大跨度钢结构设计分析

河北工业大学硕士学位论文

第一章绪论 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 课题的提出 (2)

1.3国外大跨度钢结构发展现状 (3)

1.4国内大跨度钢结构发展现状 (6)

1.5本文研究内容及方法 (10)

第二章大跨度钢结构分类及特点 (11)

2.1 大跨度钢结构概述 (11)

2.2 大跨度平面钢结构的分类及特点 (11)

2.2.1梁式结构 (12)

2.2.2框架结构 (12)

2.2.3拱式结构 (13)

2.3大跨度空间钢结构的分类及特点 (13)

2.3.1 网架结构 (14)

2.3.2 网壳结构 (14)

2.3.3 悬索结构 (15)

2.3.4 薄膜结构 (15)

2.3.5 薄壳结构 (15)

第三章钢框架结构的特点及选型因素 (17)

3.1 钢框架概述 (17)

3.2 钢框架结构的特点 (18)

3.3 钢框架的结构布置 (18)

3.4 钢框架结构选型所考虑的因素 (20)

3.4.1 跨度因素 (20)

3.4.2 宽度因素 (21)

3.4.3 建筑功能 (21)

3.4.4 荷载类型 (21)

3.4.5 建筑形状 (21)

第四章大跨度钢框架结构设计及计算方法 (23)

4.1 大跨度钢框架设计原则 (23)

4.2 钢框架的受力特征及内力分布 (23)

III

大跨度钢结构设计分析

4.3 钢框架结构侧向位移 (24)

4.3.1 钢框架结构侧移要求 (24)

4.3.2 钢框架结构的侧向位移 (24)

第五章衡水学院体育馆钢框架结构计算模型 (25)

5.1 工程概况与结构特点 (25)

5.1.1 项目背景 (25)

5.1.2 工程概况及结构特点 (25)

5.2 钢框架结构设计 (26)

5.2.1 框架柱 (26)

5.2.2 框架梁 (28)

5.2.3 节点设计与构造 (29)

5.3 结构分析模型的建立 (32)

5.3.1 MIDAS/Gen有限元软件介绍 (32)

5.3.2 材料属性及参数 (33)

5.3.3 计算模型的建立 (33)

第六章钢结构结构计算与结果分析 (35)

6.1 荷载工况 (35)

6.2 荷载分布 (36)

6.3 静力分析 (39)

6.3.1 挠度计算结果 (39)

6.3.2 动力分析 (45)

6.4 稳定性分析 (52)

6.4.1基本荷载 (52)

6.4.2 稳定性分析理论 (52)

6.4.3 稳定性分析方法 (53)

6.4.4 稳定性分析结果 (54)

6.5 抗倒塌分析 (54)

6.5.1概述 (54)

6.5.2 抗倒塌分析结果 (55)

第七章结论与展望 (57)

参考文献 (59)

致谢 (61)

河北工业大学硕士学位论文

第一章绪论

1.1 引言

世界进入21世纪，回望人类建筑历史的发展，归纳总结可得到一个明显的特征：人类生产生活的建筑空间正不断地得到提高与扩大。原始社会，人类为了生存，或

居于洞穴，或栖息于树洞，随着科学技术的发展与运用，伐木、伐竹筑屋，发展到

当今的高楼大厦。从直径42米的古罗马圣彼得大教堂发展到现代英国跨世纪建设成

千年穹顶（直径320米周圈大于1000m），反映出人类大跨度建筑的研究已经达到

很高的水准。

21世纪是人类历史上思想最开放、交流最广泛的时代，在全球范围内的交流中，给人类的建筑结构带来各种不同程度的融合发展。在人们的各种交往过程中中，体

育比赛在和平年代是最能反映各国综合实力的平台。因此，奥林匹克体育竞赛馆、

世界杯足球比赛场等纷纷在世界各地堀起。各种学术研究、文化交流、艺术欣赏与

商业洽谈促使很多城市建成各种规模的的会展中心、各种临时性或永久性的展览会。自从20世纪喷气式客机的问世后，人们对使用飞机出行越来越重视，对每个城市飞

机场的要求越来越高，因而规模庞大的候机大厅和机库在各地涌现。由于以上提到

的各种对建筑空间的需求，因此跨度大、自重轻、造型变化多样等特点就成为这些

建筑的共同特征，甚至有些设计还根据使用者的要求对所围护的空间能够控制打开

与闭合，如加拿大多伦多天空穹顶，就是目前世界上能够开启顶棚的最大跨度建筑。根据以往的设计案例得到的实践，在创作设计时经常需要选择使用三维的空间结构

来满足其要求，所以成为了设计师的首选方案。

在人类的建筑史中很早就出现了利用空间结构来建造房屋的案例，例如我国半

坡遗址中人们就利用一个原始的空间骨架来建筑自己的家园，而远在大洋彼岸的北

美印第安人利用枝条搭成的穹顶与现代网壳则非常的相似。后来自欧洲文艺复兴时

代出现的各种教堂建筑, 位于梵蒂冈的圣彼得大教堂、意大利威尼斯的圣马可大教堂、法国巴黎圣母院和德国科隆大教堂等著名的哥特式教堂以砖石为材料制成的穹

顶虽然非常厚重，但在一定程度上体现出空间结构的作用。现代空间结构的产生和

发展，应该从20世纪初期兴起的钢筋混凝土薄壳开始算起，这正是由于当时出现了

新型的建筑材料—混凝土和钢铁。在二战结束后，各国都需要从废墟中重建，建筑

科学飞速发展，使空间结构遇到蓬勃发展的最佳机遇。到二十世纪50年代后期兴起