第10章 大跨度結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及選型

第十章大跨度結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)及選型第一節(jié)門式剛架結(jié)構(gòu)第二節(jié)薄腹梁結(jié)構(gòu)第三節(jié)桁架結(jié)構(gòu)第四節(jié)拱結(jié)構(gòu)第五節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第六節(jié)懸索結(jié)構(gòu)第一節(jié)門式剛架結(jié)構(gòu)一、門式剛架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與適用范圍圖1裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)例

新疆庫爾勒五千噸氣調(diào)庫

長春國富門式剛架廠房

桿件較少，制作方便，結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間較大梁柱剛接，橫梁彎矩較鉸接減少，適用于中小跨結(jié)構(gòu)，跨度可達(dá)４０米，最適宜１８米左右剛度較差，受荷后產(chǎn)生撓度，用于工業(yè)廠房時，吊車起重量不能過大特點(diǎn)廣泛用于工業(yè)廠房和體育館等2門式剛架的類型與構(gòu)造1.從連接方式分：無鉸剛架、兩鉸剛架、三鉸剛架無鉸剛架：超靜定剛架，結(jié)構(gòu)剛度大，但地基有不均勻沉降時，將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力有鉸剛架：靜定剛架，地基有不均勻沉降時，對結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生附加內(nèi)應(yīng)力，但跨度大時，剛度較差，一般用于小跨度（12m）和基礎(chǔ)較差的情況類型鉸接時，剛架橫梁彎矩較大，梁截面大些，柱一般做成變截面，基礎(chǔ)較小固結(jié)時，梁截面較小，柱為不變截面，基礎(chǔ)較大2.從外形分：水平橫梁式、折線橫梁式3.從跨數(shù)分：構(gòu)造縱向柱距：６米橫向跨度：３米的倍數(shù)，如２４米、２７米h/L:h減小將使推力增大，三鉸剛架：h＞L兩鉸剛架：L稍大于h第二節(jié)薄腹梁結(jié)構(gòu)1薄腹梁的優(yōu)缺點(diǎn)和運(yùn)用范圍圖1裝配式結(jié)構(gòu)實(shí)例優(yōu)點(diǎn)：制作、構(gòu)造、吊裝及設(shè)計(jì)較簡單，側(cè)向剛度大，可以降低廠房的高度和不需設(shè)置屋面支撐缺點(diǎn)：自重較大適用跨度：普通鋼筋混凝土薄腹梁為６～１２ｍ預(yù)應(yīng)力時為１２～１８ｍ2薄腹梁的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

和大致尺寸梁端部高度：一般不小于６０ｃｍ雙坡度的屋面坡度：1/8~1/12梁截面高度：單坡梁h=(1/18~1/12)l雙坡梁h=(1/14~1/6)l梁腹厚度：6~10cm受力特點(diǎn)1桁架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)第三節(jié)桁架結(jié)構(gòu)開封縣溫泉游泳館

湖南國際會展中心寬141米湖南國際會展中心待裝配的一榀平面桁架優(yōu)點(diǎn)：受力性能好（受力均勻，材料利用充分）擴(kuò)大了梁式結(jié)構(gòu)的適用跨度桁架可以用多種材料制造桁架體型可以多樣化‘施工方便2桁架的外形與內(nèi)力的關(guān)系一、木屋架特點(diǎn)：節(jié)間大小均勻，桿件內(nèi)力不致突變太大適宜跨度：９～２１米最經(jīng)濟(jì)跨度：９～１５米節(jié)間長度：1.5~2.5m節(jié)間數(shù)目：屋架的類型3桁架的外形與內(nèi)力的關(guān)系二、鋼屋架特點(diǎn)：小桁架的組合，桿件長度較短下眩受拉適用跨度：３６米以上三、鋼筋混凝土屋架受力性能好結(jié)點(diǎn)桿件數(shù)不多于5腹桿與玄桿夾角不小于30度4幾種屋架的基本尺寸

及其適用范圍基本要求：跨度：3米模數(shù)玄桿等截面鋼筋混凝土屋架用于大型屋面板，寬度不小于20cm高跨比：剛度要求一、三角形屋架造型美觀，有利于屋面排水高跨比：h/l=1/4~1/6,I=1/2~1/3二、梯形屋架具有較大的空間，便于管道的通過和人的通行，常用于劇院屋蓋端部高度：1.8~2.2m,節(jié)間長度：上玄3m，下玄6m高跨比：h/l=1/6~1/8,I=1/12非預(yù)應(yīng)力屋蓋：適用跨度１８～２４米預(yù)應(yīng)力屋蓋：適用跨度１８～３０米鋼屋蓋：適用跨度３６米以上三、弧形屋蓋非預(yù)應(yīng)力：適用跨度１８～２４米下鉉預(yù)應(yīng)力：適用跨度１８～３6米高跨比：h/l=1/6~1/8常為折線形四、平行鉉屋架優(yōu)點(diǎn)：腹桿長短和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造統(tǒng)一，制作方便缺點(diǎn)：桿件內(nèi)力分布不均，不宜用于桿件內(nèi)力相差懸殊的結(jié)構(gòu)五、無斜腹桿屋架結(jié)構(gòu)造型簡單，制作方便，適用于有較大吊重的建筑常用跨度：１５、１８、２４、３０六、鋼筋混凝土－鋼組合結(jié)構(gòu)自重輕，節(jié)省材料常用跨度：９～１８米七、板狀屋架屋面板和屋架合二為一，傳力簡捷，減少了屋蓋構(gòu)件，節(jié)省鋼材和水泥，結(jié)構(gòu)自重輕制作復(fù)雜,柱間加托架梁常用跨度：９～１８米屋架選型的一般原則1、跨度36米以上：鋼屋架有侵蝕性介質(zhì)：不宜采用鋼結(jié)構(gòu)2、跨度36米以下：預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架18~24米：可選普通鋼筋混凝土屋架3、18米以下：鋼筋混凝土組合屋架4、相對濕度大于75%，或有侵蝕性介質(zhì)：不宜選用木屋架和鋼屋架第四節(jié)拱結(jié)構(gòu)1拱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)2承受拱水平推力

的結(jié)構(gòu)處理手法（１）利用地基基礎(chǔ)直接承受水平推力（落地拱）（２）利用側(cè)面框架結(jié)構(gòu)承受水平推力（３）利用拉桿承受水平推力3拱結(jié)構(gòu)的形式與主要尺寸拱結(jié)構(gòu)的形式按力學(xué)結(jié)構(gòu)分：三鉸拱、兩鉸拱和無鉸拱按建筑外形分：半圓拱和拋物線拱拱軸形式的選擇：合理的拱軸線，只有軸力，沒有彎矩和荷載有關(guān)均布荷載：二次拋物線矢高ｆ的影響：矢高小時，拱身軸力大而且拱腳水平推力也大矢高大時，拱身軸力和拱腳水平推力都小，但拱身的長度增大合理矢高:f=(1/2~1/8)l屋蓋結(jié)構(gòu)：f=(1/5~1/7)l矢高f=1/2時，拱軸形式為半圓，水平推力為０，受力合理，但大跨度時顯得高聳，很少用于建筑物蓋4拱結(jié)構(gòu)的建筑實(shí)例湖南一散裝鹽庫風(fēng)雨操場室內(nèi)采光效果農(nóng)貿(mào)市場飛機(jī)庫第五節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與適用范圍2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分類3平板網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式4平板網(wǎng)架的主要尺寸5平板網(wǎng)架的受力特點(diǎn)6網(wǎng)架的支承方式1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)與適用范圍特點(diǎn)：平面桁架相互交叉結(jié)合而成優(yōu)點(diǎn)：1多向受力的空間結(jié)構(gòu)，跨度大2剛度大，穩(wěn)定性好3桿件主要承受軸向力，能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度4高次超靜定，安全度高5結(jié)構(gòu)高度小，不僅可以有效地利用建筑空間，而且能夠利用較小的桿件建造大跨度結(jié)構(gòu)6桿件類型劃一，適用于工業(yè)化生產(chǎn)、地面拼裝的整體吊裝材料：一般為鋼結(jié)構(gòu)（16錳鋼）桿件：鋼管、角鋼結(jié)點(diǎn)：空心球結(jié)點(diǎn)、鋼板焊接結(jié)點(diǎn)適用范圍：中小跨度的工業(yè)和民用建筑、大跨度的體育館、展覽館等屋蓋結(jié)構(gòu)2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的分類按外形分：曲面網(wǎng)架、平面網(wǎng)架一、曲面網(wǎng)架（網(wǎng)殼）單曲、雙曲、單層、雙層特點(diǎn)：1利用一定的起拱度來實(shí)現(xiàn)外力的空間傳遞2多余的上凸增加了建筑容積3巨大的推力，造成施工困難，材料消耗大二、平面網(wǎng)架（平板網(wǎng)架）平行玄桁架交叉而成，雙層平面網(wǎng)格特點(diǎn)：空間受力，無推力3平板網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)形式一、兩向正交正放網(wǎng)架二、兩向正交斜放網(wǎng)架三、三向交叉網(wǎng)架四、錐體網(wǎng)架正交：兩個方向桁架互相垂直正放：兩個方向桁架都與建筑平面的邊線平行一、兩向正交正放網(wǎng)架特點(diǎn)：兩個方向桁架跨度相等或接近時，兩個方向桁架受力才比較均勻，且能發(fā)生整體空間作用如建筑平面為長方形，空間作用不明顯網(wǎng)格平面為幾何可變體型，剛度差，需設(shè)斜撐適用范圍：建筑平面為正方形或接近正方形中等跨度：30~60米81×81米有柱展廳，屋蓋采用雙向空間鋼桁架結(jié)構(gòu)。桁架下弦標(biāo)高為10.55米，桁架高度H=4.0米，鋼桁架沿縱向間距為27米，沿橫向間距為9米，均支承在鋼筋砼柱柱頂，由于該區(qū)屋面為屋頂花園，屋面活荷載按8.0KN/m2設(shè)計(jì),故屋蓋承重結(jié)構(gòu)選用鋼桁架,并且正交桁架高度相等,弦桿為剛接,在縱向垂直支撐、系桿的保證作用下形成空間桁架結(jié)構(gòu)體系。廈門國際會展中心

廈門國際會展中心

正交：兩個方向桁架互相垂直斜放：兩個方向桁架都與建筑平面的邊線成45度角二、兩向正交斜放網(wǎng)架1長度不統(tǒng)一，最長的桁架長度=桁架長度不因平面長邊的增加而改變2短桁架對長桁架起支承作用，可降低長桁架的內(nèi)力3網(wǎng)格平面圖形可維持幾何不變形，空間剛度好4網(wǎng)架四角的錨拉，使長桁架在角部產(chǎn)生負(fù)彎矩對四角支座產(chǎn)生較大的拉力，使四角有可能翹起特點(diǎn)：由角部兩個柱子共同承擔(dān)，避免拉力集中適用范圍：任意尺寸的矩形建筑平面中等跨度：30~60米大跨度：60米以上三個方向的桁架相互交叉60度而成三、三向交叉網(wǎng)架特點(diǎn)：1上下玄網(wǎng)格均為三角形2空間剛度比兩向網(wǎng)架好3桿件內(nèi)力更均勻4結(jié)點(diǎn)匯交桿件多，構(gòu)造復(fù)雜適用范圍：大跨度，建筑平面為三角形、六邊形、圓形由三角錐、四角錐或六角錐單元組成棱角斜桿作豎向腹桿四、錐體網(wǎng)架三角錐體網(wǎng)架型式：1上下玄均為三角形網(wǎng)格---空間剛度好2跳格三角錐體網(wǎng)格：上玄為三角形網(wǎng)格，下玄為三角形和六角形網(wǎng)格---用料省適用范圍：建筑平面為矩形、三邊形、梯形、六邊形、圓形的大跨度結(jié)構(gòu)上下玄均為方格，上下玄錯開半格適用范圍：中小跨度結(jié)構(gòu)型式：1正放四角錐體網(wǎng)架2斜放四角錐體網(wǎng)架四角錐體網(wǎng)架1正放四角錐體網(wǎng)架：錐的底邊與相應(yīng)的建筑平面周邊平行A倒四角錐體（錐尖向下）：錐的底邊相連為上玄桿，錐尖的連桿為上玄桿，上下玄錯開半格四角錐體網(wǎng)架1正放四角錐體網(wǎng)架b正四角錐體（錐尖向下）四角錐體網(wǎng)架四角錐體網(wǎng)架正放四角錐體網(wǎng)架特點(diǎn)：（1）桿件內(nèi)力均勻，點(diǎn)支承時除支座處桿件內(nèi)力較大，其他桿件內(nèi)力均勻（2）屋面板規(guī)格比較統(tǒng)一，上下玄桿等長，構(gòu)造簡單適用范圍：（1）平面接近于正方形的中小跨度周邊支承的建筑（2）大柱距的點(diǎn)支承、有懸掛吊車的工業(yè)廠房四角錐體網(wǎng)架2斜放四角錐體網(wǎng)架：錐的底邊與相應(yīng)的建筑平面周邊夾角45度四角錐體網(wǎng)架上玄桿短對受壓有利，下玄桿長為受拉桿，受力合理適用范圍：中小跨度、矩形平面錐尖向下：上玄為正六角形網(wǎng)格，下玄為正三角形網(wǎng)格六角錐體網(wǎng)架錐尖向上：下玄為正六角形網(wǎng)格，上玄為正三角形網(wǎng)格六角錐體網(wǎng)架桿件多，結(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，屋面板為六邊形或三角形，施工困難，較少采用第四節(jié)平板網(wǎng)架的主要尺寸短向跨度l<30m時，?。?/8~1/12）l短向跨度l=30~60m時，?。?/11~1/14）l短向跨度l>60m時，?。?/13~1/18）l鋼筋混凝土屋面板時，不宜超過3m*3m輕型屋面：3~6米一、網(wǎng)格尺寸4平板網(wǎng)架的主要尺寸和網(wǎng)格尺寸相匹配短向跨度l<30m時，?。?/10~1/13）l短向跨度l=30~60m時，?。?/12~1/15）l短向跨度l>60m時，取（1/14~1/18）l二、網(wǎng)格高度交叉桁架體系：腹桿傾角40~55度角錐網(wǎng)架：腹桿傾角60度大跨度網(wǎng)架：再分式腹桿三、腹桿布置5平板網(wǎng)架的受力特點(diǎn)6平板網(wǎng)架的支承方式每個結(jié)點(diǎn)都設(shè)置柱周邊不設(shè)置邊桁架用鋼梁省一、周邊支承于柱適用范圍：大跨度和中等跨度柱子數(shù)量少柱距布置靈活周邊可不設(shè)置邊桁架圈梁有利于抗震二、周邊支承于圈梁適用范圍：中小跨度柱子數(shù)量少，建筑物使用靈活三、點(diǎn)支承適用范圍：大柱距的廠房或倉庫自由邊必須設(shè)邊梁或桁架梁四、三邊支承適用范圍：飛機(jī)庫或飛機(jī)修理裝配車間第六節(jié)懸索結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)由受拉索、邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件所組成。1懸索結(jié)構(gòu)的組成：拉索采用由高強(qiáng)鋼絲組成的鋼絞線、鋼絲繩或部絲束，邊緣構(gòu)件和下部支承構(gòu)件則常常為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。１．索網(wǎng)只受軸向拉力，既無彎矩，也無剪力，受力簡單2懸索屋蓋結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：２．懸索結(jié)構(gòu)通過索的軸向受拉來抵抗外荷載的作用，可以最充分地利用鋼材的強(qiáng)度。３·懸索結(jié)構(gòu)便于建筑造型，容易適應(yīng)各種建筑平面。4.可以創(chuàng)造具有良好物理性能的建筑空間。5．懸索屋蓋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性較差。6．懸索結(jié)構(gòu)的邊緣構(gòu)件和下部支承必須具有一定的剛度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。3懸索結(jié)構(gòu)的型式懸索屋蓋結(jié)構(gòu)按屋面幾何形式的不同，可分為單曲面和雙曲面兩類；根據(jù)拉索布置方式的不同，可分為單層懸索體系、雙層懸索體系、交叉索網(wǎng)體系一、單層懸索體系單層懸索體系的優(yōu)點(diǎn)是傳力明確，構(gòu)造簡單；缺點(diǎn)是屋面穩(wěn)定性差，抗風(fēng)（上吸力）能力小。常采用重屋面，適用于中小跨度建筑的屋蓋。單層懸索體系有單曲面單層拉索體系和雙曲面單層拉索體系。1．單曲面單層拉索體系由許多平行的單極拉索組成。屋蓋表面為簡狀凹面，從兩端山墻排水優(yōu)點(diǎn)：傳力明確，構(gòu)造簡單；缺點(diǎn)：屋面穩(wěn)定性差，抗風(fēng)（上吸力）能力小，索的水平拉力不能在上部結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自平衡，必須通過適當(dāng)?shù)男问絺髦粱A(chǔ)。拉索水平力的傳遞，一般有以下三種方式：１）拉索水平力通過豎向承重結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ),拉索的兩端可錨固在具有足夠抗側(cè)剛度的豎向承重結(jié)構(gòu)上（2）拉索水平力通過拉錨傳至基礎(chǔ)l）錨固在足夠重的大體積混凝土中；2）利用底板及回填土自重抵抗拉力；3）錨固于受拉摩擦樁或受彎摩擦樁上；4）錨固在巖石層的鉆孔中。（3）拉索水平力通過剛性水平構(gòu)件集中傳至抗側(cè)力墻2．雙曲面單層拉索體系常見于圓形的建筑平面，其各拉索按輻射狀布置，整個屋面形成一個旋轉(zhuǎn)曲面二、雙層懸索體系由一系列承重索和相反曲率的穩(wěn)定索所組成特點(diǎn)是穩(wěn)定性好，整體剛度大，反向曲率的索系可以承受不同方向的荷載作用。適宜于采用輕屋面，如鐵皮、鋁板、石棉板等屋面材料