大跨度建筑結構選型PPT（114頁）

1、 四、大跨度建筑結構選型4.1. 大跨度建筑概況4.2. 拱結構4.3. 剛架結構4.4. 網架結構4.5. 折板結構4.6. 薄殼結構4.7. 懸索結構4.8. 其它結構型式按網架結構設計規(guī)范規(guī)定 30米，小跨度 3060米，中跨度 60米，大跨度4.1. 大跨度建筑概況 4.1.1 大跨度建筑定義 第四章 大跨度建筑結構選型-4.1大跨度建筑概況1、 古典大跨結構（2000多年前文藝復興） 特征： “磚石結構” 1）從梁到三角璇 梁：受彎，磚石不宜 拱：受壓，發(fā)揮材料特性 2）從筒拱到交叉拱 筒 拱：墻承重，平面狹長 交叉拱：柱承重，空間貫通 3）從交叉拱到拱肋結構 交叉拱：屋面自重較大

2、拱 肋：結構高直輕巧 4）從穹窿結構到帆拱 穹?。簣A形平面 帆拱：方形平面 4.1.2 大跨度建筑的發(fā)展過程2、 平面大跨結構（19世紀后半葉二戰(zhàn)） 特征：“桁架、剛架、拱結構” 1）從梁到桁架 2）從梁到剛架 3）從梁到拱3、 新型大跨結構（二戰(zhàn)） 特征：“薄殼、懸索、網架” 1）雞蛋殼薄壁結構 合理的外形，充分發(fā)揮材料受壓性能，以較薄的殼體跨越很大的空間，而具有足夠 的強度和剛度。 2）蜘蛛網懸索結構 纖細的索網，充分發(fā)揮鋼材抗拉性能，輕盈活波，適宜與大跨度 3）蜜蜂巢網架結構 利用小型桿件，組合成整體結構，剛度大，變形小，自重輕，材料省1、 大跨建筑主要承受豎向荷載 1）高層結構 荷載：

3、水平荷載為控制因素 構件：豎向懸臂構件柱(線)，墻(面)，筒(體) 變形：水平側移 2）大跨結構 荷載：豎向荷載為控制因素 構件：水平簡支構件 變形：豎向撓曲 4.1.3 大跨度建筑的結構特征2、 大跨結構是梁結構的改造和演變3、 新型大跨結構的特點 整體上是空間結構 跨度大，可覆蓋巨大的室內空間 矢高小、曲率平緩，可有效利用空間 厚度薄、自重輕，節(jié)省材料 形式多樣，可適合于各種形狀的平面組合 1）拱是一種推力結構：在豎向荷載下產生水平推力 2）拱是一種無矩結構：通過合理拱軸可使桿件無彎矩 3）拱可充分利用材料抗壓強度，斷面小、跨度大4.2 拱結構 4.2.1 拱結構的特點 1）按受力 三鉸拱

4、 兩鉸拱 無鉸拱 2）按外形 雙折線型 圓弧線型 拋物線型 4.2.2 拱結構的型式 第四章 大跨度建筑結構選型-4.2 拱結構 1）跨度：公建主體3040米，可達到95200米， 經濟跨度80100米 2）矢高：與建筑外形、使用要求、屋面構造、內力計算有關 屋蓋結構 f=(1/101/5)L 公建主體 f=(1/51/2)L 4.2.3 拱結構的主要尺寸 4.2.4 拱結構屋蓋布置1）跨度4060米時 拱間距610米，設上弦橫向支撐及縱向支撐2）跨度70120米時 拱間距915米，采用相距36米的成對拱拱結構屋蓋布置 1）由拉桿承受推力 2）由框架承受推力 3）基礎承受推力 4）剛性水平構件

5、承受推力 4.2.5 拱結構支座處理 1、內力分布均勻 2、結構輕巧，節(jié)省材料，制作方便 3、空間高度大 4、結構剛度差4.3. 剛架結構 4.3.1 剛架結構的特點 4.3.2 剛架結構的型式 1、按組成 三鉸剛架 兩鉸剛架 無鉸剛架 2、按斷面 實腹式 格構式 第四章 大跨度建筑結構選型-4.3 剛架結構 1、跨度 實腹式：5060米 格構式兩鉸剛架： 60120米 格構式無鉸剛架：120150米 折線弓形剛架：4050米 高1520米 2、斷面 實腹式梁高 h=(1/121/20)L 設預應力拉桿 h=(1/301/40)L 格構柱寬同橫梁節(jié)間 57米 折線弓形剛架梁高、柱寬 (1/15

6、1/25)L 4.3.2 剛架結構的主要尺寸 1、頂點鉸 鋼銷栓 2、實腹剛架支座 固定支座 細石砼填實 鉸支座 瀝青麻絲填 3、格構剛架支座 板式支座 支反力100t 臼式支座 支反力100t 平衡支座 支反力100t 4.3.4 剛架結構節(jié)點構造 1、整體剛度大，穩(wěn)定性好，為空間多向受力狀態(tài) 2、桿件受力合理，能充分利用材料特性 3、高跨比小，能有效利用空間 4、桿件規(guī)格少，便于工廠化、裝配化 5、建筑造型新穎，可適合于多種平面4.4. 網架結構 4.4.1 網架結構的特點1、按材料：木、鋼砼、鋼、組合式2、按外形： 平板網架 a.交叉桁架體系 b.角錐體系 曲面網架 a.球面網殼 b.柱

7、面網殼 c.雙曲面網殼 4.4.2 網架結構的型式 第四章 大跨度建筑結構選型-4.4 網架結構 1、交叉桁架體系 兩向正交正放: 適用于正方形平面 兩向正交斜放：適用于矩形平面 三向交叉網架：適用于圓形、三角形、多邊形平面 2、角錐體系 三角錐體 四角錐體 六角錐體 3、平板網架的主要尺寸 4.4.3 平板網架網架短向跨度高跨比網格尺寸與短跨比60m1/141/181/131/181、桿件 角鋼 鋼管2、節(jié)點 十字鋼板節(jié)點：用于角鋼桿件，焊接或螺栓 球節(jié)點：用于鋼管桿件 a.實心球：螺栓連接 b.空心球：焊接連接3、網架上弦起坡 排水坡度要求 25% 結構起拱：跨度60m時，起拱1/300

8、上弦加柱：按坡度變高 4.4.4 平板網架桿件與節(jié)點 1、支承方式 四邊支承：四邊設圈梁，支于列柱 柱支承：四點或多點柱支承 三邊支承：三邊支于列柱 自由邊加托梁、邊桁架、拱 2、支座構造 平板鉸支座：用于跨度較小 轉動弧形支座：用于跨度大 搖擺支座：用于跨度大、溫差大 4.4.5 平板網架構造1、球面網殼2、柱面網殼 4.4.6 網殼簡介 曲面網殼應用 1、折板：由鋼砼或鋼網水泥平板組成 2、橫隔構件：可用橫隔板、橫隔梁、橫隔桁架 3、邊梁：當跨度較大時設邊梁，以減小折板傾角4.5. 折板結構 4.5.1 折板結構的組成 第四章 大跨度建筑結構選型-4.5 折板結構 1、折板類型 長折板：L

9、/B1，f(1/101/15)L 短折板：L/B1，f1/8L 2、跨度：普通砼可達到21米，預應力砼可達到27米 3、一般尺寸：B=23米，f=0.51.2米，板厚B/40 L24米，B=12米，板厚2545BLfL/40 4.5.2 折板結構的主要尺寸 曲面厚度/曲率半徑1/20時稱為薄殼 建筑工程結構中常為1/501/1004.6. 薄殼結構 4.6.1 定義 4.6.2 特點1）受力主要是面內力（薄膜內力）2）可覆蓋大空間而不設柱3）自重輕，剛度大，整體性好，利于抗震4）節(jié)省材料，經濟效果好5）造型美觀，活波新穎 第四章 大跨度建筑結構選型-4.6 薄殼結構1、 筒殼 （1）組成：殼面

10、、邊梁、橫隔 （2）幾何尺寸 跨度/波長：長殼=1.52.5；短殼=10.5 失高：f(1/101/15)跨度 殼板厚：現(xiàn)澆式50 裝配式30 小跨度=5060，大跨度80 （3）邊梁形式 （4）橫隔形式 4.6.3 薄殼結構型式及構造 2、 球面殼 （1）組成：殼面、支承環(huán) （2）幾何尺寸 跨度：可達100米，多用60米以下 失高：f(1/81/4)跨度 殼板厚：現(xiàn)澆式40 裝配式30 （3）支承環(huán)：同筒殼邊梁3、 雙曲扁殼 （1）組成：殼面、邊緣構件 （2）幾何尺寸 跨度：經濟跨度3060米 失高：f(1/51/6)短邊長度 殼板厚：跨度3060米時，板厚50100 （3）邊緣構件 薄腹梁

11、 拉桿拱 桁 架 密柱曲梁 4、 雙曲拋物面殼 （1）組成：殼面、邊緣構件 （2）幾何尺寸 跨度：單塊柱網可達30 x30米 失高：f(1/51/8)短邊長度 殼板厚：跨度3060米時，板厚50100 （3）邊緣構件：桁架、密柱邊梁、剛性墻5、 自由曲面殼 （1）自由山丘型 （2）低壓薄膜型 （3）懸掛布型 1、體系構成 索網 支承結構 2、特點 跨度大，空間靈活 利用鋼索受拉、砼受壓，自重輕，節(jié)省材料 施工方便 造型新穎，適用性廣 由于風力作用而容易失穩(wěn) 3、適用范圍 用于跨度60150米 方形、矩形、圓形、橢圓形平面4.7. 懸索結構 4.7.1 體系特征 第四章 大跨度建筑結構選型-4.

12、7 懸索結構 1、單層單曲面索 2、雙層單曲面索 3、輪輻式索 4、鞍形索網 4.7.2 結構型式 1、采用斜向牽索將懸索拉到基礎上 4.7.3 懸索結構支承處理 2、設置對稱的斜撐體系平衡內拉力 3、設置對稱的斜拱體系平衡內拉力 4、設置封閉環(huán)梁活馬鞍形環(huán)梁平衡內拉力 5、設置豎拱和扁圓環(huán)梁平衡內拉力 6、設置橫向水平桁架和縱墻體系平衡內拉力拱索 4.7.4 懸索結構的混合體系梁索懸臂梁索板索懸索結構屋頂實例柏林會堂代代木體育館華盛頓杜勒斯機場耶魯大學冰球館懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂1260004400440014400錨塊斜拉索塔柱索網曲線邊梁

13、主懸索拉桿懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構屋頂懸索結構懸索結構懸索結構4.8. 其它結構型式 4.8.1 薄膜結構體系（1）體系構成 覆蓋膜面 支撐結構胞體仿生 建筑結構（2）薄膜材料 聚脂織物加聚氯乙烯涂層：適用于中小跨度的臨時性建筑屋蓋。 無機織物加聚四氟乙烯涂層：適用于大跨度永久性建筑屋蓋。（3）結構類型 充氣薄膜結構 懸掛薄膜結構 骨架支撐薄膜結構 1、 結構體系概述 2、 結構體系類型（1）充氣薄膜結構 氣壓式薄膜：膜構成管或囊 充氣保持形狀 承受外部荷載 氣承式薄膜：薄膜構成氣球 不斷向內充氣 抵御外部荷載 維持形態(tài)穩(wěn)定 混合式薄膜： a 氣壓式

14、與氣承式混合 b 充氣結構與其他結構結合 波士頓藝術中心劇場直徑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220m168m，失高15.2m，采用單層玻璃纖維薄膜結構，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構。 氣承薄膜工作原理英國千禧帳篷 直徑320米薄膜結構薄膜結構薄膜結構千禧帳篷展廳布置內景薄膜結構（2）懸掛薄膜結構 通過桅桿、邊緣索和錨索等對膜施加預應力，使其形成并保持反向雙曲面特征，具有一定剛度，維持結構形態(tài)的相對穩(wěn)定，適合于中小跨度的建筑物。

15、（3）骨架支撐膜結構 以桁架、拱、空間網架等作為結構骨架，再在其上覆蓋膜材料，并使之張緊成型。 2、 結構體系類型索膜結構慕尼黑奧運館索膜結構索膜結構索膜結構索膜結構索膜結構索膜結構索膜結構 4.8.2 結構的混合體系1、剛架 懸索混合 丹東體育館比賽大廳屋蓋承重結構簡圖，采用了剛架-索混合空間結構，大廳平面尺寸為45m80m。橫剖面縱剖面 4.8.2 結構的混合體系2、拱-網架混合 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，側立面呈人字形。大拱懸吊空間桁架，作為網架的支座，大跨度網架分成兩榀較小跨度網架。 耶魯大學冰球館

16、耶魯大學冰球館 主拱跨度69.5m，矢高53.4 m，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。 4.8.2 結構的混合體系3、拱 - 索混合 4.8.2 結構的混合體系4、懸索-拱交叉索網混合 北京朝陽體育館索網懸掛在中央“索-拱結構”和外側的邊緣構件之間，中央索拱結構由兩條懸索和兩個格構式的鋼拱組成。 大跨度建筑屋頂 大跨度建筑屋頂實例肯尼迪機場利雅得機場羅馬小體育宮其他實例薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構薄殼結構屋頂屋頂屋頂屋頂屋頂大跨度建筑屋頂梁索結構屋頂球面網殼屋頂球面網殼屋頂曲面網殼屋頂 桁索結構屋頂薄膜結構屋頂國家體育場“鳥巢”，網絡狀構架體現(xiàn)完美概況：設計者：瑞士赫爾佐格和德梅隆設計公司 坐落在奧林匹克公園中央區(qū)平緩的坡地上，占地面積20.4萬M2，建筑面積25.8萬M2，能同時容納10萬觀眾。 場館設計如同一個容器，高地起伏變化的外觀緩和了建筑的體量感，并賦予了戲劇性的具有震撼力的形體。 國家體育場“鳥巢”，網絡狀構架體現(xiàn)完美結構：外觀即為建筑的結構，立面與結構達到了統(tǒng)一。結構的組件相互支撐，形成了網絡狀的構架，就象樹枝編織的鳥巢。 國家體育場“鳥巢”，網絡狀構架體現(xiàn)完美外殼：外殼采用可作為填充物的氣墊膜