大跨度空间结构复习题

1空间结构的特点：1）空间结构具有合理形体，三维受力特性，内力均匀，结构整体刚度大，抗震性能好。

对集中荷载的分散性较强，能很好的承受不对称荷载或较大的集中荷载。

2）自重轻，经济性好。

3）便于工业化生产4）形式多样化，造型美观。

5）有较大的跨越能力，为建筑功能提供较大的空间。

6）建筑，结构和使用功能的统一。

2大跨度空间结构分类按大跨度空间结构的受力特点可分为刚性，柔性空间结构和杂交结构体系按单元划分分为板壳单元，梁单元，杆单团，索单元和膜单元。

3刚性空间结构体系包括薄壳，空间网络和立体桁架结构。

薄壳结构多为钢筋混凝土整体浇灌而成4空间网格结构一般是由钢杆件按一定规律组成的网格状高次超静定空间杆系结构。

空间网格结构根据外形分：网架——外形呈平板状，网壳——其外形呈曲面状5立体桁架结构是以钢管通过焊接有机连接而成的一种空间结构。

6柔性空间结构体系是指由柔性构件构成，通过施加预应力而形成的具有一定刚度的空间结构体系（包括：悬索结构，膜结构，张拉整体结构）。

7杂交空间结构体系：第一类为刚性结构体系之间的组合，第二类为柔性结构体系于刚性结构体系的组合，第三类为柔性体系之间的组合。

8单层网壳由梁单元组成，而双层网壳由杆单元组成9网架结构具有空间三维受力、整体性好、刚度好、施工简单、快捷等优点。

优点：1，应用范围广2，建筑高度小，能更有效的利用建筑空间，获得良好的经济效益。

3，网格结构的刚度大，整体性好，抗震性好。

4，网格尺寸小，可采用小规模的杆件界面，并为采用轻型屋面提供了便利的条件。

5）便于制造定型化，网格可做成少数几种标准尺寸的组合单元，节点和零件，在工厂大量生产。

组合单元若采用螺栓连接，网架可装可拆，也可任意加长或缩短，灵活性更大。

6）由于网架杆件与节点的单一性，一般结构设计所需的施工图纸比较少。

10网架结构形式按结构组成分有双层和三层网架；按支承情况，可分为周边支承、点支承、三边支承和两边支承，周边支承与点支撑相结合的混合支承，按网格组成情况，可分为有两向或三向平面桁架组成的平面桁架体系和由三角锥、四角锥组成的空间桁架体系。

根据搁置方式不同，可分为周边支承、点支撑、三边支撑和两边支承，以及周边支承与点支撑相结合的情况。

11双层网架由上下两个平放的平面构架做表层，上、下表层设有层间杆件相联系。

组成上下表层的杆件称为网架的上弦杆或下弦杆，位于两层之间的杆件称为副杆。

12三层网架由3个平放的平面构架及层间杆件组成。

三层网架结构的稳定性能比双层网架好，杆件密集，传力路径众多，结构有更好的安全储备，致使结构有很好的延性。

三层网架结构杆件内力分布均匀。

三层网架也存在不足之处是节点和杆件数量增多，中层节点上的链接的杆件较密。

13常用的柱帽形式有3种：1柱帽设置在网架下弦平面下，就是在支点处向下延伸一个网架高度，这种柱帽能很快将柱顶反力扩散，由于假设柱帽将占据一部分室内空间。

2柱帽在网架上弦平面之上，就是在支点处向上延伸一个网架高度，其优点是不占室内空间，柱帽上凸部分可兼作采光天窗。

3柱帽布置在网架内，将上弦节点直接搁置于柱顶，使柱帽呈伞形，其优点是不占室内空间，屋面处理较简单。

这种柱帽承载力较低，适用轻屋盖或中小跨度网架。

14按网格形式分类,网架可分为平面桁架系和空间桁架系。

平面桁架体系由平行斜架组成，杆件较多，刚度较大，适用与各种跨度。

平面桁架体系分为1两向正交正放网架2两向正交斜放网架3两向斜交斜放网架空间桁架体系分为四角锥体系和三角锥体系四角锥体系是由许多四角锥按一定规律组成，组成的基本单位为倒置四角锥，这类网架上下弦平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网格形心的投影线上，与上弦网格的四个节点用斜腹杆相连。

四角锥体系分为1）正放四角锥网架2）正放抽空四角锥网架3）斜放四角锥网架4)棋盘形四角锥网架5）星型角锥网架三角锥体系网架是由倒置三角锥组成，组成基本单元三角锥体系分为1）三角锥网架。

上下弦杆等长，上下弦平面为正三角形网格，下弦三角形顶点位于上弦三角形网格的形心投影线上2）抽空三角锥网架局部抽空上弦三角形下弦六边形刚度大3）蜂窝型三角锥网架上弦网格为三角形和六边形，下弦网格为六边形，节点杆件交汇少，刚度小。

中小跨度15网架结构的选型参照《网架结构设计与施工规范》。

在矩形平面、周边支承的情况下，两向正交斜放网架的刚度及用钢量指标均较两向正交正放为好，特别是在跨度增大时，其优越性更为明显。

但是当为狭长矩形平面时，斜放类型网架的传力路线要比正放路线长，从而导致其空间作用的削弱，因而此时宜尽量选用正放四角锥、两向正交正放和正方抽空四角锥等正交正放类型的网架。

对于矩形平面四点支承或多点支承的网架，选用正交正放类型的网架，传力简洁，可以取得较好的技术经济效果。

16网架结构的几何尺寸包括上弦平面网格尺寸和网架高度，可根据网架形式、跨度大小、柱网尺寸、屋面材料，以及构造要求和建筑功能等原因确定网格尺寸：1屋面材料。

网格尺寸一般为2-4米，网格尺寸不宜超过6米，但檩条长度小于等于6米。

2网格尺寸与网架高度呈合适的比例关系3通风管道的尺寸网架高度：网架高度或网架厚度是影响网架刚度大小的主要因素，也直接影响上、下弦杆和腹杆的内力和用钢量，即网架的经济指标。

网架高度越大，弦杆所受力越小，弦杆用钢量减少。

1）网架高度影响刚度，上下弦杆的内力和腹杆的融洽性2）确定原则一般使腹杆和斜杆的夹角为40°--60°。

17确定网架高度时主要考虑因素1建筑要求及刚度要求2网架的平面形状：当平面形状为圆形、正方形或接近正方形的矩形时，网架高度可取小些，当矩形平面网架越狭长时，单向作用就越明显，其刚度就越小，此时网架高度应取得大些。

3网架的支承条件，周边支承时网架高度可取得小些，点支承时网架高度可取得大些4节点构造形式:国内常用的有焊接空心球节点和螺栓球节点，前者安装变形小于后者。

采用焊接空心节点时，网架高度可取得小些；采用螺栓球节点时，网架高度可取得大些。

18网架的起拱两个作用1是为了减少网架在使用阶段的挠度，另一个主要的作用是消除人们在视觉或心理对建造的网架具有下垂的感觉。

19屋面起拱和排水（1）一般情况下，刚架刚度大时需起拱；当L2≥60m时，采用不宜大于1/300的起拱度（2）屋面排水做法：网架结构屋面坡度一般取1%~4%。

屋面排水坡度的做法1.上弦节点加小立柱找坡2.整个网架起坡3.网架变高度4 支承柱变高度20网架结构作用主要是永久荷载、可变荷载和间接作用。

100mm厚板：5.2KN/m2 恒载4.0~7.5KN/m2.。

如果采用混凝土屋面板，其自重区1.0~2.5KN/m2。

吊顶材料自重一般取为0.3KN/m2. 可变荷载：一般不上人屋面活荷载标准值为0.5KN/m2. 雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑，取2者的大值。

（说出理由）雪荷载的组合值系数可取0.7，频遇值系数可取0.6. 间接荷载两种：一种是温度作用，另一种地震作用，支座移动。

周边支承的网架，设计烈度为8度或8度以上，考虑竖向地震作用，设计烈度为9度，考虑水平地震作用。

21作用效应组合：1承载力极限状态1）非抗震设计组合（1）由可变荷载效应控制的组合（2）由永久荷载效应控制的组合。

2）抗震设计组合2正常使用极限状态22网架的计算模型4种：1.铰接杆系计算模型2.桁架系计算模型3.梁系计算模型4.平板计算模型23网架结构分析方法：1有限元法，很据杆件所用单元的不同，可分为杆元法，梁元法。

2.力法，采用经典结构力学中的力法来求解。

3.差分法 4.微分方程解析法 5.微分方程近似解法，如变分法，加权残数法等，但不包括微分方程的差分法。

24空间杆系有限元法（1）基本假定：1.网架节点为铰接，每个节点有三个自由度，忽略节点刚度的影响。

2.荷载作用在网架节点上，杆件只承受轴向力。

3.材料在弹性阶段工作，符合胡克定律。

4.网架结构按小绕度理论计算。

（2）网架结构单元分析（3）网架结构的整体分析（4）边界条件处理25空间杆系有限元法的计算步骤：1.根据网架结构对称性情况和荷载对称情况，选取计算单元。

2.对计算单元节点和杆件进行编号，节点编号应满足相邻节点号差最小原则，以减少计算机容量，加快运算速度，杆件编号次序以方便检查为原则。

3.计算杆件长度和杆件与结构整体坐标系夹角的余弦。

4.建立结构整体坐标系下的各杆件的单元刚度矩阵。

5.建立结构总刚度矩阵，即将单元刚度矩阵中的元素对号入座放到总刚度矩阵相应的位置上。

26网架不考虑温度作用下内力条件：1.支座节点的构造允许网格侧移时，其侧移值应大于或等于下式（式子不会打）2，网架结构周边支承且验算方向跨度小于40m时支承结构应为独立柱或砖壁柱。

3，在单位力作用下注定位移大于或等于下式的计算值（）27网架温度作用下的内力：将各节点不平衡力反向作用于对应节点上，建立由节点不平衡力引起的结构总刚度方程，并考虑边界条件的影响。

28网架地震反应分析方法：1，振型分解反应谱法。

任意时刻当某一振型的地震作用达到最大值时，其他各振型地震作用并不一定达到最大值。

2.时程分析法3.简化计算法29网架抗震构造要求：1.抗震设防烈度为7度和7度以上时，网架在其支承平面周边区段宜设置水平支撑。

2 沿周边2~3网格区内杆件的长细比不应大于180 。

3.有檩条系屋盖的檩条必须与网架可靠连接，并应有足够的支承长度。

4.网架屋面排水坡度的形式宜采用变高度或整个网架起拱办法。

30杆件材料与截面形式：网架结构的杆件一般采用Q235钢和Q345钢，网架结构杆件对钢材材质的要求与普通钢结构相同。

网架杆件截面形式有圆钢管、方管、角钢及H型钢等。

圆钢管因其相对回转半径大和截面特性无方向性，对受压和受扭有利。

31节点类型1、按节点连接方式划分1）焊接连接，分为对接焊缝连接和角焊缝连接2）螺栓连接，分为拉力高强螺栓连接和摩擦型高强螺栓连接3）焊接和高强螺栓混合连接节点2、按节点的构造划分1）十字交叉钢板节点2）焊接空心球节点3）螺栓球节点4）直接汇交接点5）焊接钢管节点32常用节点的设计1、焊接空心球节点（计算）1）空心球的构造要求（空心球的外径D、空心球的壁厚t、空心球加劲力）2）焊接空心球承载力3）钢管与空心球连接焊缝33螺栓球节点的构造原理螺栓球节点的连接构造原理是，先将置有高强度螺栓的锥头或封板焊在钢管杆件的两端，在伸出锥头或封板的螺杆上套有带紧固螺钉孔的六角套筒（又称为无纹螺母），并以销子或紧固螺钉将螺栓与套筒连在一起，拼装时直接拧动六角套筒，通过销子或紧固螺钉带动高强度螺栓转动，使螺栓旋入钢球体，直至螺栓头与封板或锥头贴紧为止，各汇交杆件均以此连接后形成节点。

螺栓拧紧程度靠销子或螺钉来控制34压力支座节点均以支座能承受向下反力为主，常用形式有1）平板压力支座节点由十字型节点板及一块底板组成2）单面弧形压力支座节点由平板压力支座节点改进而来3）双面弧形压力支座节点又称为摇摆支座，它是在支座底板与支承面顶板之间，设置一个上下均为圆弧曲面的铸钢件，在铸钢件两侧，都有从支座板和支承面顶板伸出的带椭圆孔的厚钢板，采用螺栓将三者联结为整体4）球铰压力支座节点由一个置于支承面上半圆体与一个连于节点底板上凹形半球相互嵌合，用四个螺栓相连而成，并在螺帽下设弹簧5）橡胶支座节点在支座底板与支承面之间设置一块橡胶垫板35橡胶垫板的设计计算内容有以下几项1、确定橡胶垫板的平面尺寸2、确定橡胶垫板厚度3、验算橡胶垫板的压缩变形4、橡胶垫板的抗滑移验算36拉力制作节点:1)平板拉力支座节点2)单面弧形拉力支座节点焊接空心球:焊接空心球节点是由两个半球加热、冲压、切边、对装后焊接而成。