第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系

1、第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系一、組合網(wǎng)架 采用鋼筋混凝土平板或代肋平板，代替一般鋼網(wǎng)架的上弦桿，作為結(jié)構(gòu)的上表層，而形成一種下部是鋼結(jié)構(gòu)，上部由混凝土組成的一種新型的空間結(jié)構(gòu) 1、組合網(wǎng)架的特點 ：充分發(fā)揮鋼材受拉和混凝土受壓的優(yōu)勢。 結(jié)構(gòu)的承重和維護(hù)功能合二為一 。組合網(wǎng)架剛度大，抗震性能好。組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性好。 組合網(wǎng)架可適用于圓形、矩形、三角形、扇形等各種形式平面。不僅適用于各種建筑物的屋蓋，而且更適用于大柱網(wǎng)、大空間的樓面 。 組合網(wǎng)架的缺點，上弦節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，給制作安裝帶來一些不便。 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系2、組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分類（1）按照網(wǎng)架形式來劃分 交叉桁架系組合網(wǎng)架 。兩

2、向正交正放組合網(wǎng)架、兩向正交斜放組合網(wǎng)架及三向組合網(wǎng)架 。 四角錐組合網(wǎng)架 。包括正放四角錐組合網(wǎng)架、正放抽空四角錐組合網(wǎng)架、斜放四角錐組合網(wǎng)架、棋盤形四角錐組合網(wǎng)架及星形四角錐組合網(wǎng)架五種形式 三角錐體系組合網(wǎng)架。包括三角錐組合網(wǎng)架、抽空三角錐組合網(wǎng)架及蜂窩形三角錐組合網(wǎng)架三種形式。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系 兩向正交類組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。包括兩向正交正放組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、正放四角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、正放抽空四角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及棋盤形四角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)共四種形式的組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 兩向斜交類組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。包括兩向正交斜放組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、斜放四角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及星型四角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)共三種形式的組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

3、三向類組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。包括三向組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、三角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及抽空三角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)共三種形式的組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 蜂窩形三角錐組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系（2）按照上弦板的擱置方式劃分 周邊支承組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。把周邊所有組合網(wǎng)架支座節(jié)點擱置在柱、梁及墻等支承結(jié)構(gòu)上。 點支承組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。 周邊支承與點支承相結(jié)合。包括相鄰兩邊支承與點支承結(jié)合和一邊支承與點支承相結(jié)合。（3）根據(jù)支承布置情況劃分第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系3、組合網(wǎng)架的計算要點 將組合網(wǎng)架的帶肋平板離散成能承受軸力、面力和彎矩的梁元和板殼元； 將腹桿和下弦作為承受軸力的桿元，并應(yīng)考慮兩種不同材料的材性。 組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也可采用

4、空間桿系有限元法作簡化計算。 分析時將組合網(wǎng)架的帶肋平板等代為僅能承受軸力的上弦，并與腹桿和下弦構(gòu)成兩種不同材料的等代網(wǎng)架，按空間桿系有限元法進(jìn)行內(nèi)力位移計算。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系二、斜拉結(jié)構(gòu) 斜拉結(jié)構(gòu)通常是由塔柱、屋蓋結(jié)構(gòu)和斜拉索組合而成，斜拉索上端懸掛在塔柱上，下端與屋蓋相連，三者共同工作而形成的結(jié)構(gòu)體系 。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系北京奧林匹克綜合館北京奧林匹克綜合館72m83m斜拉網(wǎng)殼斜拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系 斜拉索為主體結(jié)構(gòu)提供中間彈性支承點，減小主體結(jié)構(gòu)支承點間的距離，增加了結(jié)構(gòu)的剛度，可以以較小的截面尺寸跨越較大的空間。 能充分發(fā)揮拉索抗拉強(qiáng)度高和屋蓋結(jié)構(gòu)

5、抗彎、壓、拉強(qiáng)度高的優(yōu)點。 預(yù)應(yīng)力雜交結(jié)構(gòu)體系，由于高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力拉索的引入使鋼材強(qiáng)度的利用更加充分，結(jié)構(gòu)自重降低；1、 斜拉結(jié)構(gòu)的特點 對拉索施加預(yù)張力后，一方面可明顯改變結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使結(jié)構(gòu)受力均勻，提高結(jié)構(gòu)的剛度；另外也可以避免拉索出現(xiàn)松弛，退出工作。 結(jié)構(gòu)體系以索取代立柱，形成室內(nèi)無阻擋的大空間，易于滿足各種功能要求； 造型優(yōu)美。斜置的拉索與高聳的塔柱有機(jī)的結(jié)合，融合建筑技術(shù)與藝術(shù)于一體，可以形成輕巧、造型富于變化的、豐富多姿的建筑形體。暴露在外的主體承重結(jié)構(gòu)形態(tài)各異，粗獷剛勁，建筑造型新穎豪放。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系2、斜拉結(jié)構(gòu)的分類 豎琴形（平行） 美學(xué)效果好；缺點是拉索的傾角

6、較小，使塔柱產(chǎn)生較大的彎矩 輻射形塔的彎矩減小，缺點是多根索匯于塔頂，非常擁擠，造成錨固區(qū)應(yīng)力集中、構(gòu)造復(fù)雜 扇形布置綜合了兩種索形的優(yōu)點，是一種比較理想的索形 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系（1）按布索形式bcabcabca 斜拉網(wǎng)架 斜拉網(wǎng)殼 斜拉立體桁架第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系（2）按建筑物的封閉情況 封閉式 敞開式 半敞開式。 當(dāng)結(jié)構(gòu)為敞開式和半敞開式時，必須考慮風(fēng)吸力的作用，必要時需設(shè)置施加一定預(yù)應(yīng)力的穩(wěn)定索，以平衡風(fēng)荷載。（3）按屋蓋結(jié)構(gòu)不同第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系布魯塞爾世博會的蘇聯(lián)館 呼和浩特民航機(jī)庫維修大廳第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系2000年建成的浙江省黃龍體育中心主體育場呈

7、圓形，直徑247.7m，挑篷屋蓋結(jié)構(gòu)采用斜拉網(wǎng)殼體系，斜拉索上端錨固在85m高的預(yù)應(yīng)力混凝土塔筒上，支承看臺上部的網(wǎng)殼 2001年建成的深圳市游泳跳水館（120m80m鋼結(jié)構(gòu)屋蓋為預(yù)應(yīng)力鋼棒與主次桁架的斜拉組合結(jié)構(gòu)，1榀鋼梭形主立體桁架及兩側(cè)各四道次立體桁架，沿主桁架成對布置四根桅桿，每桅桿有四根斜拉索(鋼棒) 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系 1999年建成的西安國際展覽中心斜拉索立體桁架結(jié)構(gòu)（163.3m82m），32根斜拉索將整個屋蓋懸吊在建筑物中部出屋面45m高的16座混凝土塔柱上，桁架間距9m 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系三、拉索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 拉索預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)由鋼索和空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)（網(wǎng)

8、架、網(wǎng)殼、組合網(wǎng)架及組合網(wǎng)殼等）結(jié)構(gòu)，通過張拉鋼索對空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，鋼索和空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形成自相平衡體系，而不需要其他構(gòu)件承受鋼索的拉力。 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系 攀枝花市體育館預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 拉索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以方便地通過拉索的布置和索力的調(diào)整，按照設(shè)計人員的設(shè)計意圖有效地調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和剛度的分布，從而提高結(jié)構(gòu)承載力和控制結(jié)構(gòu)變形，改善結(jié)構(gòu)的受力性能。 建筑設(shè)計的角度來看，拉索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)只在網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)夭贾蒙贁?shù)拉索便可有效改善結(jié)構(gòu)的受力性能，通常并不影響建筑造型的使用功能。同時由于預(yù)應(yīng)力的引入，使得結(jié)構(gòu)受力更趨于合理，因此拉索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格可以適應(yīng)更大的跨度，滿足大空間建

9、筑的要求。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系1、拉索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的特點和分類 從制作和施工的角度來看，目前網(wǎng)格結(jié)構(gòu)加工、安裝技術(shù)已非常成熟，預(yù)應(yīng)力拉索的材料、錨固系統(tǒng)、施工張拉和控制技術(shù)也非常完善，新材料和新工藝也不斷涌現(xiàn)，為預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的工程實現(xiàn)提供了有利的保證。 從經(jīng)濟(jì)的角度來看，采用預(yù)應(yīng)力的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以較大幅度地節(jié)省鋼材，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)可觀。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系上海國際購物中心預(yù)應(yīng)力組合網(wǎng)架結(jié)構(gòu) 2、拉索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分類 桁內(nèi)配索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu)桁外配索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系1）按拉索布置形式 直線配索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 折線配索預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 單次預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 多次

10、預(yù)應(yīng)力網(wǎng)格結(jié)構(gòu) 拉索預(yù)應(yīng)力空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的工作原理實際上是一個內(nèi)力代換的過程，即將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中由于外荷載產(chǎn)生的一部分內(nèi)力，逐步轉(zhuǎn)換到由拉索承擔(dān)，內(nèi)力替換的過程可以一次到位，也可以分多次逐步進(jìn)行。 第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系2）按拉索的類型3）按施加預(yù)應(yīng)力次數(shù)四、張弦結(jié)構(gòu) 張弦結(jié)構(gòu)由三類基本構(gòu)件組成，即可以承受彎矩和壓力的上弦剛性構(gòu)件（通常為梁、拱或桁架）、下弦的高強(qiáng)度拉索以及連接兩者之間的撐桿 。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系梁拱桁架張弦結(jié)構(gòu)+=索第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系鋼索（鋼拉桿）鋼索（鋼拉桿）撐桿撐桿鋼索（鋼拉桿）鋼索（鋼拉桿）撐桿網(wǎng)殼桁架拱梁(d)張弦網(wǎng)殼(b)張弦拱(a)張弦梁(c)張弦桁

11、架 1、張弦結(jié)構(gòu)特點 張弦結(jié)構(gòu)在保證充分發(fā)揮索的抗拉性能的同時，引進(jìn)了具有抗壓和抗彎能力的桁架或梁而使體系的剛度和穩(wěn)定性大為增強(qiáng)。 對張弦結(jié)構(gòu)中的索施加一定的預(yù)拉力，既可使索具有適當(dāng)?shù)某跏伎嚲o度，又可以使桁架或梁產(chǎn)生反撓度，減小結(jié)構(gòu)在荷載作用下的最終撓度。撐桿對上弦剛性構(gòu)件提供彈性支撐，使上弦內(nèi)力分布趨于均勻，從而達(dá)到改善結(jié)構(gòu)受力性能的目的。 上弦的剛性構(gòu)件采用拱或桁架拱時，在荷載作用下拱的水平推力由下弦的抗拉構(gòu)件承受，減輕拱對支座產(chǎn)生的負(fù)擔(dān)，減少滑動支座的水平位移。 上弦剛性構(gòu)件和拉索協(xié)同工作，達(dá)到自平衡，充分發(fā)揮了每種材料的性能。第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系2、張弦結(jié)構(gòu)的分類 1） 平面張弦結(jié)構(gòu)第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系 （a）直線型 （b）拱形 （c）人字拱形第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系2）空間張弦結(jié)構(gòu) 雙向張弦結(jié)構(gòu) 輻射式張弦結(jié)構(gòu) 單向張弦結(jié)構(gòu)第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系上海浦東國際機(jī)場航站樓張弦屋蓋結(jié)構(gòu)辦票大廳的張弦梁屋蓋跨度最大，水平投影跨度達(dá)到82.6m，每榀張弦梁縱向間距為9m。該張弦梁結(jié)構(gòu)上下弦均為圓弧形，上弦構(gòu)件由3根方鋼管構(gòu)成（其中主弦、兩側(cè)副均為焊接方鋼管，主副弦之間以短鋼管相連），撐桿為圓鋼管，下弦拉索采用平行鋼絲束。上海浦東國際機(jī)場航站樓 廣州國際會議展覽中心第5章 大跨空間結(jié)構(gòu)新體系廣州國際會議展覽中心張弦桁架跨度為126.6m，南北高差為3.2m，桁架