料為彈性材料，可以 采用彈性方法進行分析（分。20. 在確左網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸應注意哪些問題？答：確立網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸時，應注意以下問題： 注意網(wǎng)格尺寸應與屋而材料相適應。當屋而為鋼筋混凝上重屋而時,一般不超過3m；當屋面為有梯體系的輕型屋而時，一般不大于6m&

10、#176; （分） 注意網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架高度的關系。斜腹桿與弦桿的夾角應為45° 55°較好，避免肖 點構造發(fā)生困難。（分）21. 平而結構和空間結構有何區(qū)別？答：平面結構：荷載作用方向平行于結構中而并沿結構的中面法方向均勻分布，或不同平而的結構單元在各自平面內的平行荷載作用下，相互間的荷載效應沒有影響或影響很小。（分）空間結構：具有不宜分解為平面結構體系的三維形體，具有三維受力特性，在荷載作用下呈空間工作的結構。（分）22. 網(wǎng)架變髙度找坡與整個網(wǎng)架起拱找坡相比，有何優(yōu)缺點？答：整個網(wǎng)架起拱找坡的優(yōu)缺點如下：（分） 坡度過高會改變網(wǎng)架內力分布，應按網(wǎng)架實際尺寸進行內力分析：

11、 網(wǎng)架的桿件尺寸變化少，IT點構造趨于一致。改變網(wǎng)架髙度找坡的優(yōu)缺點如下：（分） 跨中增髙，減小弦桿內力，整體內力分布趨于均勻，弦桿級差較??； 桿件長度變化較多，特別是跨中斜腹桿，會因夾角過小而導致點構適復雜。23. 為何實腹鋼梁的經(jīng)濟性不如桁架？（4分）答：實腹梁屬于受彎構件，截而的正應力沿截而高度呈三角形變化，上下翼緣正應力絕對 值最大，中和軸附近的正應力較?。航囟募魬ρ伢{度呈拋物線分布，中和軸附近剪應力 較大，而靠近翼緣附近的剪應力較小。以簡支梁為例，在梁的跨中，剪應力很小，中和軸附 近的材料沒有充分發(fā)揮：在梁的兩端，剪應力較大，正應力較小，上下翼緣的材料沒有充分 發(fā)揮。即使兩端固定

12、梁，盡管靠近兩端的材料能較好的發(fā)揮，但靠近跨中相當大的區(qū)域內， 材料利用率是比較差的（2分。桁架的桿件以承受軸力為主，桿件截而的材料能得到充分的發(fā)揮，可以根據(jù)軸力的大 小選擇不同的桿件和根據(jù)軸力的方向按長桿受拉短桿受壓得原則布宜桿件。盡管實腹梁也可 以根據(jù)彎矩的變化相應地改變截面，但構造上不如桁架方便（2分）。24. 當結構跨度較大時，為何平面結構的受力性能、經(jīng)濟指標不如空間結構？ （8分）答：平而結構以單向傳力為主，僅承受作用在苴平面內的荷載和作用；而空間結構以空 間傳力為主，可以承受任意方向的荷載和作用，特別是地虎作用，故英抗態(tài)性優(yōu)于平而結構（2 分）： 平而結構需要設置支撐以保證其平而外

13、的穩(wěn)宦，通常情況下平面外的計算長度大平 而內的計算長度；而空間結構不需設置支撐，英桿件互為支撐，空間剛度大，平而內外的il 算長度相等，整體性優(yōu)于平而結構（2分）： 平而結構的形體比較單一，而空間結構的形體卻很豐富，可根據(jù)實際需要選擇合理 的形體，得到受力更優(yōu)越的結構（2分）： 空間結構的桿件數(shù)呈雖比平而結構多，但由于它良好空間傳力性能使得構件的截而 較小、整體剛度大，當跨度比較大時，空間結構的自重小于平而結構，經(jīng)濟性更好（2分）。25. 選擇網(wǎng)架桿件時，應注意那些問題？（8分）答：滿足容許長細比的要求（1分）： 滿足承載能力的要求，即桿件的強度和穩(wěn)定滿足要求（1分； 滿足最小截而規(guī)格的要求（

14、1分）： 規(guī)格不宜過多（1分）： 宜選用壁薄的截面（1分）： 宜選用市場常供鋼管（1分）； 設汁訃算時的控制應力應考慮鋼管負公差的影響（1分）： 避免最大截而和最小截面會交于一點的情況（1分）。26. 桿件選用圓管比其它截而形式的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在那些方面？ （4分）答：截而回轉半徑大，在計算長度不變的情況下，可獲得更大的穩(wěn)立系數(shù)，抗壓承載能力 高（2分）；截而無方向性，任意方向的力學性能和幾何特性都是一樣的，特別適合球右點連接, 構造簡單，應用廣泛（2分）。27. 空間結構的合理性主要表現(xiàn)在那些方面？（5分）答：合理的結構形體可以充分發(fā)揮材料的潛能。（1分）合理的結構形態(tài)具有良好的受力性能。（

15、1分）結構的空間大，剛度大，重量輕，經(jīng)濟合理。（2分）結構形式豐富，生動活潑，具有豐富的藝術表現(xiàn)力。（1分）2&在目前大跨度屋蓋結構中，為何網(wǎng)格結構比實體結構應用更為廣泛？試說明理由。（10 分）答：網(wǎng)格結構由許多形狀和尺寸都標準化的桿件與肖點體系組成,一般采用型鋼或鋼管材料, 按一左規(guī)律連接形成空間網(wǎng)狀結構，網(wǎng)格結構在空間交與桿Yj點，形成復雜的空間髙次超靜 定結構，具有相當大的剛度，整體性強，能適應不同方向，不同性質的荷載，而且空間網(wǎng)格 結構桿件主要受軸力，容易最大限度發(fā)揮材料性能，自重輕（5分。實體結構一般采用鋼筋混凝上，自重大，對下部支承結構及基礎不利：施工時需要大量 的腳手架

16、和模板，廢工廢材，且高空作業(yè)有較大的難度。（5分）29. 舉例說明工程中那些結構必須采用空間分析方法,那些結構可以采用平面分析方法？（10 分）答：任何一個結構都是空間結構，都能承受來自不同方向的力的作用，結構中的每個構件都 與不同平而內的其他桿件相聯(lián)系，但有時結構被簡化成平而結構進行分析，簡化成平而結構 分析是有條件的，比如框架結構，剪力墻結構，框剪結構，排架結構，桁架結構等都是建立 在平面假的的基礎上分析的（5分）。平而結構是假的結構只在一個方向平而內有剛度并受 力，而空間結構必須考慮兩個方向的變形和受力。當規(guī)則布宜而且能沽楚的分岀抗側單元的 結構中這些單元在平面內剛度較大，出平而則剛度較

17、小，相互之間的聯(lián)系和約束又較小，可 以簡化為平面結構（5分）。30. 焊接球和螺栓球相比，各有何優(yōu)缺點？ （5分）答：焊接球的特點是：構造和制作簡單，球體外形美觀，具有萬向性，可以連接任意方向的 桿件。缺點是由于球Yj點由厚鋼板制作,所以在鋼板交接處應力集中明顯,球體受力不均勻， 鋼管與球體正交連接，焊縫長度等于鋼管周長，要求焊縫與鋼管等強，所以對焊接要求髙（2 分）。螺栓連接的優(yōu)點是：制作精度由廠家控制，現(xiàn)場裝配，施工速度快，制作費用高，但是 安裝費用低，便于拆卸。缺點是組成i'j點的零件多，增加制作成本，安裝時是否擰緊也難以 控制，還要進行密封盒防銹處理（3分）。31、網(wǎng)架起拱的目

18、的是什么？當要求起拱時，撓度是如何要求的？答：網(wǎng)架起拱主要是為了消除人們在視覺或心理上對建成的網(wǎng)架具有下垂的感覺。當要求起 拱時，拱度可取小于或等于網(wǎng)架短向跨度的1： 300。網(wǎng)架用作屋蓋時不得超過網(wǎng)架短向跨 度的1： 250o當網(wǎng)架用作樓層時參考混凝上結構設計規(guī)范，容許撓度取網(wǎng)架跨度的1： 300。32、為何螺栓球網(wǎng)架在實際工程中的應用比英它網(wǎng)架更廣泛？答：螺栓球肖點對空間匯交的圓鋼管桿件適應性強，桿件連接不會產(chǎn)生偏心，沒有現(xiàn)場焊接 作業(yè)，運輸、安裝方便。并且螺栓球節(jié)點小，重疑輕，肖點用鋼量約占網(wǎng)架用鋼量的10%, 可用于任何形式的網(wǎng)架。這種肖點的網(wǎng)架安裝極為方便，可拆卸，安裝質量易得到保證

19、，可 以根據(jù)具體情況采用散裝，分條拼裝和整體拼裝等安裝方法，所以栓球網(wǎng)架在實際工程中的 應用比其它網(wǎng)架更廣泛。33、請畫岀下列網(wǎng)架的剖而圖，并說明理由。（注：考慮找坡，坡度5%）1IJJ3O一 .<0五、計算題(共20分,每小題10分)1. 有一受拉空心球,直徑D為350mm,厚度t為12mm,連接于該球上的鋼管直徑d為140mm, 若該鋼管的軸拉力為480kN,若該球不考慮加肋，試問其承載能力是否滿足要求。提示：受拉空心球的容許承載能力為他=0.55超， = 193.5Nm"22. 有一受壓空心球,直徑D為35Omm,厚度t為12mm,連接于該球上的鋼管直徑d為14Omm,

20、若該鋼管的軸壓力為800kN,若該球不考慮加肋，試問其承載能力是否滿足要求。提示：受壓空心球的容許承載能力為Nc = (33t1d11D)解：VJ=1.O×(4OO×12×14O-13.3×122×14O235O)= 564.7 × IO3N=564.7RN < 80OkN故該空心球的承載能力不滿足要求。3. 有一用45號鋼做成的高強螺栓，直徑為30mm,有效截而為，抗拉強度設計值為245N 承受30OkN的拉力，試問其承載能力是否滿足要求。解：N/ = Allfth = 0.93 X 245 X 561 = 127.8 X10

21、' N = I 27&N < 30OkN故不滿足要求。4. 有一加肋空心球，直徑為40Omm,壁厚為16rn,連接于該球上的鋼管直徑為18Omm,壁 厚為12mm,若該鋼管的軸壓力為900kN,試問該空心球承載能力是否滿足要求？若取消肋后, 其承載能力是否滿足要求解：受壓空心球節(jié)點的承載力按下式進行計算NS Z(4(W -13.3曲2 /Q)加肋空心球的受壓承載力為：1.4 × (400 ×16×180-13.3×162×I802/400) = 1226.70PN >Nc = 90OjwV ,滿足無加肋空心球的受壓承

22、載力為：1.0 × (400 ×16×180-13.3×162×1802/400) = 876.2RN <Ne = 90OkN ,不滿足5、有一跨度為36×36m的正交斜放網(wǎng)架結構，支承在600×600鋼筋混凝丄柱上，柱髙為 6m,支承平面弦桿截而的算術平均值為50cm：,支座節(jié)點構造使該網(wǎng)架沿邊界法向不能發(fā)生 相對位移，當溫度變化值為20°C時，試計算柱頂?shù)乃搅?。提示?、混凝上、鋼材的彈性模量分別為× 10,Nmm × IO5NZmm2;2、鋼材的線膨脹系數(shù)、強度設汁值分別為

23、5;10'(0C) 215 NZmm2O解：柱子的水平剛度：“ 3E丄 3×3×104×6412 ZICnnAKe = 一 =:= 4500/V / mmH：6000柱頂水平力可按下式汁算：廠G/厶F= F1EA,n Ke對本題來說：厶= 36000?， = 2將各項具體數(shù)據(jù)代入可得柱頂水平力：= 18.42 W1.2 XIO"5 X 20x3600036000P×2.06×105×50×100 45006. 有兩個用45號鋼做成的髙強螺栓，直徑為分36mm、24mm,有效截而分別為817mm 353 %抗

24、拉強度設計值均為365 NW,承受的拉力280kN. 120kN,試問這兩個髙強螺栓的承 載能力是否滿足要求。解：髙強螺栓的抗拉設計承載力按下式計算：W = IfIh直徑為36mm的髙強螺栓的承載能力為：N= 0.93X 817 X 365 = 277.33RNV 28OkN ,不滿足要求直徑為2 Imm的髙強螺栓的承載能力為：J = 1.0×353×365 = 12&洙N > 120RN ,滿足要求7. 有一空心球上連接一根089x4.0和一根0114x4,兩根鋼管的夾角為60° ,間隙為 15mm,第一根鋼管的拉力為200kN,第二根鋼管的壓力為

25、280 kN,按構造要求、承載能力 要求、經(jīng)濟原則確定焊接球的規(guī)格。提示：1、受壓空心容許承載能力驗算公式為N7t(400r-13.3rJ2D)2、受拉空心容許承載能力驗算公式為VzO.557frJ3、空心球的直徑與厚度之比為3045,球徑取50的倍數(shù)，厚度取2的倍數(shù)4、所有材料均為Q235B,屈服強度為 = 193.5N/勸$解：1、按構造要求確定空心球的規(guī)格D = (dl+ 2" + 2 )/& =刈+IM："、= 223mm ,取 D = 25OnmlTT/32、按經(jīng)濟原則，取空心球的厚度250 一 I Zt = 5.6InnI, IiA I = 6mn453

26、、空心球的受壓承載力為:1.0x(400 ×6× 114-13.3×62 X1142/250)= 248.7× IO3TV = 248.7Ar<280rV不滿足要求，將壁厚取為/ = Smm1.0×(400 ×8×114-13.3×82 ×1142250)=320.6×103 = 320.6>280ArV滿足要求4、空心球的受拉承載力為：0.55×8×89×34X193.5 = 331.6x 10N = 331.6kN> 200kN,滿足要求8. 有一對邊支承于鋼筋混凝土懸