第四章 大跨建筑結(jié)構(gòu)選型

1、第四章第四章 大跨度結(jié)構(gòu)選型大跨度結(jié)構(gòu)選型建筑結(jié)構(gòu)選型1 大跨度建筑概況2 拱結(jié)構(gòu)3 剛架結(jié)構(gòu)4 桁架結(jié)構(gòu)5 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)6 折板結(jié)構(gòu)7 薄殼結(jié)構(gòu)8 懸索結(jié)構(gòu)9 其它結(jié)構(gòu)型式 3030米，小跨度米，小跨度 30306060米，中跨度米，中跨度 6060米，大跨度米，大跨度1.2.1 1.2.1 古典大跨結(jié)構(gòu)古典大跨結(jié)構(gòu) 特征： “磚石結(jié)構(gòu)” 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(jié)構(gòu) 交叉拱：屋面自重較大 拱 肋：結(jié)構(gòu)高直輕巧 4）從穹窿結(jié)構(gòu)到帆拱 穹隆：圓形平面 帆拱：方形平面 1.

2、2.2 1.2.2 平面大跨結(jié)構(gòu)平面大跨結(jié)構(gòu) 特征：“桁架、剛架、拱結(jié)構(gòu)” 1）從梁到桁架 2）從梁到剛架 3）從梁到拱1.2.3 1.2.3 新型大跨結(jié)構(gòu)新型大跨結(jié)構(gòu)（二戰(zhàn)）（二戰(zhàn)） 特征：“薄殼、懸索、網(wǎng)架” 1）雞蛋殼薄壁結(jié)構(gòu) 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(wǎng)懸索結(jié)構(gòu) 纖細的索網(wǎng)，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(wǎng)架結(jié)構(gòu) 利用小型桿件，組合成整體結(jié)構(gòu)，剛度大，變形小，自重輕，材料省1.3.1 1.3.1 大跨建筑主要承受豎向荷載大跨建筑主要承受豎向荷載 1）高層結(jié)構(gòu) 荷載：水平荷載為控制因素 構(gòu)件

3、：豎向懸臂構(gòu)件柱(線)，墻(面)，筒(體) 變形：水平側(cè)移 2）大跨結(jié)構(gòu) 荷載：豎向荷載為控制因素 構(gòu)件：水平簡支構(gòu)件 變形：豎向撓曲1.3.2 1.3.2 大跨結(jié)構(gòu)是梁結(jié)構(gòu)的改造和演變大跨結(jié)構(gòu)是梁結(jié)構(gòu)的改造和演變1.3.3 1.3.3 新型大跨結(jié)構(gòu)的特點新型大跨結(jié)構(gòu)的特點 整體上是空間結(jié)構(gòu) 跨度大，可覆蓋巨大的室內(nèi)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(jié)構(gòu)：在豎向荷載下產(chǎn)生水平推力 2）拱是一種無矩結(jié)構(gòu)：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 1 1）按受力）按受力 三鉸拱 兩

4、鉸拱 無鉸拱 2 2）按外形）按外形 雙折線型 圓弧線型 拋物線型 1）跨度：公建主體3040米，可達到95200米， 經(jīng)濟跨度80100米 2）矢高：與建筑外形、使用要求、屋面構(gòu)造、內(nèi)力計算有關(guān) 屋蓋結(jié)構(gòu) f=(1/101/5)L 公建主體 f=(1/51/2)L1）跨度4060米時 拱間距610米，設(shè)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(jié)構(gòu)屋蓋布置 1）由拉桿承受推力 2）由框架承受推力 3）基礎(chǔ)承受推力 4）剛性水平構(gòu)件承受推力 1）內(nèi)力分布均勻 2）結(jié)構(gòu)輕巧，節(jié)省材料，制作方便 3）空間高度大 4）結(jié)構(gòu)剛度差 1）按組成 三鉸剛架 兩鉸

5、剛架 無鉸剛架 2）按斷面 實腹式 格構(gòu)式 1）跨度 實腹式：5060米 格構(gòu)式兩鉸剛架： 60120米 格構(gòu)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(shè)預(yù)應(yīng)力拉桿 h=(1/301/40)L 格構(gòu)柱寬同橫梁節(jié)間 57米 折線弓形剛架梁高、柱寬 (1/151/25)L 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(gòu)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 1）將受彎桿件轉(zhuǎn)化為軸力桿件 2）充分利用三角形的剛性特點 3）充分利用材料特

6、性，以小桿件拼合跨越大空間 1）按材料：木、鋼砼、鋼、組合式 2）按外形： 三角形 L18m，i=1/51/2 梯 形 L=1836m，72m，f/L=1/61/8 拱 形 L=1836m，60m，f/L=1/61/8 折線形 平行弦 1）支座 平板支座 滾軸支座 2）屋架端部 內(nèi)天溝式 自由落水 外天溝式 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1）按材料：木、鋼砼、鋼、組合式2）按外形： 平板網(wǎng)架 a.交叉桁架體系 b.角錐體系 曲面網(wǎng)架 a.球面

7、網(wǎng)殼 b.柱面網(wǎng)殼 c.雙曲面網(wǎng)殼 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(wǎng)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(wǎng)架的主要尺寸 1）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(wǎng)架上弦起坡 排水坡度要求 25% 結(jié)構(gòu)起拱：跨度60m時，起拱1/300 上弦加柱：按坡度變高 1）支承方式 四邊支承：四邊設(shè)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(gòu)

8、造 平板鉸支座：用于跨度較小 轉(zhuǎn)動弧形支座：用于跨度大 搖擺支座：用于跨度大、溫差大1）球面網(wǎng)殼2）柱面網(wǎng)殼曲面網(wǎng)殼應(yīng)用 1）折板：由鋼砼或鋼網(wǎng)水泥平板組成2）橫隔構(gòu)件：可用橫隔板、橫隔梁、橫隔桁架 3）邊梁：當(dāng)跨度較大時設(shè)邊梁，以減小折板傾角 1）折板類型 長折板：L/B1，f(1/101/15)L 短折板：L/B1，f1/8L2）跨度：普通砼可達到21米，預(yù)應(yīng)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2545 曲面厚度/曲率半徑1/20時稱為薄殼 建筑工程結(jié)構(gòu)中常為1/501/1001）受力主要是面內(nèi)力（薄膜內(nèi)力）2）可覆蓋大空

9、間而不設(shè)柱3）自重輕，剛度大，整體性好，利于抗震4）節(jié)省材料，經(jīng)濟效果好5）造型美觀，活波新穎 1）組成：殼面、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 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 1）組成：殼面、邊緣構(gòu)件 2）幾何尺寸 跨度：經(jīng)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

10、50100 3）邊緣構(gòu)件 薄腹梁 拉桿拱 桁 架 密柱曲梁 1）組成：殼面、邊緣構(gòu)件 2）幾何尺寸 跨度：單塊柱網(wǎng)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(gòu)件：桁架、密柱邊梁、剛性墻 1）自由山丘型 2）低壓薄膜型 3）懸掛布型 1）體系構(gòu)成 索網(wǎng) 支承結(jié)構(gòu) 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(fēng)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 1）單層單曲面索 2）雙層單曲面索 3）輪輻式索 4）鞍形索網(wǎng) 1）采用斜向牽索將懸索拉

11、到基礎(chǔ)上 2）設(shè)置對稱的斜撐體系平衡內(nèi)拉力 3）設(shè)置對稱的斜拱體系平衡內(nèi)拉力 4）設(shè)置封閉環(huán)梁活馬鞍形環(huán)梁平衡內(nèi)拉力 5）設(shè)置豎拱和扁圓環(huán)梁平衡內(nèi)拉力 6）設(shè)置橫向水平桁架和縱墻體系平衡內(nèi)拉力1260004400440014400錨塊斜拉索塔柱索網(wǎng)曲線邊梁主懸索拉桿1）體系構(gòu)成 覆蓋膜面 支撐結(jié)構(gòu)胞體仿生 建筑結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)類型 充氣薄膜結(jié)構(gòu) 懸掛薄膜結(jié)構(gòu) 骨架支撐薄膜結(jié)構(gòu) 1）充氣薄膜結(jié)構(gòu) 波士頓藝術(shù)中心劇場 氣壓薄膜工作原理美國密執(zhí)安州龐提亞克體育館 氣承薄膜工作原理

12、英國千禧帳篷千禧帳篷展廳布置內(nèi)景2）懸掛薄膜結(jié)構(gòu)3）骨架支撐膜結(jié)構(gòu)1）剛架 懸索混合丹東體育館比賽大廳屋蓋承重結(jié)構(gòu)簡圖，采用了剛架-索混合空間結(jié)構(gòu)，大廳平面尺寸為45m80m。橫剖面縱剖面2）拱-網(wǎng)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(cè)立面呈人字形。大拱懸吊空間桁架，作為網(wǎng)架的支座，大跨度網(wǎng)架分成兩榀較小跨度網(wǎng)架。 耶魯大學(xué)冰球館耶魯大學(xué)冰球館耶魯大學(xué)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。3）拱 - 索混合 4）懸索-拱交叉索網(wǎng)混合 北京朝陽體育館

13、北京朝陽體育館索網(wǎng)懸掛在中央“索-拱結(jié)構(gòu)”和外側(cè)的邊緣構(gòu)件之間，中央索拱結(jié)構(gòu)由兩條懸索和兩個格構(gòu)式的鋼拱組成。國家體育場國家體育場“鳥巢鳥巢”，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架體現(xiàn)完美，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架體現(xiàn)完美概況：概況：設(shè)計者：瑞士赫爾佐格和德梅隆設(shè)計公司 坐落在奧林匹克公園中央?yún)^(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(shè)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。 國家體育場國家體育場“鳥巢鳥巢”，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架體現(xiàn)完美，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架體現(xiàn)完美結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：外觀即為建筑的結(jié)構(gòu)，立面與結(jié)構(gòu)達到了統(tǒng)一。結(jié)構(gòu)的組件相互支撐，形成了網(wǎng)絡(luò)狀的構(gòu)架，就象樹枝編織的鳥巢。 國家體育場國家體育場“鳥巢鳥巢”，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架體現(xiàn)完美，網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架體現(xiàn)完美外殼：外殼：外殼采用可作為填充物的氣墊膜，使屋頂達到完全防水的要求，陽光可以穿過透明的屋頂滿足室內(nèi)草坪的生長需要。 國家體育場國家體育場“鳥巢鳥巢”，網(wǎng)絡(luò)狀