第4章 大跨屋盖钢结构设计
钢结构设计原理 第四章-轴心受力构件
因此，失稳时杆件的整个截面都处于加载的过 程中，应力-应变关系假定遵循同一个切线模量 Et，此时轴心受压杆件的屈曲临界力为：
N cr ,t
2 Et I
2 二、实际的轴心受压构件的受力性能
在钢结构中，实际的轴压杆与理想的直杆受力性能之间差别很大，实 际上，轴心受压杆的屈曲性能受许多因素影响，主要的影响因素有：
一、理想轴压构件的受力性能 理想轴压构件是指满足下列4个条件： o杆件本身绝对直杆； o材料均质且各向同性； o无荷载偏心且在荷载作用之前无初始应力； o杆端为两端铰接。 在轴心压力作用下，理想的压杆可能发生三种形式的屈曲： 弯曲屈曲、扭转屈曲、弯扭屈曲——见教科书P97图4–6 轴心受压构件具体以何种形式失稳，主要取决于截面的形式 和尺寸、杆的长度以及杆端的支撑条件。
l N 2 EI 对一无残余应力仅存在初弯曲的轴压杆，杆件中点截面边缘开始 式中 N l2 NE 屈服的条件为：
0
1
经过简化为：
N N vm v0 v0 fy v m v0 v 1 1 N NE A W N N v0 N E fy A W NE N
An—构件的净截面面积_
N fy r f R An
P94式4-2
（1）当轴力构件采用普通螺栓连接时 螺栓为并列布置：
n1 n2 n3
按最危险的截面Ⅰ-Ⅰ 计算，3个截面净截面面积 相同，但 Ⅰ-Ⅰ截面受力最大。
N n
Ⅰ-Ⅰ：N Ⅱ-Ⅱ：N-Nn1/n Ⅲ-Ⅲ：N-N(n1+n2)/n
Ⅰ Ⅱ Ⅲ
2 2
从上面两式我们可以看出，绕不同轴屈曲时，不仅临界力不同，且残余 应力对临界应力的影响程度也不同。因为k1，所以残余应力对弱轴的 影响比对强轴的影响严重的多。
大跨度房屋钢结构简介
工程实例
美国瑞雷（Raleigh）竞技馆（大剧院） 1952年建于美国北卡罗里那州，平面
91.5m×91.5近似圆形，两个砼斜放抛物线拱，鞍 形正交预应力索网，世界上第一个现代悬索屋盖 。
54
55
美国华盛顿杜勒斯机场 1962沙里宁设计，两排 巨型钢筋混凝土斜柱支撑，一高一低，其间悬挂 40余米长的钢索，上铺屋面板，在重力的作用下 ，钢丝自然下垂，形成充满张力感的屋顶曲线。
正放。
32
网架和网壳结构(5)
抽空三角锥 三(多网)架层网架 减少弦杆内力(25% 性好；杆件数量多
蜂窝形三角 锥网架 60%)，减小网格尺寸，大跨经济
三层网架示
意图
33
网架和网壳结构(6)
网架的点支承 点支承的设置原则 通过正弯矩和挠度减小，使整个网架的内力趋于均匀 对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/3 (下图a) 对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/4(下图b)
大时网可要两架向 构作几正造交稳何网 正双放 架定尺， 形坡正 式和寸放，四抗角四锥 震坡计或钢 算网筋其格混数凝它土屋复面跨体杂高系比的多坡网格排数钢檩水条屋屋面体面跨 系高 ；比跨度
正放抽空四角锥
(24)+0.2L2 1014 (68)+0.07L2 (1317)+0.03L2
两向正交斜放，棋盘形四角锥
大跨度房屋钢结构简介
大跨度钢结构的应用及其主要特点 大跨度房屋钢结构的类型 梁式结构 框架结构 拱式结构 网架和网壳结构 悬索结构
1
大跨度钢结构的应用及其主要特点
应用 公共建筑(剧院，展览馆，体育场馆，车站等) 专门用途的建筑 (飞机库，汽车库等) 生产性建筑(飞机制造厂装配车间，造船厂等) 主要特点
建筑钢结构设计复习思考题(含参考答案)
《建筑钢结构设计》复习思考题2016.11.24第1章轻型门式刚架结构1.单层门式刚架结构有哪些特点？（1）质量轻（2）工业化程度高，施工周期短（3）综合经济效益高（4）柱网布置比较灵活2.轻型门式刚架的适用范围及截面形式？柱脚形式？(1).屋面荷载较小，横向跨度为12～48m(2).没有吊车或设有中、轻级工作制吊车的厂房。
(3).当厂房横向跨度不超过15m，柱高不超过6m时，屋面刚架梁宜采用等截面刚架形式。
当厂房横向跨度大于15m，柱高超过6m时，宜采用变截面刚架形式。
门式刚架柱脚分为铰接和刚接两种连接形式。
当吊车起重量≥5吨时应考虑设置刚性柱脚。
当有桥式吊车或刚架侧向刚度过弱时为刚接柱脚。
3.什么是摇摆住？摇摆柱：梁柱节点铰接连接4.门式刚架柱间支撑的布置原则是什么？柱间支撑的间距应根据房屋柱距、纵向受力情况、温度以及安装条件确定，无吊车时宜取30m-45m，端部柱间支撑宜设置在第一或第二柱间。
●当房屋高度较大时，柱间支撑应分层设置；有吊车时，下层柱间支撑宜设置在温度区中部。
柱间支撑间距不大于50m。
●端部柱间支撑考虑温度应力影响宜设置在第二柱间。
5.门式刚架所受的荷载有哪些？风荷载在规范中是怎么考虑的，风荷载标准值如何计算？风荷载系数是什么？风荷载系数 w考虑了结构内、外风压最大值组合。
风可以从任意方向吹来，需要考虑“鼓风效应”（+i）和“吸风效应”（-i）分别与外部压力系数组合的两种工况。
设计时，两种工况均需要考虑，取最不利工况。
6.荷载效应组合的原则是什么？（1）屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大者（2）积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大者同时考虑（3）施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其他荷载同时考虑（4）多台吊车的组合应符合《荷载规范》的规定（5）当需要考虑地震作用时，风荷载不与地震作用同时考虑7.刚架侧移计算的原则是什么？（1）变截面门式刚架柱顶侧移应采用弹性分析方法确定。
大跨度钢结构
12
2.3 拱式结构的特点和应用
特点
•拱式屋盖受力合理 •比梁式和框架式屋盖结构经济指标好(跨度超过80m时尤为显著)
结构布置
•跨度为40∼60m时，拱间距可取6∼10m，无檩或型钢檩条
13
2.3 拱式结构的特点和应用 续) 拱式结构的特点和应用(续
•跨度达100m左右时，宜采用相距3∼6m的拱对，拱对间距为9∼15m
减轻基础负担；结构可外露；横梁高度可取跨度的1/20∼1/12 设置预应力拉杆减少跨中弯矩，横梁高度可取跨度的1/40∼1/30
10
2.2 框架结构的特点和应用 续) 框架结构的特点和应用(续
•跨度较大时，常用双铰格构式框架 跨度超过100m时，宜采用无铰格构式框架
11
2.2 框架结构的特点和应用 续) 框架结构的特点和应用(续
21
3.2网架类别 续) 网架类别(续 网架类个方向的平面桁架相互交角60° 比两向网架刚度大，适合大跨度 常用于正三角形，正六角形平面 在某些平面形状会出现不规则杆件
正放抽空四角锥网架
22
3.2网架类别 续) 网架类别(续 网架类别
斜放四角锥网架
受力合理，杆件数量少 屋面板类型多 屋面组织排水较困难
•三(多)层网架
减少弦杆内力(25%∼ 60%)，减小网格尺寸，大跨经济性好；杆件数量多
三层网架示意图
24
3.3平板网架形式的选择 平板网架形式的选择
选择网架型式考虑的因素： 建筑物的平面形状和尺寸、支承情况、荷载大小、屋 面构造、建筑要求、制造和安装的方法及材料供应情况等 • 从平面形状和大小来看，当周边简支时： 平面为方形或接近方形，且为中小跨度时，宜采用两 向正交斜放交叉梁系网架，或正放和斜放四角锥网架。 平面为矩形时，宜采用两向正交斜放交叉梁系网架， 或斜放四角锥网架。 平面为圆形、八角形、六角形、扇形，且平面尺寸较 大时，可选用三向交叉梁系网架，或三角锥网架。 • 从屋面构造来看： 正放网架的屋面板规格常一种，而斜放网架却有两三 种。倒锥体网架的上弦网格较小，因而屋面板规格也较小
大跨钢结构屋盖的认识和理解
大跨钢结构屋盖的认识和理解一、结构形式和特点大跨钢结构屋盖是一种广泛应用于大型建筑和公共设施的结构形式，其特点在于能够提供大空间、高强度、轻质、耐久的建筑结构。
这种结构形式主要包括钢梁、钢柱、钢支撑、钢桁架等构件，通过精确的计算和设计，能够实现复杂的空间结构和优美的建筑造型。
大跨钢结构屋盖能够适应不同的气候条件和环境因素，因此在现代建筑中具有广泛的应用前景。
二、力学性能大跨钢结构屋盖的力学性能是其重要特性之一。
这种结构形式具有较高的承载能力和抗风、抗震性能。
钢材料的强度高、自重轻，能够有效地分散和吸收地震和风力等自然灾害产生的能量，从而保证了建筑物的安全性和稳定性。
同时，大跨钢结构屋盖还具有良好的延性和塑性，能够在较大的变形下保持结构稳定，不易破坏。
三、设计与建造大跨钢结构屋盖的设计与建造是其复杂性和技术性的重要体现。
设计师需要根据建筑要求和实际情况进行精确的计算和设计，确定合理的结构形式和构件尺寸，以确保结构的安全性和稳定性。
在建造过程中，需要采用先进的施工技术和管理手段，保证构件的精度和质量，同时需要严格遵守施工规范和安全标准，确保施工过程的安全性和可靠性。
四、维护与保养大跨钢结构屋盖的维护与保养对于保证其使用寿命和安全性具有重要意义。
由于钢材料易受腐蚀和氧化，因此需要定期进行清洁和维护，防止构件表面出现锈蚀和裂纹。
同时，需要对结构进行定期的检查和检测，确保其结构和构件的正常使用。
如果发现任何异常或损坏，需要及时进行修复和加固，以防止问题扩大和保证结构的安全性。
五、案例分析为了更好地理解大跨钢结构屋盖的应用和发展趋势，以下将介绍几个典型的案例分析。
（1）国家体育馆“鸟巢”北京奥运会主场馆“鸟巢”采用了大跨钢结构屋盖，其独特的结构和造型成为了北京的地标性建筑之一。
该场馆采用了双向倾斜的钢桁架屋盖，具有独特的外形和视觉效果，同时也体现了大跨钢结构屋盖的优点和发展趋势。
（2）上海中心大厦上海中心大厦是世界上最高的建筑之一，其采用了大跨钢结构屋盖，实现了超大空间和高度的建筑目标。
大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构是现代建筑设计中常见的一种形式，它通常用于建造大型体育馆、剧院、展览馆等建筑。
大跨度屋盖结构可以创造出宽阔的空间、优美的形态和独特的建筑风格，因此备受建筑师和设计师的青睐。
目前，大跨度屋盖结构的形式主要有以下几种：
1. 弓形屋盖结构
弓形屋盖结构是一种流线型的结构形式，它采用拱形或悬链线的形式来支撑屋面。
这种结构形式的主要优点在于它具有良好的稳定性和高强度，能够承受大风、大雪等自然灾害的影响。
2. 穹顶屋盖结构
穹顶屋盖结构是一种球形的结构形式，它通常采用钢结构或混凝土结构来支撑屋面。
这种结构形式的主要特点在于它可以创造出开阔的空间和优美的形态，同时还能够有效地分散荷载，增强建筑的稳定性。
3. 空间网架屋盖结构
空间网架屋盖结构是一种由多个网格元素组成的结构形式，它采用类似蜘蛛网的形式来支撑屋面。
这种结构形式具有较高的刚度和稳定性，能够承受大荷载和大跨度，同时还具有较高的可塑性，能够创造出各种不同的形态和风格。
4. 悬索屋盖结构
悬索屋盖结构是一种采用悬挂索来支撑屋面的结构形式，它通常
采用钢结构或混凝土结构来支撑悬索索杆。
这种结构形式具有较高的刚度和稳定性，同时还能够创造出独特的形态和风格，适用于大型公共建筑和体育馆等场所。
总之，大跨度屋盖结构的形式多种多样，每种形式都有其独特的特点和优点，建筑师和设计师可以根据不同的需求和设计要求来选择适合自己的结构形式。
大跨度型钢混凝土梁板屋盖设计
大跨度型钢混凝土梁板屋盖设计摘要：随着经济的不断发展，以及功能需求的不断提升，越来越多的大跨度结构形式在各种建筑设计中出现。
按照GB50011-2010建筑抗震设计规范的要求，跨度大于18 m的框架为大跨度框架。
解决大跨度屋面结构有许多方法，如采用钢结构、预应力混凝土梁板结构或者是型钢混凝土梁板结构等。
各种结构形式有各自的特点和要求。
预应力框架主梁的经济跨度为15m～25m，梁跨高比15～20。
在该跨度范围内采用预应力混凝土，可解决大跨度梁的抗裂、挠度问题，扩大柱网，形成大空间，提高建筑物的使用功能。
关键词：大跨度结构；型钢混凝土梁板；屋盖设计前言高层建筑和大跨度建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。
随着经济的发展，人口向城市集中，造成城市用地紧张，促进了高层建筑的发展。
而随着人们物质和精神文明建设的发展，各类公共建筑也不断涌现，这又促进了大跨度建筑的发展。
这两类建筑都具有自重较大，结构构件受力较大，抗震性能要求较高的特点，而型钢混凝土结构相对于传统的钢筋混凝土结构，能更好地适应这些要求，因而在近些年来得到快速的发展。
型钢混凝土结构，又称钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构，它是指梁、柱、墙、筒体等杆件或构件，以型钢为骨架，外围包以钢筋混凝土所形成的组合结构。
使用的型钢可分为实腹式和空腹式两大类：实腹式型钢构件可由型钢或钢板焊成，常见的截面有I、H形等，也有矩形及圆形钢管。
空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢组成。
空腹式型钢比较节约钢材，但制作费用较高，抗震性能相对较差，目前应用不多。
实腹式型钢由于制作简便、承载力大，因此被广泛应用。
1型钢混凝土结构的优缺点1.1与钢筋混凝土构件相比较，型钢混凝土结构具有以下特点：（1）整体工作—型钢骨架与外包钢筋混凝土形成整体，共同受力。
（2）截面尺寸小—钢筋混凝土构件受到自重和配筋率限值的制约，提高承载力和刚度的唯一途径是加大截面尺寸；而型钢混凝土构件可以利用设置较大截面的型钢参与共同受力，承载力相同，截面面积可以大大减小。
大跨度钢结构施工技术
大跨度钢结构施工技术摘要：大跨度钢结构主要用于体育场馆、展览馆、影剧院、候车厅等屋盖结构之中，近年来，各类大跨度钢结构在欧美及日本等发达国家得到了迅速发展，呈现出跨度、规模越来越大，新材料、新技术应用越来越多，结构形式越来越丰富的特点。
相对来说，我国大距度钢结构施工基础较薄弱，本文结合相关工程实例，介绍了目前国际常用的几种大跨度钢结构施工技术，为国内同行施工提供借鉴。
关键词：大跨度钢结构施工技术滑移施工技术整体提升施工技术中图分类号：TU391文献标识码：A 文章编号：Abstract: the large span steel structure is mainly used for sports venues, the exhibition hall, the theater, HouCheTing etc of roof structure, in recent years, all kinds of large span steel structure in America and Europe, Japan and other developed countries have developed rapidly, present a span, scale is more and more big, new materials, new technology application more and more, and the characteristics of the structure form is more and more abundant. Relatively speaking, our country construction steel structure from the degree foundation is weak, this article unifies the related engineering examples, this paper introduces the current international commonly used several big span steel structure construction technology, construction to provide the reference for domestic counterparts.Keywords: big span steel structure construction technology slip construction technology the ascent of the construction technology1 引言大跨度钢结构是指跨度等于或大于60m的结构，主要用于体育场馆、展览馆、影剧院、候车厅等屋盖结构之中，近年来，各类大跨度钢结构在欧美及日本等发达国家得到了迅速发展，呈现出跨度、规模越来越大，新材料、新技术应用越来越多，结构形式越来越丰富的特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
14
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
1)网架结构不变性分析
15
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式
(1)按结构组成分类 双层网架结构 三层网架结构 组合网架结构
16
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
3
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、平面结构体系
1)梁式结构体系
4
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、平面结构体系
2)刚架式体系 刚架是横梁和柱以刚性连接方式构成的一种门形结构。 3)拱式结构体系 拱式结构是一种重要的大跨度钢结构形式，其外形美观，体现 了结构受力与建筑造型的完美结合。
10
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
2)柔性空间结构
(2)薄膜结构 膜结构是以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承 膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力， 从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系，主要受 力构件为双向受拉的膜。
1)刚性空间结构 (2)空间网格结构
①网架结构 网架结构是指由许多杆件按照一定规律布臵,通过 节点连接而成的外形呈平板状的一种空间杆系结构。
7
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
1)刚性空间结构 (2)空间网格结构
②网壳结构
网壳结构是指由许多杆件按照一定规律布臵,通过节点连接 而成的外形呈曲面状的一种空间杆系结构 。
8
结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
1)刚性空间结构 (2)空间网格结构
③立体桁架
立体桁架结构是以钢管通过焊接而成的一种空间结构。
9
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
2)柔性空间结构
(1) 悬索结构 悬索结构是由悬挂在支承结构上的一系列受拉高强索按一定规 律组成的空间受力结构 。悬索结构分为单层悬索结构、双层 悬索结构和索网结构。
19
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (2)按支承方式分类 混合支承网架
20
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (3)按网格形式分类 平面桁架体系网架
两向正交正放网架
21
钢结构设计
2)网架结构的形式 (2)按支承方式分类 周边支承网架
17
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (2)按支承方式分类 点支承网架
18
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (2)按支承方式分类 三边支承和两边支承网架
钢结构设计
出版社 科技分社
第4章 大跨屋盖钢结构设计
1
钢结构设计
出版社 科技分社
本 章 内 容
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 4.2 网架结构设计 4.3 网壳结构设计 4.4网架结构设计实例
2
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、平面结构体系
1)梁式结构体系
梁式结构体系一般采用简支平面桁架的形式，它是大跨度建筑常 用的一种结构形式，其适用跨度一般为4060m。 桁架是由杆件（弦杆和腹杆）组成的一种格构式结构体系。因杆 件与杆件的结点认为是铰接，所以在外力作用下杆件均受轴力，而且分 布均匀，这使得材料强度能充分利用，减少材料用量和结构自重，使结 构跨度增大，故桁架结构比梁式结构受力合理。桁架的设计、制作、安 装也均较为简便。
5
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
1)刚性空间结构 (1) 薄壳结构 薄壳结构是用混凝土等刚性材料以各种曲面形式构成的薄 板结构，呈空间受力状态，主要承受弯曲向内的轴内力，而弯 矩和扭矩很小，所以混凝土强度能得到充分利用。
6
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (3)按网格形式分类 平面桁架体系网架
两向正交斜放网架
22
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (3)按网格形式分类 平面桁架体系网架
两向斜交斜放网架
23
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
2)网架结构的形式 (3)按网格形式分类 平面桁架体系网架
11
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
2)柔性空间结构
(3) 张拉整体结构 张拉整体结构是一组互相独立的受压钢杆与一套连续的预应力 受拉索相互联系,拉索与受压构件自应力、自平衡,实现自支承 的结构体系。
12
钢结构设计
出版社 科技分社
4.1 大跨屋盖结构的特点与分类 一、空间结构体系
13
钢结构设计
出版社 科技分社
4.2 网架结构设计 一、网架结构的形式与选型
结构本身就是一个几何不变的“自约结构体系”； 依靠支座的约束作用才能保持几何不变的“他约结构体系”。 (1)网架结构不变的必要条件
1)网架结构不变性分析
W=3J-m-r≤0
(2)网架结构不变的充分条件
组成网架结构的几何不变基本单元