大跨建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1、大跨建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 大跨與空間鋼結(jié)構(gòu)主要用于公共建筑，如大會(huì)大跨與空間鋼結(jié)構(gòu)主要用于公共建筑，如大會(huì)堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場(chǎng)、航空港等。場(chǎng)、航空港等。 大跨度結(jié)構(gòu)也用于工業(yè)建筑，如飛機(jī)制造廠的大跨度結(jié)構(gòu)也用于工業(yè)建筑，如飛機(jī)制造廠的總裝配車間、飛機(jī)庫、造船廠的船體結(jié)構(gòu)車間等等。總裝配車間、飛機(jī)庫、造船廠的船體結(jié)構(gòu)車間等等。這些建筑采用大跨結(jié)構(gòu)是受裝配機(jī)器（如船舶、飛這些建筑采用大跨結(jié)構(gòu)是受裝配機(jī)器（如船舶、飛機(jī)）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。機(jī)）的大型尺寸或工藝過程要求所決定的。展覽館展覽館日本大分體育公園綜合競(jìng)技場(chǎng)倫敦千

2、年穹頂 大跨度結(jié)構(gòu)的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國家大跨度結(jié)構(gòu)的跨度沒有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程將規(guī)程將6060m以上定義為以上定義為大跨度結(jié)構(gòu)，計(jì)算和構(gòu)造大跨度結(jié)構(gòu)，計(jì)算和構(gòu)造均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到均有特殊規(guī)定。我國目前最大跨度做到340340m，以，以鋼索和膜材做成的索膜結(jié)構(gòu)最大已做到鋼索和膜材做成的索膜結(jié)構(gòu)最大已做到320m。 大跨度結(jié)構(gòu)主要是在自重荷載下工作，主要矛大跨度結(jié)構(gòu)主要是在自重荷載下工作，主要矛盾是減輕結(jié)構(gòu)自重，故最適宜采用鋼結(jié)構(gòu)。在大跨盾是減輕結(jié)構(gòu)自重，故最適宜采用鋼結(jié)構(gòu)。在大跨度屋蓋中應(yīng)盡

3、可能使用輕質(zhì)屋面結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)屋面材度屋蓋中應(yīng)盡可能使用輕質(zhì)屋面結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)屋面材料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。料，如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。 平面結(jié)構(gòu)體系平面結(jié)構(gòu)體系梁式體系梁式體系框架式體系框架式體系拱式體系拱式體系空間結(jié)構(gòu)體系空間結(jié)構(gòu)體系實(shí)體結(jié)構(gòu)類：薄殼、折板結(jié)構(gòu)實(shí)體結(jié)構(gòu)類：薄殼、折板結(jié)構(gòu)張力結(jié)構(gòu)類：懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)張力結(jié)構(gòu)類：懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)類混合結(jié)構(gòu)類網(wǎng)格結(jié)構(gòu)類：網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)類：網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 梁式結(jié)構(gòu)體系一般采用簡支桁架的形式，桁架梁式結(jié)構(gòu)體系一般采用簡支桁架的形式，桁架的優(yōu)點(diǎn)是制作與安裝都比較簡單，其上、下弦及腹的優(yōu)點(diǎn)是制作與安裝都比較簡單，其上、

4、下弦及腹桿僅承受拉力或壓力，對(duì)支座也沒有橫推力。桿僅承受拉力或壓力，對(duì)支座也沒有橫推力。 適用跨度：適用跨度：4040 6060m，更大的跨度由于耗鋼量，更大的跨度由于耗鋼量過大而不經(jīng)濟(jì)。過大而不經(jīng)濟(jì)。 重點(diǎn)是支撐系統(tǒng)的布置，對(duì)保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系重點(diǎn)是支撐系統(tǒng)的布置，對(duì)保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系的整體剛度是非常重要的。的整體剛度是非常重要的。 大跨度梁式結(jié)構(gòu)的外形及腹桿體系，決定于跨大跨度梁式結(jié)構(gòu)的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結(jié)構(gòu)的形式，常用的有梯形度、屋面型式及吊天棚結(jié)構(gòu)的形式，常用的有梯形和拱形桁架。按重量最優(yōu)確定的桁架的高跨比一般和拱形桁架。按重量最優(yōu)確定的桁架的高跨比一般為為1/6

5、1/61/81/8。 常用形式：常用形式： （1 1）角鋼（或）角鋼（或T型鋼）桁架型鋼）桁架 （2） H型鋼重型桁架型鋼重型桁架* （3）鋼管桁架（圓鋼管或矩形管）鋼管桁架（圓鋼管或矩形管）* 桁架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)和支座，跨度大于桁架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)和支座，跨度大于35354040m時(shí)，梁式結(jié)構(gòu)的支座之一必須作成可移動(dòng)的，時(shí)，梁式結(jié)構(gòu)的支座之一必須作成可移動(dòng)的，以減小對(duì)支承墻體或支柱傳遞的橫向反力，橫向反以減小對(duì)支承墻體或支柱傳遞的橫向反力，橫向反力一般由屋架下弦的彈性變形產(chǎn)生。力一般由屋架下弦的彈性變形產(chǎn)生。* * 上海證券大廈上海證券大廈 連接兩幢主樓連接兩幢主樓的天橋桁架跨度的天橋桁架

6、跨度63m，共支承著從，共支承著從17層至層至26層共層共8個(gè)個(gè)樓層，采用了樓層，采用了H型型鋼重型桁架。鋼重型桁架。上海浦東國際機(jī)場(chǎng) 上海浦東國際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓屋架梁跨度上海浦東國際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓屋架梁跨度83m，跨中高度超過跨中高度超過11m，單榀屋架梁重，單榀屋架梁重55噸。噸。 為了增加屋架結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)為保證屋架梁為了增加屋架結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)為保證屋架梁在風(fēng)吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了在風(fēng)吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預(yù)應(yīng)力鋼索，對(duì)下弦施加足夠的預(yù)應(yīng)力。一根預(yù)應(yīng)力鋼索，對(duì)下弦施加足夠的預(yù)應(yīng)力。 一般用節(jié)點(diǎn)板連接，過去采用的方法是按桁架一般用節(jié)點(diǎn)板連接，過去采用的方法是

7、按桁架弦桿或腹桿的最大內(nèi)力選擇節(jié)點(diǎn)板厚，當(dāng)受力較復(fù)弦桿或腹桿的最大內(nèi)力選擇節(jié)點(diǎn)板厚，當(dāng)受力較復(fù)雜時(shí)不可靠。國外有些規(guī)范（如美國雜時(shí)不可靠。國外有些規(guī)范（如美國AISC規(guī)范）規(guī)規(guī)范）規(guī)定需進(jìn)行計(jì)算。定需進(jìn)行計(jì)算。 88規(guī)范后的規(guī)范后的9090年代，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院會(huì)同云年代，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院會(huì)同云南省建筑設(shè)計(jì)院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點(diǎn)板南省建筑設(shè)計(jì)院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點(diǎn)板的試驗(yàn)，其中受拉試件的試驗(yàn)，其中受拉試件1616個(gè)，受壓試件個(gè)，受壓試件8 8個(gè)。從而總個(gè)。從而總結(jié)出結(jié)出用撕裂面法推導(dǎo)出來的公式用撕裂面法推導(dǎo)出來的公式。 由于桁架節(jié)點(diǎn)板的外形往往不規(guī)則，同時(shí)，一些由于桁架節(jié)點(diǎn)

8、板的外形往往不規(guī)則，同時(shí)，一些受動(dòng)力荷載的桁架還需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)板的疲勞，用撕受動(dòng)力荷載的桁架還需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)板的疲勞，用撕裂面法推導(dǎo)出來的公式計(jì)算比較麻煩。故參照國外裂面法推導(dǎo)出來的公式計(jì)算比較麻煩。故參照國外多數(shù)國家的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范建議對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)板也可采用多數(shù)國家的經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范建議對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)板也可采用有效寬度法進(jìn)行承載力計(jì)算。有效寬度法進(jìn)行承載力計(jì)算。 有效寬度法假定腹桿軸力有效寬度法假定腹桿軸力通過連接件在節(jié)點(diǎn)板通過連接件在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)按照應(yīng)力擴(kuò)散角度傳至連接件端部與內(nèi)按照應(yīng)力擴(kuò)散角度傳至連接件端部與N 相垂直的相垂直的一定寬度范圍內(nèi)，稱為有效寬度一定寬度范圍內(nèi)，稱為有效寬度be 。 假定假定b be

9、e范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力達(dá)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力達(dá)到到fu，并令，并令betfu=Nu(節(jié)點(diǎn)板破壞節(jié)點(diǎn)板破壞時(shí)的腹桿軸力時(shí)的腹桿軸力) )，按此法擬合的結(jié)，按此法擬合的結(jié)果，當(dāng)應(yīng)力擴(kuò)散角果，當(dāng)應(yīng)力擴(kuò)散角 =270時(shí)精度最時(shí)精度最高，計(jì)算值與試驗(yàn)值的比高，計(jì)算值與試驗(yàn)值的比值平均值平均為為98.9%；當(dāng)；當(dāng) =300時(shí)，比值為時(shí)，比值為106.8%，考慮到國外多數(shù)國家對(duì)，考慮到國外多數(shù)國家對(duì)應(yīng)力擴(kuò)散角均取為應(yīng)力擴(kuò)散角均取為300，為與國際，為與國際接軌且誤差較小，建議取接軌且誤差較小，建議取 =300。 有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點(diǎn)板采用側(cè)焊、有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點(diǎn)板采用側(cè)焊、圍焊、鉚釘、螺栓等多種連

10、接情況，（采用鉚釘圍焊、鉚釘、螺栓等多種連接情況，（采用鉚釘或螺栓連接時(shí)，或螺栓連接時(shí)，be應(yīng)取為有效凈寬度）。應(yīng)取為有效凈寬度）。 桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表 一般的鋼結(jié)構(gòu)教科書和手冊(cè)均列有一般的鋼結(jié)構(gòu)教科書和手冊(cè)均列有“桁架節(jié)點(diǎn)板桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表厚度選用表”，但都系互相參考，缺乏科學(xué)依據(jù)。這，但都系互相參考，缺乏科學(xué)依據(jù)。這次該研究組先制作了次該研究組先制作了N- t/b關(guān)系表（關(guān)系表（N為腹桿最大拉力為腹桿最大拉力；t為節(jié)點(diǎn)板厚度；為節(jié)點(diǎn)板厚度；b為連接肢寬度），反映了側(cè)焊縫為連接肢寬度），反映了側(cè)焊縫焊腳尺寸焊腳尺寸hf1、hf2的影響。同時(shí)又在上述參數(shù)組合的的影響。

11、同時(shí)又在上述參數(shù)組合的最不利情況下，重新整理出偏于安全的最不利情況下，重新整理出偏于安全的Nt表。相對(duì)表。相對(duì)來說它比以往的來說它比以往的Nt表更符合實(shí)際。表更符合實(shí)際。 為保證節(jié)點(diǎn)板受壓時(shí)的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不為保證節(jié)點(diǎn)板受壓時(shí)的穩(wěn)定，桁架桿件間間隙不能太大，例如有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板（或自由邊有加勁能太大，例如有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板（或自由邊有加勁的節(jié)點(diǎn)板）的節(jié)點(diǎn)板） ，不能理解為，不能理解為c c 值愈小愈值愈小愈好。規(guī)范規(guī)定好。規(guī)范規(guī)定“弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間弦桿與腹桿、腹桿與腹桿之間的間隙，不應(yīng)小于隙，不應(yīng)小于20mm”，是由于間隙過小，焊接殘余，是由于間隙過小，焊接殘余應(yīng)力影響過大。

12、而對(duì)吊車桁架，為避免疲勞破壞又應(yīng)力影響過大。而對(duì)吊車桁架，為避免疲勞破壞又規(guī)定此間隙規(guī)定此間隙“不宜小于不宜小于50mm”；同時(shí)還規(guī)定在工作；同時(shí)還規(guī)定在工作溫度溫度-20 C地區(qū)的桁架，為防冷脆，地區(qū)的桁架，為防冷脆，“腹桿與弦桿相腹桿與弦桿相鄰焊縫焊趾間凈距不宜小于鄰焊縫焊趾間凈距不宜小于2.5t ”。同樣，這些規(guī)。同樣，這些規(guī)定不能理解為桿件間間隙愈大愈好，在某些情況如定不能理解為桿件間間隙愈大愈好，在某些情況如出現(xiàn)矛盾，應(yīng)妥善處理。出現(xiàn)矛盾，應(yīng)妥善處理。yftc/23515 隨著熱軋隨著熱軋H型鋼在我國投產(chǎn)，剖分型鋼在我國投產(chǎn)，剖分T型鋼用于型鋼用于桁桁架弦桿或腹桿的情況越來越多。架弦

13、桿或腹桿的情況越來越多。T 型鋼桁架的優(yōu)點(diǎn)型鋼桁架的優(yōu)點(diǎn)是：無離縫、防腐易處理、用鋼量省。是：無離縫、防腐易處理、用鋼量省。 問題：問題： （1 1）節(jié)點(diǎn)施工不方便；）節(jié)點(diǎn)施工不方便； （2 2）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式不同，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)更加）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式不同，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)更加復(fù)雜，同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)受力研究不夠，故規(guī)范公式均復(fù)雜，同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)受力研究不夠，故規(guī)范公式均不適用；不適用； （3 3）板件的局部穩(wěn)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。）板件的局部穩(wěn)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。 桁架節(jié)點(diǎn)鉸接是一種近似，條件是桿件較細(xì)長，桁架節(jié)點(diǎn)鉸接是一種近似，條件是桿件較細(xì)長，以以H型鋼作弦桿或腹桿的重型桁架，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意型鋼作弦

14、桿或腹桿的重型桁架，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意節(jié)點(diǎn)的次應(yīng)力，或按剛接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)重要的節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)的次應(yīng)力，或按剛接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，對(duì)重要的節(jié)點(diǎn)還應(yīng)進(jìn)行有限元分析。還應(yīng)進(jìn)行有限元分析。 鋼管桁架節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，原鋼管桁架節(jié)點(diǎn)受力復(fù)雜，原8888規(guī)范只有直接焊規(guī)范只有直接焊接的平面桁架式圓管結(jié)構(gòu)的條文。近幾年同濟(jì)大學(xué)接的平面桁架式圓管結(jié)構(gòu)的條文。近幾年同濟(jì)大學(xué)對(duì)圓鋼管空間桁架節(jié)點(diǎn)作了一些試驗(yàn)和分析；哈工對(duì)圓鋼管空間桁架節(jié)點(diǎn)作了一些試驗(yàn)和分析；哈工大對(duì)直接焊接的方管桁架結(jié)構(gòu)（主管為方管，支管大對(duì)直接焊接的方管桁架結(jié)構(gòu)（主管為方管，支管為方管或圓管）的節(jié)點(diǎn)作了一些試驗(yàn)和分析，鋼為方管或圓管）的節(jié)點(diǎn)作了一些試驗(yàn)和分析，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

15、計(jì)規(guī)范修訂時(shí)，其成果已部分納入。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范修訂時(shí)，其成果已部分納入。 與梁式結(jié)構(gòu)體系相比，框架式體系比較經(jīng)濟(jì)，與梁式結(jié)構(gòu)體系相比，框架式體系比較經(jīng)濟(jì)，且橫梁高度可以取得比梁式結(jié)構(gòu)的高度小，剛度且橫梁高度可以取得比梁式結(jié)構(gòu)的高度小，剛度也較大，常用于工業(yè)建筑。也較大，常用于工業(yè)建筑。 框架柱柱腳可以作成鉸接，也可以作成剛接?？蚣苤_可以作成鉸接，也可以作成剛接。無鉸框架剛度更好，用鋼量省、便于安裝，但這無鉸框架剛度更好，用鋼量省、便于安裝，但這種框架對(duì)溫度作用比較敏感，對(duì)基礎(chǔ)及地基的要種框架對(duì)溫度作用比較敏感，對(duì)基礎(chǔ)及地基的要求較高。求較高。 主要有實(shí)腹式和格構(gòu)式兩大類。主要有實(shí)腹式和格構(gòu)式

16、兩大類。 （1）實(shí)腹式框架結(jié)構(gòu)體系）實(shí)腹式框架結(jié)構(gòu)體系 實(shí)腹式框架適用于跨度不太大（實(shí)腹式框架適用于跨度不太大（L=18=186060m）的框架結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點(diǎn)是制作簡單、便于運(yùn)輸，還的框架結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點(diǎn)是制作簡單、便于運(yùn)輸，還能降低房屋高度。實(shí)腹框架常設(shè)計(jì)成鉸接柱腳。能降低房屋高度。實(shí)腹框架常設(shè)計(jì)成鉸接柱腳。 由于框架支座彎矩的卸載作用使實(shí)腹框架的橫由于框架支座彎矩的卸載作用使實(shí)腹框架的橫梁高度不大，可取跨度的梁高度不大，可取跨度的1/301/301/401/40。 在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，是在我國得到大力發(fā)展的輕型門式剛架結(jié)構(gòu)，是實(shí)腹式框架結(jié)構(gòu)體系的一種，其特點(diǎn)是屋蓋及墻體實(shí)腹式框架結(jié)構(gòu)體系的一種，其特點(diǎn)是屋蓋及墻體均采用壓型鋼板，結(jié)構(gòu)主要承受自身的重量。均采用壓型鋼板，結(jié)構(gòu)主要承受自身的重量。 （1 1）當(dāng)截面全部受壓時(shí)：當(dāng)截面全部受壓時(shí)：he= hw 當(dāng)截面部分受拉時(shí)：當(dāng)截面部分受拉時(shí)：he= hc crypf/cr85. 0p0 . 1時(shí)2 . 18 . 0p)2 . 1(24. 064. 02 . 1pb時(shí))8 . 0(9 . 01pywwcrypfkthf2351 .28/ ywwcrywfkthf23537/2) 15