鋼結構設計原理-第8章_大跨度房屋結構

1、設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構本章目錄本章目錄基本要求基本要求8.1 8.1 平面承重的大跨屋蓋結構平面承重的大跨屋蓋結構8.2 8.2 空間網(wǎng)架屋蓋結構空間網(wǎng)架屋蓋結構8.3 8.3 懸掛式屋蓋簡介懸掛式屋蓋簡介1.了解平面承重的大跨屋蓋了解平面承重的大跨屋蓋結構的分類和構造特點。結構的分類和構造特點。2.了解空間網(wǎng)架屋蓋結構的了解空間網(wǎng)架屋蓋結構的特性和組成分類。特性和組成分類。3.了解懸掛式屋蓋結構的布了解懸掛式屋蓋結構的布置形式。置形式。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房

2、屋結構 大跨度房屋結構常用于公共建筑。如會堂、影劇大跨度房屋結構常用于公共建筑。如會堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場、市場、院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場、市場、火車站、航空港等?；疖囌尽⒑娇崭鄣?。 也用于工業(yè)建筑，特別是在航空工業(yè)和造船工業(yè)也用于工業(yè)建筑，特別是在航空工業(yè)和造船工業(yè)中，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的中，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等。船體結構車間等。 大跨度建筑物的用途、其使用條件以及對其建筑大跨度建筑物的用途、其使用條件以及對其建筑造型方面要求的差異性，決定了采用結構方案的多樣造型方面要求的差異性，決定了采用結構方

3、案的多樣性。性。 可采用可采用梁式梁式、框架式、拱式框架式、拱式、空間式空間式以及以及懸掛懸掛- -懸懸索式索式的結構。的結構。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.1設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.2設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.3設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.4 飛機庫梁式結構飛機庫梁式結構950110073.8477004500087500圖圖8.0.5圖圖8.0.6設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋

4、結構圖圖8.0.7 鄭州碧波園娛樂中心空間拱形屋蓋結構（建筑平面鄭州碧波園娛樂中心空間拱形屋蓋結構（建筑平面80m80m80m80m）40,00021,500320001600032000800002800500012500設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.8 上海國際體操中心主體育館上海國際體操中心主體育館鋁穹頂鋁穹頂下沉式碗形氣樓下沉式碗形氣樓鋁合金三角板鋁合金三角板鋁合金穹頂構架鋁合金穹頂構架遮雨板遮雨板披水板披水板鋁墻板以及鋁墻板以及采光窗采光窗設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.9 海南美蘭機場庫機庫網(wǎng)架與

5、拉桿拱架結構海南美蘭機場庫機庫網(wǎng)架與拉桿拱架結構1000050005000220000.00022.000預應力混凝土長梁預應力混凝土長梁115000設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.10 首都機場三號航站樓首都機場三號航站樓設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.0.11 日本名古屋網(wǎng)殼穹頂日本名古屋網(wǎng)殼穹頂設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構第第8.18.1節(jié)節(jié) 平面承重的大跨屋蓋結構平面承重的大跨屋蓋結構1. 1. 梁式大跨結構梁式大跨結構2. 2. 框架結構框架結構3. 3. 拱式結構拱式結

6、構了解大跨屋蓋結構分類方法與應用了解大跨屋蓋結構分類方法與應用 本節(jié)目錄本節(jié)目錄基本要求基本要求設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 應用應用：通常采用簡支桁架作為主要承重構件。其上、：通常采用簡支桁架作為主要承重構件。其上、下弦及腹桿僅承受拉力或壓力，對支座也沒有橫推力。下弦及腹桿僅承受拉力或壓力，對支座也沒有橫推力。重重點是點是支撐系統(tǒng)支撐系統(tǒng)的布置，對保證整個結構體系的整體剛度是的布置，對保證整個結構體系的整體剛度是非常重要的。非常重要的。 優(yōu)點優(yōu)點：制造與安裝較為簡單。：制造與安裝較為簡單。 常用體系常用體系：大跨度屋蓋、預應力三角形截面桁架：大跨度屋蓋、預應

7、力三角形截面桁架 適用跨度適用跨度：40 60m，更大的跨度由于耗鋼量過大而不，更大的跨度由于耗鋼量過大而不經(jīng)濟。經(jīng)濟。8.1.1 8.1.1 梁式大跨結構梁式大跨結構設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構預應力三角形截面桁架預應力三角形截面桁架 預應力三角形截面桁架便于制造、運輸和安裝，給預應力三角形截面桁架便于制造、運輸和安裝，給設置大跨度梁式結構體系以良好基礎設置大跨度梁式結構體系以良好基礎。(a)圖圖8.1.1設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 鋪設于屋架鋪設于屋架上的鋼筋混凝上的鋼筋混凝土屋面板可參土屋面板可參與共同受壓，與共同受壓

8、，采用管材采用管材( (方管、方管、圓管圓管) )桿件以及桿件以及施加預應力這施加預應力這三個方面使得三個方面使得這種結構體系這種結構體系鋼材用量比較鋼材用量比較經(jīng)濟。經(jīng)濟。(b)鋼筋混凝土屋面板鋼筋混凝土屋面板拉桿拉桿三角形屋架三角形屋架6m(c)鋼筋混凝土屋面板鋼筋混凝土屋面板2430m(d)鋼筋混凝土屋面板鋼筋混凝土屋面板1824m玻璃窗玻璃窗圖圖8.1.2設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構兩鉸框架：對溫度作用不敏感，剛度較差兩鉸框架：對溫度作用不敏感，剛度較差無鉸框架：剛度好，用鋼量省、便于安裝，但對基礎要無鉸框架：剛度好，用鋼量省、便于安裝，但對基礎要 求

9、較高求較高實腹框架：用工量少，可裝運性好，還能降低房屋高度。實腹框架：用工量少，可裝運性好，還能降低房屋高度。 格構框架：當跨度大于格構框架：當跨度大于60m時，實腹式框架不太經(jīng)濟，時，實腹式框架不太經(jīng)濟， 此時可采用格構式，最大可做到此時可采用格構式，最大可做到150m。8.1.2 8.1.2 框架結構框架結構8.1.2.1 8.1.2.1 框架的體系及形式框架的體系及形式設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.1.2.2 8.1.2.2 計算原則及構造特點計算原則及構造特點 計算原則計算原則 格構式普通框架可以折算成與其等效的實腹框架。格構式普通框架可以折算成與其

10、等效的實腹框架。 重型的格構式框架按格構式體系考慮全部腹桿的變重型的格構式框架按格構式體系考慮全部腹桿的變形進行計算。形進行計算。 大跨框架的撓度僅用可變荷載求得，永久荷載產(chǎn)生大跨框架的撓度僅用可變荷載求得，永久荷載產(chǎn)生的撓度由相應的結構起拱來抵消。的撓度由相應的結構起拱來抵消。 當跨度大于當跨度大于50m且剛性柱且剛性柱( (支座支座) )不高時，須計入框不高時，須計入框架的溫度應力。兩鉸框架中，框架柱可以做成沿高度變架的溫度應力。兩鉸框架中，框架柱可以做成沿高度變截面形式，這樣能減輕結構自重并具有較好的外觀。截面形式，這樣能減輕結構自重并具有較好的外觀。 當桿件內力大于等于當桿件內力大于等

11、于2000kN時，應按重型桁架設時，應按重型桁架設計，桿件截面通常設計成雙腹桿的。計，桿件截面通常設計成雙腹桿的。 設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 當支座反力大于當支座反力大于25003000kN時，框架的支座應時，框架的支座應設計成輥軸式；反力較小時，可設計成平板式。設計成輥軸式；反力較小時，可設計成平板式。 構造特點構造特點 在雙鉸框架結構中在雙鉸框架結構中,為減小橫梁中部的彎矩為減小橫梁中部的彎矩,可采用圖中使橫梁卸載可采用圖中使橫梁卸載的做法的做法。O懸懸掛掛墻墻(a)RRe(b)圖圖8.1.3設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結

12、構 橫梁與柱連橫梁與柱連接的框架節(jié)點內接的框架節(jié)點內角彎折處應做成角彎折處應做成平緩曲線以避免平緩曲線以避免應力集中。為使應力集中。為使轉角處腹板不致轉角處腹板不致失穩(wěn)，應在其內失穩(wěn)，應在其內部受壓區(qū)設置短部受壓區(qū)設置短加勁肋。加勁肋。圖圖8.1.4（a） （b）設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.1.3 8.1.3 拱式結構拱式結構8.1.3.1 8.1.3.1 拱的體系及形式拱的體系及形式 （1 1）拱的形式有：兩鉸拱、三鉸拱、無鉸拱。拱）拱的形式有：兩鉸拱、三鉸拱、無鉸拱。拱式體系用鋼量比梁式體系及框架體系經(jīng)濟。式體系用鋼量比梁式體系及框架體系經(jīng)濟。 兩鉸拱

13、：安裝和制造簡單。因為鉸可自由轉動的特兩鉸拱：安裝和制造簡單。因為鉸可自由轉動的特性，兩鉸拱易于適應變形。性，兩鉸拱易于適應變形。 三鉸拱：與兩鉸拱相比無突出的優(yōu)點，拱鑰鉸還使三鉸拱：與兩鉸拱相比無突出的優(yōu)點，拱鑰鉸還使拱本身結構及屋面設置復雜化。拱本身結構及屋面設置復雜化。 兩鉸拱兩鉸拱l(fā)f(a)三鉸拱三鉸拱l(fā)f(b)無鉸拱無鉸拱l(fā)f(c)圖圖8.1.5設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構設置拉桿設置拉桿 對于軟弱地基的情況，設置拉桿承擔拱的橫向水平對于軟弱地基的情況，設置拉桿承擔拱的橫向水平力更為合適。設有拉桿的拱其支座主要承受垂直荷載，力更為合適。設有拉桿的拱其

14、支座主要承受垂直荷載，故這種情況下支座比較輕巧。故這種情況下支座比較輕巧。 無鉸拱：對于彎矩沿跨度的分配最為有利，但必須無鉸拱：對于彎矩沿跨度的分配最為有利，但必須設置強大的基礎，而且要計算溫度的作用。設置強大的基礎，而且要計算溫度的作用。（2 2）水平推力的解決措施：）水平推力的解決措施： 拱支承在墻體上時，橫向反力也可用在支座鉸水平拱支承在墻體上時，橫向反力也可用在支座鉸水平處設置拉桿的辦法加以解決。為了在不增加房屋高度的處設置拉桿的辦法加以解決。為了在不增加房屋高度的情況下增大房間的有效高度，有時將拉桿布置于拱支座情況下增大房間的有效高度，有時將拉桿布置于拱支座鉸水平之上。鉸水平之上。設

15、計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構設置拱扶壁設置拱扶壁 在加蓋的體育場、展覽館以及飛機庫里，拱的支座在加蓋的體育場、展覽館以及飛機庫里，拱的支座常常是房屋的墻體、看臺等。沒有橫墻或看臺的情況下常常是房屋的墻體、看臺等。沒有橫墻或看臺的情況下則要求設置拱扶壁以承受拱的水平推力。則要求設置拱扶壁以承受拱的水平推力。圖圖8.1.6 設置抬高拉桿的拱設置抬高拉桿的拱拉桿拉桿0.05505501670017800設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構（3 3）拱外形：）拱外形：接近壓力曲線接近壓力曲線 拋物線拱：當對稱的、沿拱弦線均布的荷載值起拋物線拱：

16、當對稱的、沿拱弦線均布的荷載值起主要作用時最為合適。主要作用時最為合適。 圓弧拱：適于扁平拱圓弧拱：適于扁平拱, ,可以簡化拱的設計與制造，可以簡化拱的設計與制造，使拱構件及節(jié)點達到最大標準化。使拱構件及節(jié)點達到最大標準化。 懸鏈線拱：適于自重很大的高拱。高拱中風荷載懸鏈線拱：適于自重很大的高拱。高拱中風荷載引起很大的內力，而且風荷載有可能自兩面作用并給引起很大的內力，而且風荷載有可能自兩面作用并給出兩條截然離散的風壓線。此時拱的外形宜取兩條極出兩條截然離散的風壓線。此時拱的外形宜取兩條極端風壓曲線的中間線。端風壓曲線的中間線。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.

17、1.3.2 8.1.3.2 拱的構造特點拱的構造特點拱截面分實腹式和桁架式兩種，一般為等截面。拱身拱截面分實腹式和桁架式兩種，一般為等截面。拱身所受彎矩較小，因而截面高度不大，實腹式可取所受彎矩較小，因而截面高度不大，實腹式可取 1/50-1 /80，桁架式可取，桁架式可取1 /30- 1 /60。拱截面可采用拱截面可采用H H型鋼、雙角鋼、型鋼、雙角鋼、T T型鋼、槽鋼、圓鋼管型鋼、槽鋼、圓鋼管和方鋼管等。和方鋼管等。格構拱的腹桿可設計成附加豎桿的三角體系、無附加格構拱的腹桿可設計成附加豎桿的三角體系、無附加豎桿的三角形體系及斜腹桿體系。（如下圖）豎桿的三角形體系及斜腹桿體系。（如下圖）設計

18、設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.1.7 格構拱構造方案格構拱構造方案運輸單元運輸單元主檁主檁運輸單元運輸單元主檁主檁安裝安裝節(jié)點節(jié)點(a)(b)(c)設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 實腹式拱與格構式拱的支座鉸具有相同的結構。常實腹式拱與格構式拱的支座鉸具有相同的結構。常用的支座鉸的形式如下。用的支座鉸的形式如下。 圖圖8.1.8 拱與框架的支座拱與框架的支座( (鉸鉸) )節(jié)點節(jié)點平板平板( (鉸鉸) )支座節(jié)點支座節(jié)點 輥軸輥軸( (鉸鉸) )支座節(jié)點支座節(jié)點設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.1

19、.3.3 8.1.3.3 拱的計算特點拱的計算特點風荷載是拱結構計算中一項非常重要的荷載。特別應風荷載是拱結構計算中一項非常重要的荷載。特別應注意風吸力對拱結構的影響，還應考慮側風壓或端風壓注意風吸力對拱結構的影響，還應考慮側風壓或端風壓作用在建筑物上的情況。作用在建筑物上的情況。拱本身作為受壓曲桿，需要驗算強度和穩(wěn)定。拱出平拱本身作為受壓曲桿，需要驗算強度和穩(wěn)定。拱出平面的穩(wěn)定，由橫向支撐及檁條體系提供保證。面的穩(wěn)定，由橫向支撐及檁條體系提供保證。拱在彎矩作用平面外的剛度如果與平面內相差很大，拱在彎矩作用平面外的剛度如果與平面內相差很大，應按壓彎桿件驗算平面外的穩(wěn)定。應按壓彎桿件驗算平面外的

20、穩(wěn)定。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構第第8.28.2節(jié)節(jié) 空間網(wǎng)架屋蓋結構空間網(wǎng)架屋蓋結構本節(jié)目錄本節(jié)目錄基本要求基本要求1. 1. 空間結構及特性空間結構及特性2. 2. 平板式空間網(wǎng)架的形式平板式空間網(wǎng)架的形式3. 3. 網(wǎng)架結構設計特點網(wǎng)架結構設計特點了解空間網(wǎng)架屋蓋結構的特性和平板式網(wǎng)架的了解空間網(wǎng)架屋蓋結構的特性和平板式網(wǎng)架的設計特點。設計特點。 設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 空間網(wǎng)架結構是由許多桿件按照一定規(guī)律布置通過空間網(wǎng)架結構是由許多桿件按照一定規(guī)律布置通過節(jié)點連接而成的網(wǎng)格狀結構體系。常將平板型的空間網(wǎng)節(jié)點連接

21、而成的網(wǎng)格狀結構體系。常將平板型的空間網(wǎng)架結構稱做網(wǎng)架，將曲型的空間網(wǎng)架結構稱做網(wǎng)殼。目架結構稱做網(wǎng)架，將曲型的空間網(wǎng)架結構稱做網(wǎng)殼。目前空間結構中以網(wǎng)架結構在我國發(fā)展最快前空間結構中以網(wǎng)架結構在我國發(fā)展最快, ,應用最廣。應用最廣。空間結構體系空間結構體系網(wǎng)架及網(wǎng)殼結構網(wǎng)架及網(wǎng)殼結構懸索結構懸索結構膜結構膜結構8.2.1 8.2.1 空間結構及特性空間結構及特性空間結構體系空間結構體系設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.2.1.1 8.2.1.1 優(yōu)越的力學性能優(yōu)越的力學性能 整體受力，共同工作。以整個結構的形體來承受整體受力，共同工作。以整個結構的形體來承受外

22、荷載，按照空間的幾何特性分擔承受荷載任務，沒有外荷載，按照空間的幾何特性分擔承受荷載任務，沒有平面結構體系中構件之間那種主次關系。平面結構體系中構件之間那種主次關系。 空間受力，高次超靜定。在荷載作用下為三向受空間受力，高次超靜定。在荷載作用下為三向受力，并以面內力或軸力為主。力，并以面內力或軸力為主。 具有良好的抗震性能。具有良好的抗震性能。 跨越能力大?？缭侥芰Υ??？臻g結構特性空間結構特性設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.2.1.2 8.2.1.2 良好的經(jīng)濟型、安全性與適用性良好的經(jīng)濟型、安全性與適用性 整體受力性能好，傳力路線簡潔、可靠，故可節(jié)整體受力性

23、能好，傳力路線簡潔、可靠，故可節(jié)約大量建筑材料，經(jīng)濟效果好。約大量建筑材料，經(jīng)濟效果好。 高次超靜定結構，內力重分布可使其具有額外的高次超靜定結構，內力重分布可使其具有額外的安全儲備，可靠程度較高。安全儲備，可靠程度較高。 適應不同跨度、不同支承條件的各種建筑要求。適應不同跨度、不同支承條件的各種建筑要求。同時，建筑造型輕巧、美觀、便于建筑處理和裝飾等。同時，建筑造型輕巧、美觀、便于建筑處理和裝飾等。 桿件主要承受軸向力，能充分發(fā)揮桿件主要承受軸向力，能充分發(fā)揮 材料的強度。材料的強度。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.2.2 8.2.2 平板式空間網(wǎng)架的形式平

24、板式空間網(wǎng)架的形式網(wǎng)架結構形式較多網(wǎng)架結構形式較多 ，其分類有不同標準。，其分類有不同標準。1.1.按結構組成分類按結構組成分類雙層網(wǎng)架雙層網(wǎng)架三層網(wǎng)架三層網(wǎng)架周邊支承網(wǎng)架周邊支承網(wǎng)架點支承網(wǎng)架點支承網(wǎng)架周邊支承與點支承網(wǎng)架周邊支承與點支承網(wǎng)架三邊支承或兩邊支承網(wǎng)架三邊支承或兩邊支承網(wǎng)架2.2.按支承情況分類按支承情況分類設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構圖圖8.2.1 周邊支承網(wǎng)架周邊支承網(wǎng)架網(wǎng)格寬度與柱距一致網(wǎng)格寬度與柱距一致圖圖8.2.2 點支承網(wǎng)架點支承網(wǎng)架四點支承網(wǎng)架四點支承網(wǎng)架多點支承網(wǎng)架多點支承網(wǎng)架設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度

25、房屋結構圖圖8.2.4三邊支承網(wǎng)架三邊支承網(wǎng)架圖圖8.2.3周邊支承與點支承混合網(wǎng)架周邊支承與點支承混合網(wǎng)架圖圖8.2.5兩邊支承網(wǎng)架兩邊支承網(wǎng)架設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構3.3.按網(wǎng)格組成分類按網(wǎng)格組成分類兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交斜放網(wǎng)架兩向正交斜放網(wǎng)架三向網(wǎng)架三向網(wǎng)架交叉桁架體系交叉桁架體系四角錐體系四角錐體系正放四角錐體系正放四角錐體系正放抽空四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架斜放四角錐網(wǎng)架斜放四角錐網(wǎng)架設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 (1)(1)交叉桁架體系交叉桁架體系 這類網(wǎng)架由若干相互交叉的豎向平面桁架所

26、組成。這類網(wǎng)架由若干相互交叉的豎向平面桁架所組成。豎向平面桁架的形式與一般平面桁架相似。桁架的節(jié)間豎向平面桁架的形式與一般平面桁架相似。桁架的節(jié)間長度即為網(wǎng)格尺寸。這些平面桁架可沿兩個方向或三個長度即為網(wǎng)格尺寸。這些平面桁架可沿兩個方向或三個方向布置，當為兩向交叉時其交角可為方向布置，當為兩向交叉時其交角可為90（正交（正交) )或或任意角度任意角度( (斜交斜交) )；當為三向交叉時其交角為；當為三向交叉時其交角為60。這些。這些相互交叉的豎向平面桁架當與邊界方向平行相互交叉的豎向平面桁架當與邊界方向平行( (或垂直或垂直) )時時稱為正放，與邊界方向斜交時稱為斜放。稱為正放，與邊界方向斜交

27、時稱為斜放。 桁架之間交角的變化和邊界相對位置的不同，使得桁架之間交角的變化和邊界相對位置的不同，使得有下面的網(wǎng)架形式。有下面的網(wǎng)架形式。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構兩向正交正放網(wǎng)架兩向正交正放網(wǎng)架 兩向正交正放網(wǎng)架的構成特點是：兩個方向的豎向兩向正交正放網(wǎng)架的構成特點是：兩個方向的豎向平面桁架垂直交叉，且分別與邊界方向平行。平面桁架垂直交叉，且分別與邊界方向平行。圖圖8.2.6設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構兩向正交斜放網(wǎng)架兩向正交斜放網(wǎng)架 兩向正交斜放網(wǎng)架的構成特點是：兩個方向的豎向兩向正交斜放網(wǎng)架的構成特點是：兩個方向的豎向

28、平面桁架垂直交叉，是與邊界成平面桁架垂直交叉，是與邊界成45夾角。夾角。(a)(b)圖圖8.2.7設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構三向網(wǎng)架三向網(wǎng)架 三向網(wǎng)架的構成特點是：三個方向的豎向平面桁架三向網(wǎng)架的構成特點是：三個方向的豎向平面桁架互成互成60角斜向交叉。角斜向交叉。lh圖圖8.2.8設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構（2 2）四角錐體系網(wǎng)架）四角錐體系網(wǎng)架正放四角錐網(wǎng)架正放四角錐網(wǎng)架： 以倒四角錐體以倒四角錐體為組成單元，錐底為組成單元，錐底的四邊為網(wǎng)架的上的四邊為網(wǎng)架的上弦桿，錐棱為腹桿，弦桿，錐棱為腹桿，各錐頂相連即為下各錐頂

29、相連即為下弦桿，它的上、下弦桿，它的上、下弦桿均與相應邊界弦桿均與相應邊界平行。平行。圖圖8.2.9設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構正放抽空四角錐網(wǎng)架正放抽空四角錐網(wǎng)架： 在正放四角錐網(wǎng)架在正放四角錐網(wǎng)架的基礎上，除周邊網(wǎng)格的基礎上，除周邊網(wǎng)格不動外，適當抽掉一些不動外，適當抽掉一些四角錐單元中的腹桿和四角錐單元中的腹桿和下弦桿，使下弦網(wǎng)格尺下弦桿，使下弦網(wǎng)格尺寸比上弦網(wǎng)格尺寸大一寸比上弦網(wǎng)格尺寸大一倍。倍。圖圖8.2.10設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 斜放四角錐網(wǎng)架斜放四角錐網(wǎng)架： 以倒四角錐體為組成單以倒四角錐體為組成單元，由

30、錐底構成的上弦桿與元，由錐底構成的上弦桿與邊界成邊界成4545夾角，而連接各夾角，而連接各錐頂?shù)南孪覘U則與相應邊界錐頂?shù)南孪覘U則與相應邊界平行。因此，它的上弦網(wǎng)格平行。因此，它的上弦網(wǎng)格呈正交斜放，下弦網(wǎng)格呈正呈正交斜放，下弦網(wǎng)格呈正交正放。交正放。圖圖8.2.11設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 （1 1）一般計算原則）一般計算原則 網(wǎng)架結構的設計計算應遵循現(xiàn)行有關國家或行業(yè)標網(wǎng)架結構的設計計算應遵循現(xiàn)行有關國家或行業(yè)標準的規(guī)定。包括：準的規(guī)定。包括： 建筑結構荷載規(guī)范建筑結構荷載規(guī)范GB50009-2001GB50009-2001 建筑抗震設計規(guī)范建筑抗震設計

31、規(guī)范 GB50011-2001 GB50011-2001 鋼結構設計規(guī)范鋼結構設計規(guī)范GB50017-2003GB50017-2003 冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范冷彎薄壁型鋼結構技術規(guī)范GB50018-2002GB50018-2002 網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程JGJ7-91JGJ7-91 8.2.3 8.2.3 網(wǎng)架結構的設計特點網(wǎng)架結構的設計特點8.2.3.1 8.2.3.1 計算方法要點計算方法要點設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 （2 2）計算方法及其特點）計算方法及其特點 根據(jù)需要可采用精確法或近似。根據(jù)需要可采用精確法或近似。 空間桁架

32、位移法，又稱矩陣位移法。其計算過程空間桁架位移法，又稱矩陣位移法。其計算過程在結構力學中有過介紹，即該法以桿件為基本單元，以在結構力學中有過介紹，即該法以桿件為基本單元，以節(jié)點三個線位移為基本未知量。先進行單元分析，得到節(jié)點三個線位移為基本未知量。先進行單元分析，得到單元剛度矩陣，后進行整體分析，得到結構總剛度矩陣單元剛度矩陣，后進行整體分析，得到結構總剛度矩陣和結構總剛度方程。再引進邊界條件求得各桿件內力和結構總剛度方程。再引進邊界條件求得各桿件內力N。求得各桿件內力求得各桿件內力N后后, ,按照本書前述軸心受力構件一章的按照本書前述軸心受力構件一章的內容進行設計驗算。空間桁架位移法計算較精

33、確，且適內容進行設計驗算?？臻g桁架位移法計算較精確，且適用范圍廣泛。用范圍廣泛。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 差分法與擬夾層板法。差分法與擬夾層板法。 差分法經(jīng)慣性矩折算，將網(wǎng)架簡化為交叉梁系進行差分法經(jīng)慣性矩折算，將網(wǎng)架簡化為交叉梁系進行差分計算差分計算, ,它適用于跨度它適用于跨度L40m由平面桁架系組成的網(wǎng)架、由平面桁架系組成的網(wǎng)架、正放四角錐網(wǎng)架。一般按圖表計算，誤差正放四角錐網(wǎng)架。一般按圖表計算，誤差20。 擬夾層板法將網(wǎng)架簡化成正交異性或者各向同性的擬夾層板法將網(wǎng)架簡化成正交異性或者各向同性的平板進行計算，它適用于跨度平板進行計算，它適用于跨度L4

34、0m 由平面桁架系或角由平面桁架系或角錐體組成的網(wǎng)架。一般按圖表計算，誤差錐體組成的網(wǎng)架。一般按圖表計算，誤差 10。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構8.2.3.2 8.2.3.2 一般設計規(guī)定一般設計規(guī)定 （1 1）選型）選型 網(wǎng)架結構設計首先要選型，通常是根據(jù)工程的平面形網(wǎng)架結構設計首先要選型，通常是根據(jù)工程的平面形狀、跨度大小、支承情況、荷載大小、屋面構造、建筑狀、跨度大小、支承情況、荷載大小、屋面構造、建筑設計等諸因素，結合以往的工程經(jīng)驗綜合確定。網(wǎng)架桿件設計等諸因素，結合以往的工程經(jīng)驗綜合確定。網(wǎng)架桿件的布置必須保證不出現(xiàn)結構幾何可變的情況。的布置必須保

35、證不出現(xiàn)結構幾何可變的情況。 （2 2）網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)架高度）網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)架高度 標準網(wǎng)格多采用正方形，但也采用長方形，網(wǎng)格尺寸標準網(wǎng)格多采用正方形，但也采用長方形，網(wǎng)格尺寸可取可取(1/61/20)L2，網(wǎng)架高度，網(wǎng)架高度( (也稱為網(wǎng)架矢高也稱為網(wǎng)架矢高) )H可取可取(1/10一一1/20)L2，L2為網(wǎng)架的短向跨度。為網(wǎng)架的短向跨度。 具體尺寸和高度可根據(jù)網(wǎng)架形式、跨度大小、屋面材具體尺寸和高度可根據(jù)網(wǎng)架形式、跨度大小、屋面材料以及構造要求和建筑功能等因素確定。料以及構造要求和建筑功能等因素確定。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 （1/141/20）L2 （

36、1/121/20）L2 60m （1/21/16）L2 （1/101/16）L2 30m60m （1/101/14） L2 （1/61/12）L2 30m 網(wǎng)架高度網(wǎng)架高度H H 上弦網(wǎng)格尺寸上弦網(wǎng)格尺寸網(wǎng)架的短向跨度（網(wǎng)架的短向跨度（L L2 2）表表1 1 網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)架高度建議值網(wǎng)格尺寸、網(wǎng)架高度建議值設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 （3 3）網(wǎng)架結構體系的屋面）網(wǎng)架結構體系的屋面 目前，采用得較多的是有檁體系與輕質屋面相結合目前，采用得較多的是有檁體系與輕質屋面相結合的方案。各種混凝土屋面板、鋼絲網(wǎng)水泥板用于無檁體的方案。各種混凝土屋面板、鋼絲網(wǎng)水泥板用

37、于無檁體系中，采用已越來越少。系中，采用已越來越少。 （4 4）網(wǎng)架桿件）網(wǎng)架桿件 截面以圓鋼管性能最優(yōu)，使用最廣泛。截面以圓鋼管性能最優(yōu)，使用最廣泛。 材料通常選用材料通常選用Q235系列或者系列或者Q345系列鋼材。系列鋼材。 桿件的計算長度桿件的計算長度l0 ：對螺栓球節(jié)點網(wǎng)架對螺栓球節(jié)點網(wǎng)架( (因節(jié)點接因節(jié)點接近于鉸接近于鉸接) )，其桿件的計算長度，其桿件的計算長度l0取等于桿件的幾何長度取等于桿件的幾何長度l。對焊接球節(jié)點網(wǎng)架，其弦桿及支座腹桿取。對焊接球節(jié)點網(wǎng)架，其弦桿及支座腹桿取l00.9l, ,而而其余腹桿取其余腹桿取l00.8l。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房

38、屋結構大跨度房屋結構 桿件的長細比限值桿件的長細比限值 對受壓稈件，其長細比限值對受壓稈件，其長細比限值180；對受拉桿件支；對受拉桿件支座處及支座附近的桿件長細比限值座處及支座附近的桿件長細比限值300、一般桿件、一般桿件400，直接承受動力荷載的桿件，直接承受動力荷載的桿件250。 桿件最小截面規(guī)格桿件最小截面規(guī)格 為了保證網(wǎng)架桿件的承載力并使其具有必要的剛度，為了保證網(wǎng)架桿件的承載力并使其具有必要的剛度，限制桿件的截面規(guī)格不得小于鋼管限制桿件的截面規(guī)格不得小于鋼管482，角鋼，角鋼L503設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 （5 5）網(wǎng)架節(jié)點設計與構造要點）網(wǎng)

39、架節(jié)點設計與構造要點 網(wǎng)架節(jié)點有：焊接鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺網(wǎng)架節(jié)點有：焊接鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、焊接短鋼管節(jié)點等形式。栓球節(jié)點、焊接短鋼管節(jié)點等形式。 節(jié)點的重量一般為網(wǎng)架總重量的節(jié)點的重量一般為網(wǎng)架總重量的2025，所占所占比重較大，因節(jié)點破壞而造成工程事故的例子不少，所比重較大，因節(jié)點破壞而造成工程事故的例子不少，所以應于充分重視。以應于充分重視。設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構焊接空心球節(jié)點焊接空心球節(jié)點 空心球可分為不加肋和加肋兩種，如下圖所示。所用材空心球可分為不加肋和加肋兩種，如下圖所示。所用材料為料為Q235鋼或鋼或Q345鋼

40、。當球直徑設計為鋼。當球直徑設計為D時，用下料為時，用下料為1.414D直徑的圓板經(jīng)壓制成型做成半球，再由兩個半球對焊直徑的圓板經(jīng)壓制成型做成半球，再由兩個半球對焊而成。而成。 這種節(jié)點適用于連接鋼管桿件，被廣泛應用。節(jié)點構造這種節(jié)點適用于連接鋼管桿件，被廣泛應用。節(jié)點構造是將鋼管桿件直接焊接連接于空心球體上，具有自動對中和是將鋼管桿件直接焊接連接于空心球體上，具有自動對中和“萬向萬向”性質，因而適應性很強。性質，因而適應性很強。D(a)D/3D/2D(b)圖圖8.2.12設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 直徑直徑D為為120500mm的焊接空心球，其承載力設計的

41、焊接空心球，其承載力設計值值Nc( (受壓球受壓球) )和和Nt( (受拉球受拉球) )可分別按下式計算：可分別按下式計算：2240013.3cct dNtdD0.55ttNtdf D D空心球外徑空心球外徑(mm)； tt空心球壁厚空心球壁厚(mm)； dd鋼管外徑鋼管外徑(mm)； ff鋼管材料強度設計值鋼管材料強度設計值(Nmm2)；c c受壓空心球加肋承強力提高系數(shù)，加肋受壓空心球加肋承強力提高系數(shù)，加肋c =1.4，不，不加肋加肋c =1.0； t t受拉空心球加肋承強力提高系數(shù)，加肋受拉空心球加肋承強力提高系數(shù)，加肋t=1.1, ,不加肋不加肋t=1.0。設計設計鋼結構鋼結構第八章

42、第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 空心球外徑空心球外徑D與壁厚與壁厚t的比值可按設計要求選用，一般取的比值可按設計要求選用，一般取D(2545)t；空心球壁厚；空心球壁厚t與鋼管最大壁厚的比值宜為與鋼管最大壁厚的比值宜為1.22.0。另外另外, ,空心球壁厚空心球壁厚t不宜小于不宜小于4mm。 在確定空心球外徑時，球面上網(wǎng)架相連接桿件與桿件之間在確定空心球外徑時，球面上網(wǎng)架相連接桿件與桿件之間的縫隙的縫隙a不宜小于不宜小于10mm。為了保證縫隙。為了保證縫隙a，空心球直徑也可初，空心球直徑也可初步按下式估算：步按下式估算： D(d1+d2+2a)/ 式中式中: :匯集于空心球節(jié)點任意兩鋼管

43、桿件間的夾角匯集于空心球節(jié)點任意兩鋼管桿件間的夾角(rad)； d1,d2組成組成角的鋼管外徑角的鋼管外徑(mm)； ad1與與d2兩鋼管間凈距離，一般兩鋼管間凈距離，一般a10mm. . 設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構 螺栓球節(jié)點螺栓球節(jié)點 螺栓球節(jié)點由螺栓、鋼球、銷子螺栓球節(jié)點由螺栓、鋼球、銷子( (或止緊螺釘或止緊螺釘) )、套、套筒和錐頭或封板組成，如下圖筒和錐頭或封板組成，如下圖, ,適用于連接鋼管桿件。適用于連接鋼管桿件。 鋼球鋼球螺栓螺栓套筒套筒帷頭帷頭銷子銷子封板封板a1 a a1l圖圖8.2.13設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構

44、大跨度房屋結構 螺栓是節(jié)點中最關鍵的傳力部件，在同一網(wǎng)架中，連接螺栓是節(jié)點中最關鍵的傳力部件，在同一網(wǎng)架中，連接弦桿所采用的高強度螺栓可采用同一直徑，而連接腹桿的可弦桿所采用的高強度螺栓可采用同一直徑，而連接腹桿的可采用同一直徑。在小跨度的輕型網(wǎng)架中，連接球體的弦桿和采用同一直徑。在小跨度的輕型網(wǎng)架中，連接球體的弦桿和腹桿可以采用同一規(guī)格的直徑。螺栓直徑一般由網(wǎng)架中最大腹桿可以采用同一規(guī)格的直徑。螺栓直徑一般由網(wǎng)架中最大受拉桿件的內力控制，一個螺栓受拉承載力設計值按下式計受拉桿件的內力控制，一個螺栓受拉承載力設計值按下式計算：算：bbtetNA f 螺栓直徑對承載力影響系數(shù)；當螺栓直徑螺栓直徑

45、對承載力影響系數(shù)；當螺栓直徑30mm時時, ,取為取為1.0；當螺校直徑；當螺校直徑30mm時時, ,取為取為0.930.93；A Ae e高強度螺栓的有效截面面積高強度螺栓的有效截面面積(mm2)，即螺栓螺紋處的截，即螺栓螺紋處的截面積面積, ,當螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時。當螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時。 Ae 應取螺紋處或銷孔應取螺紋處或銷孔鍵槽處二者中的較小值；鍵槽處二者中的較小值；設計設計鋼結構鋼結構第八章第八章 大跨度房屋結構大跨度房屋結構2222111222211cot2sincotsindDddddDddftb高強度螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強度設計值，高強度螺栓經(jīng)熱處理后的抗拉強度設計值，對對40B鋼、鋼、40Cr鋼與鋼與20MnTiB鋼，取為鋼，取為43