水平結(jié)構(gòu)體系,單層剛架體系,膜結(jié)構(gòu)體系

1、第七章：第七章：水平結(jié)構(gòu)體系的其他類型水平結(jié)構(gòu)體系的其他類型7.1 混合空間結(jié)構(gòu)7.2 斜拉混合結(jié)構(gòu)7.3 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層7.4 懸挑結(jié)構(gòu)7.1 混合空間結(jié)構(gòu)混合空間結(jié)構(gòu)混合空間結(jié)構(gòu)是由鋼架、桁架、拱、殼體、網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索等結(jié)構(gòu)中的單元進(jìn)行組合而成的一種新的結(jié)構(gòu)體系。7.1.2 混合空間結(jié)構(gòu)的組成原則（1）滿足建筑功能的要求，以獨(dú)特而壯美的造型改善城市環(huán)境，滿足人們精神文化需要（2）結(jié)構(gòu)剛?cè)嵯酀?jì)、受力合理，有利于發(fā)揮每種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。（3）結(jié)構(gòu)技術(shù)先進(jìn)，節(jié)省材料，材料強(qiáng)度充分利用，做到才盡其用（4）具有良好的整體穩(wěn)定性，并且施工易實(shí)現(xiàn)（5）是建筑藝術(shù)與結(jié)構(gòu)技術(shù)完美協(xié)調(diào)，并具有較好的經(jīng)濟(jì)效果綜合效益

2、。7.1.3 混合空間結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例7.1.4 混合空間結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 綜合利用各種不同結(jié)構(gòu)在受力性能、建筑造型、綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面的優(yōu)勢(shì)。 巨型骨架結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索等屋蓋結(jié)構(gòu)的支座，可有效減小屋蓋的跨度，提高屋蓋結(jié)構(gòu)的剛度，從而降低材料的用量和工程造價(jià)。 鋼架、拱及懸索或斜拉索的支塔結(jié)構(gòu)具有巨大的外形尺寸，截面形式常為箱形、工字形、槽形等，并常采用勁性鋼筋配筋或采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，可有效地保證巨型骨架結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力。 建筑造型活潑明快、易于變化，可以適應(yīng)多種邊界條件。7.2 斜拉混合結(jié)構(gòu)斜拉混合結(jié)構(gòu)斜拉索最早應(yīng)用在斜拉橋的設(shè)計(jì)中，以高強(qiáng)鋼絲、鋼絞線為主要承重結(jié)構(gòu)，借助于斜拉索將橋體結(jié)構(gòu)

3、的荷載傳遞到橋塔上，再由橋塔將荷載傳遞到基礎(chǔ)。7.2.2 斜拉索的布置7.2.3 斜拉混合結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例7.3 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層可以看作是上部結(jié)構(gòu)的“基礎(chǔ)”，它具有很大的承載力和剛度，跨越較大的跨度。轉(zhuǎn)換層屬于水平結(jié)構(gòu)，用來改變下方樓層柱網(wǎng)的布置，或過渡上下層剪力墻的布置，以獲得特別的樓層柱網(wǎng)創(chuàng)造大空間并將上部荷載傳遞到下面較少的結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，一般可以利用整個(gè)層高作為構(gòu)件高度。7.3.1 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的主要特點(diǎn) “雞腿柱”式的建筑物在荷載作用下，大梁與支撐柱的連接處應(yīng)力高度集中，受力復(fù)雜，容易破壞，需要特殊的構(gòu)造處理。 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層需要承受上部若干層傳下來的巨大集中荷載（或是懸掛在下部

4、多層的重力），致使轉(zhuǎn)換層內(nèi)力很大，所以豎向荷載成為轉(zhuǎn)換層設(shè)計(jì)的主要控制因素。 結(jié)構(gòu)層的跨度很大，通產(chǎn)幾倍于其上部梁的跨度，所以轉(zhuǎn)換層的撓度需要嚴(yán)格控制。 為保證轉(zhuǎn)換層具有足夠的剛度和強(qiáng)度，不可避免的導(dǎo)致轉(zhuǎn)換層尺度很大，浪費(fèi)了一定的建筑空間，且其自重大、材料耗費(fèi)多、造價(jià)昂貴，并隨跨度的增大而增大。 連續(xù)施工強(qiáng)度大、施工過程復(fù)雜，技術(shù)要求高。7.3.2 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的設(shè)置原則1. 底層要求大空間(1)轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)跨越底層建筑平面兩端，將上部荷載集中于數(shù)個(gè)支承點(diǎn)處，也稱橋式結(jié)構(gòu)。(2)轉(zhuǎn)換層中部支承于一個(gè)強(qiáng)勁的簡體上，四面向外懸挑。如下2.任意層上要求敞開空間或改變柱網(wǎng)可以在所有層中都布置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，一

5、處或多處，主要應(yīng)視建筑功能和結(jié)構(gòu)傳力的需要而定。它們可以分段布置，從而形成大框架套小框架的結(jié)構(gòu)形式，也可采用間隔布置或托掛相兼的布置方式。如下圖。7.3.4 轉(zhuǎn)換層的類型及工程實(shí)例1.按照結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換功能分類，轉(zhuǎn)換層可分為三種類型。轉(zhuǎn)換層主要能實(shí)現(xiàn)如下圖的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換（1）上部和下部結(jié)構(gòu)類型轉(zhuǎn)換（2）上、下部的柱網(wǎng)、軸線改變（3）同時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)類型和改變結(jié)構(gòu)軸線布置2.按照轉(zhuǎn)換構(gòu)件的平面位置分類（1）內(nèi)部形成大空間的轉(zhuǎn)換層1.梁式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)2.厚板式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)3.箱形轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)4.桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)5.空腹桁架式轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)（2）外部形成大入口的轉(zhuǎn)換層當(dāng)采用外框筒時(shí)，外筒柱距往往在3.0m以內(nèi)，無法提供建筑物的較大入

6、口，因此必須在底層通過轉(zhuǎn)換層改變柱距以形成大入口。7.4 懸挑結(jié)構(gòu)懸挑結(jié)構(gòu)7.4.1 懸挑結(jié)構(gòu)的概念及適用范圍懸挑結(jié)構(gòu)是指將梁、板、桁架等構(gòu)件從其支座處向外作遠(yuǎn)距離延伸，構(gòu)成無視線阻隔的空間結(jié)構(gòu)形式。其優(yōu)點(diǎn)是建筑懸挑部分的下部沒有承重的墻或梁、柱，視野開闊，空間開放，布置靈活，常用作建筑的挑檐、雨篷、住宅的陽臺(tái)、平臺(tái)、露臺(tái)等等。7.4.2 懸挑結(jié)構(gòu)的形式懸挑結(jié)構(gòu)可以采用混凝土結(jié)構(gòu)，也可以采用鋼結(jié)構(gòu)。早期的懸挑結(jié)構(gòu)較多采用混凝土結(jié)構(gòu)，若采用鋼筋混凝土屋面板，則懸挑跨度一般僅數(shù)米至十余米，若采用壓型鋼板等輕型屋蓋，則懸挑跨度可達(dá)二三十米。懸挑結(jié)構(gòu)的造型可以借助于各種結(jié)構(gòu)類型來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)懸挑跨度在1.

7、5m以內(nèi)時(shí)，通常采用梁板結(jié)構(gòu)；當(dāng)懸挑跨度大于1.5m時(shí)，可以采用桁架、網(wǎng)架、薄殼等結(jié)構(gòu)類型；當(dāng)懸挑跨度更大時(shí)，可以再懸臂端增設(shè)拉索，以減輕結(jié)構(gòu)自重，減小截面厚度。7.4.3 懸挑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)1.在相同荷載，相同跨度下，懸挑結(jié)構(gòu)比非懸挑結(jié)構(gòu)要承受更大的應(yīng)力（由彎矩和剪力產(chǎn)生）和更大的應(yīng)變（由彎曲變形產(chǎn)生）2.懸挑結(jié)構(gòu)存在著傾覆的可能，還必須對(duì)懸挑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗傾覆的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。7.4.4 懸挑結(jié)構(gòu)的抗傾覆平衡懸挑結(jié)構(gòu)的固定端有較大的傾覆力矩。懸挑結(jié)構(gòu)的抗傾覆安全系數(shù)應(yīng)當(dāng)大于1.5。即懸挑結(jié)構(gòu)傾覆力矩的平衡方式。7.4.5 懸挑結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例第八章第八章 單層剛架結(jié)構(gòu)單層剛架結(jié)構(gòu)8.1 單層剛架結(jié)構(gòu)

8、的受力特點(diǎn)8.2 單層剛架結(jié)構(gòu)的類型8.3 單層剛架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與布置8.4 單層剛架結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例8.1 單層剛架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)單層剛架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)8.1.1 約束條件對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響8.1.2 梁柱線剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響8.1.3 剛架高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響8.1.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響8.1.5 溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響8.1.6 支座移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響單層單跨剛架的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，按構(gòu)件的布置和支座約束條件可分為無鉸剛架、兩鉸鋼架、三鉸剛架三種。鋼架結(jié)構(gòu)的受力優(yōu)于排架結(jié)構(gòu)，因剛架梁柱節(jié)點(diǎn)處為剛接，在豎向荷載作用下，由于柱對(duì)梁的約束作用而減小梁跨中的彎矩和撓度。在水平荷載作用下，

9、由于梁對(duì)柱子的約束作用減少了柱內(nèi)的彎矩和側(cè)向變位，如下圖。因此，剛架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都大于排架結(jié)構(gòu)。8.1.1 約束條件對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響8.1.2 梁柱線剛度比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響剛架結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的內(nèi)力分布不僅與約束條件有關(guān)，而且還與梁、柱線剛度比有關(guān)。以無鉸門式剛架為例，對(duì)不同梁、柱線剛度比的剛架在豎向荷載和水平荷載作用下的彎矩分布進(jìn)行了分析。8.1.3 剛架高跨比對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響門式剛架的高度與跨度之比，決定了剛架的基本形式，也直接影響結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。設(shè)想有一條懸索在豎向均布荷載作用下，在平衡狀態(tài)時(shí)，將形成一條懸垂線即所謂的索線，這時(shí)懸索內(nèi)僅有拉力。將索上下倒置，即成為拱的作用，索內(nèi)

10、的拉力也變成為拱的壓力這條倒置的索線即為推力線。8.1.4 結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響在兩鉸剛架結(jié)構(gòu)中，為了減少橫梁內(nèi)部的彎矩，除可在支座鉸處設(shè)置水平拉桿外，還可把縱向外墻掛在剛架柱的外肢處，利用墻身產(chǎn)生的力矩對(duì)剛架橫梁起卸荷作用，如同a所示。也可把鉸支座設(shè)在柱軸線內(nèi)側(cè)，利用支座反力對(duì)柱軸線的偏心矩對(duì)剛架橫梁產(chǎn)生負(fù)彎矩，如圖b所示。以減少剛架橫梁的跨中彎矩并從而減小橫梁高度。8.1.5 溫度變化對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響 溫度變化對(duì)靜定結(jié)構(gòu)沒有影響，但在朝靜定結(jié)構(gòu)中將產(chǎn)生內(nèi)力。內(nèi)力的大小與結(jié)構(gòu)的剛度有關(guān)，剛度越大，內(nèi)力越大。產(chǎn)生結(jié)構(gòu)內(nèi)力的溫差主要有室內(nèi)外溫差和季節(jié)溫差。對(duì)于有空調(diào)的建筑物，室內(nèi)溫度t1，室

11、外溫度為t2，則室內(nèi)、外溫差為t=t2-t1，將使桿件兩側(cè)產(chǎn)生不同的熱漲冷縮，從而產(chǎn)生內(nèi)力。季節(jié)溫差則是指剛架在施工時(shí)溫度與使用時(shí)的溫度之差。設(shè)結(jié)構(gòu)在混凝土初凝時(shí)的溫度為t1，在使用時(shí)的溫度為t2，則在溫度差t=t2-t1作用下，也將結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形內(nèi)力。8.1.6 支座移動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響當(dāng)產(chǎn)生支座位移時(shí)，門式剛架的變形及彎矩如圖所示8.2 單層剛架結(jié)構(gòu)的類型單層剛架結(jié)構(gòu)的類型8.2.1 膠合木剛架結(jié)構(gòu)8.2.2 鋼剛架結(jié)構(gòu)8.2.3 鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)8.2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土剛架結(jié)構(gòu)8.1.2 膠合木剛架結(jié)構(gòu)從施工技術(shù)看，膠合木結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點(diǎn)，它不受原木尺寸的限制，可用短薄的板材拼接成任意合理

12、截面形式的構(gòu)件，可剔除木節(jié)等缺陷以提高強(qiáng)度；具有良好的防腐和耐燃性能；并可提高生產(chǎn)效率。 膠合木桁架可以充分利用上述優(yōu)點(diǎn)，由于彎矩的變化可制成邊截面形狀，從而大大節(jié)約木材。膠合木桁架還具有構(gòu)造簡單、造型美觀且便于運(yùn)輸、加工、安裝等優(yōu)點(diǎn)。8.2.2 鋼剛架結(jié)構(gòu)鋼剛架結(jié)構(gòu)可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種。實(shí)腹式剛架適用于跨度不大的結(jié)構(gòu)，常做成兩鉸式結(jié)構(gòu)。它結(jié)構(gòu)外露，外形可以做得比較美觀，制造和安裝也比較方便。實(shí)腹式的材料一般用型鋼制作，可減少焊接工作量，并能節(jié)省材料。當(dāng)為兩鉸或三鉸剛架時(shí)，構(gòu)件應(yīng)為變截面，一般按彎矩圖的變化來改變截面的高度。一、實(shí)腹式鋼剛架結(jié)構(gòu)實(shí)腹式剛架的橫梁高度一般可取跨度的1/121/

13、20，當(dāng)跨度大時(shí)，梁高顯然太大，為充分發(fā)揮材料作用，可在支座水平內(nèi)設(shè)置拉桿，并施加預(yù)應(yīng)力對(duì)剛架橫梁產(chǎn)生卸荷力矩及反拱，如圖所示。這時(shí)橫梁高度可取寬度的1/301/40，并由拉桿承擔(dān)了剛架支座處的橫向推力，對(duì)支座和基礎(chǔ)都有利。在剛架結(jié)構(gòu)的梁柱連接轉(zhuǎn)角處，由于彎矩較大，且應(yīng)力集中，材料處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)特別注意受壓翼緣的平面外穩(wěn)定和腹板的局部穩(wěn)定。一般可做成圓弧過濾并設(shè)置必要的加勁肋，如圖所示。二、格構(gòu)式鋼剛架結(jié)構(gòu) 格構(gòu)式剛架結(jié)構(gòu)的適用范圍較大，且具有剛度大、省鋼材等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)跨度較小時(shí)可采用三鉸式結(jié)構(gòu)，當(dāng)跨度較大時(shí)可采用兩鉸式或無鉸式結(jié)構(gòu)， 格構(gòu)式剛架的梁高可取跨度的1/151/20，為了節(jié)省材

14、料，增加剛度，減輕基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，也可施加預(yù)應(yīng)力，以調(diào)整結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力拉桿可布置在支座鉸的平面上，也可布置在剛架橫梁內(nèi)而僅對(duì)橫梁施加預(yù)應(yīng)力，也可對(duì)整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，如圖所示。8.2.3 鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土剛架一般適用于寬度不超過18m、檐高不超過10m，并且吊車起重量不超過100kN的建筑中。構(gòu)件的截面形式一般為矩形，也可采用工字形。剛架構(gòu)件的截面尺寸可根據(jù)結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的彎矩圖的大小而改變，一般是截面寬度不變而高度呈線性變化。對(duì)于兩鉸或三鉸剛架，立柱上大下小，為楔形構(gòu)件，橫梁為直線變截面，如圖所示。在構(gòu)件轉(zhuǎn)角處，由于彎矩較大，且應(yīng)力集中，可采用加腋的形式（圖a），也可適

15、當(dāng)?shù)赜脠A弧過渡（圖b）。為了減少材料用量，減輕結(jié)構(gòu)自重，也可采用空腹剛架?？崭箘偧苡袃煞N形式，一種是把構(gòu)件做成空心截面，如圖a所示；另一種是在桿件上留洞，如圖b所示。8.2.4 預(yù)應(yīng)力混凝土剛架結(jié)構(gòu) 為了提高結(jié)構(gòu)剛度、減少桿件截面，可采用預(yù)應(yīng)力混凝土剛架。為適應(yīng)結(jié)構(gòu)中彎矩圖的變化，預(yù)應(yīng)力鋼筋一般為曲線形布置，采用后張法施工。預(yù)應(yīng)力鋼筋的位置，應(yīng)根據(jù)豎向荷載作用下剛架的彎矩圖布置在構(gòu)件的受力部位。對(duì)于常見的單跨或多跨預(yù)應(yīng)力混凝土門式剛架，預(yù)應(yīng)力鋼筋可分段交叉布置，也可連續(xù)折線狀布置，如圖所示。8.3 單層剛架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與布置單層剛架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造與布置8.3.1 單層剛架結(jié)構(gòu)的外形8.3.2 單層剛

16、架結(jié)構(gòu)的布置8.3.3 剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造8.3.4 剛架結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)8.3.1 單層剛架結(jié)構(gòu)的外形單層剛架結(jié)構(gòu)可為平頂、坡頂或拱頂，可以為單跨或多跨連續(xù)。它可以根據(jù)通風(fēng)、采光的需要設(shè)置天窗、通風(fēng)屋脊的采光帶。剛架橫梁的坡度主要有屋面材料及排水要求確定。對(duì)于常見中小跨度的雙坡門式剛架，其屋面材料一般多用石棉水泥波形瓦、瓦楞鐵及其他輕型瓦材，通常用的屋面坡度為1/3。8.3.2 單層剛架結(jié)構(gòu)的布置單層剛架結(jié)構(gòu)的布置是十分靈活的，它可以是平行布置，輻射狀布置或以其他的方式排列，形成風(fēng)格多變的建筑造型。8.3.3 剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造一、鋼剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造門式實(shí)腹式剛架，一般在梁柱交接處及跨中屋脊

17、處設(shè)置安裝拼接單元，用螺栓連接。拼接接點(diǎn)處，有加腋與不加腋兩種。在加腋的形式中又有梯形加腋與曲線形加腋兩種，通常多采用梯形加腋，如圖所示。加腋連接既可使截面的變化符合彎矩圖形的要求，又便于連接螺栓的布置。格構(gòu)式剛架的安裝節(jié)點(diǎn)，宜設(shè)在轉(zhuǎn)角節(jié)點(diǎn)的范圍以外接近于彎矩為零處，如圖a所示。如有可能，再轉(zhuǎn)角范圍內(nèi)做成實(shí)腹式并加加頸桿，內(nèi)側(cè)弦桿則做成曲線過渡較為可靠，如圖b所示。 二、混凝土剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土剛架結(jié)構(gòu)一般采用預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)。 剛架預(yù)制單元的劃分應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)受力可靠，制造、運(yùn)輸、安裝方便。一般可把接頭位置設(shè)置在鉸接節(jié)點(diǎn)或彎矩為零的部位，把整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)劃分成倒L形、F形、Y

18、形拼接單元，如圖所示。剛架承受的荷載一般有恒載荷活載兩種。在恒載作用下彎矩為零的位置是固定的，在活載作用下，對(duì)于各種不同情況，彎矩零點(diǎn)的位置是變化的。雖然接頭位置選擇在結(jié)構(gòu)中彎矩較小的部位，仍應(yīng)采取可靠的構(gòu)造措施使之形成整體。連接的方式一般有通過螺栓連接（圖a）、焊接連接（圖b）、預(yù)埋式剛接頭（圖c）等。三、剛架鉸節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造剛架鉸節(jié)點(diǎn)包括三鉸剛架中的頂鉸及支座鉸。鉸節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造，應(yīng)滿足力學(xué)中的完全鉸的受力要求，即應(yīng)保證節(jié)點(diǎn)能傳遞豎向壓力即水平推力，但不能傳遞彎矩。 鉸節(jié)點(diǎn)既要有足夠的轉(zhuǎn)動(dòng)能力，但又要構(gòu)造簡單，施工方便。格構(gòu)式剛架應(yīng)把鉸接點(diǎn)附近部分的截面改為實(shí)腹式，并設(shè)置適當(dāng)?shù)募宇i肋，以便于可靠地傳遞較大的集中作用力。鋼剛架結(jié)構(gòu)支座鉸的形式如圖所示。當(dāng)支座反力不大時(shí)，宜設(shè)計(jì)成板式鉸，當(dāng)支座反力較大時(shí)