钢结构大跨房屋结构
浅析大跨房屋钢结构建筑的结构体系
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四川建筑科学研究
Ｓｅ ｕ ｎ Ｂ ｉ ｉ ｇ Ｓ ｉ ｎ ｅ ｉｈ ａ ｕ ｌ ｎ ｃ ｅ ｃ ｄ
第３卷 ３
第２ 期
２０ ０ ７年 ห้องสมุดไป่ตู้月
浅析大跨房屋钢结构建筑的结构体 系
袁 雪峰 李效梅 周 俐俐 ， ，
（ ． 台职业技术学 院建筑系 ， １邢 河北 邢台 ０ ４ ３ ； ５ ０ ５ ２ 清华大学建筑学 院， ． 北京 １０ ８ ； ０ ０ ４ ３ ．西南科技大学土木工程与建筑学 院， 四川 绵阳 ６ １ １ ） ２ ０ ０
摘
要： 钢结构建 筑在近几 十年来蓬勃 发展 ， 建筑师在 钢结构建 筑设计 市场上 大有 作为。然而 ， 中国 以建 筑师的设 计思维 在
对钢结构进行研究 的课题甚少 。在大跨房屋钢结构建筑 的结 构体 系 内容被 不断更新 的当前新形 势下 ， 基于传 统思 路的大跨 房屋钢结 构建筑 的结构体系 ， 从建 筑师的角 度 ， 对其进行 了重新 的诠 释与 补充 ， 提出 了新技术 、 材料 、 新 新构件 运用 背景下 的 大跨民用钢结构建筑 的结构体系 。 关键词 ： 大跨房屋钢结构 ； 结构体系 ； 新结构形式
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
大跨度空间钢结构在房屋施工中的应用
大跨度空间钢结构在房屋施工中的应用大跨度空间钢结构是一种采用钢材而不是传统的混凝土或砖石材料来构建房屋的方法。
它具有结构刚性强、轻量化、施工速度快等优点，在现代房屋建造中得到了广泛的应用。
大跨度空间钢结构适用于建造大空间的厂房和仓库。
传统的建筑方法在建造大空间的厂房和仓库时，需要使用大量的柱子和梁，以支撑整个建筑物的重量。
而大跨度空间钢结构可以通过采用特殊的结构设计，将重量均匀地分布在整个建筑物的结构上，从而减少了柱子和梁的使用量。
这样不仅可以节省材料成本，还可以提高建筑物的使用空间。
大跨度空间钢结构适用于建造体育场馆和展览中心等大型公共场所。
这些场所通常需要较大的空间来容纳大量的观众或展品。
采用大跨度空间钢结构可以实现大空间的覆盖，以满足这些场所的需求。
大跨度空间钢结构还可以通过合理的结构设计，实现大跨度无柱的结构形式，提供更好的观赛视野或展览体验。
大跨度空间钢结构还适用于建造特殊功能的房屋，如机场候机楼、大型购物中心和会议中心等。
这些建筑物通常需要具有较高的空间悬挑能力，以适应复杂的功能需求。
采用大跨度空间钢结构可以灵活地实现大空间和悬挑结构的组合，满足这些特殊功能的要求。
大跨度空间钢结构在施工速度上具有明显的优势。
传统的建筑方法需要进行大量的浇筑和硬化过程，而大跨度空间钢结构可以通过预制构件的方式进行施工，减少了现场施工的时间和工序。
大跨度空间钢结构采用的钢材可以在工厂预先加工，提高了施工的效率和质量。
大跨度空间钢结构在房屋施工中具有重要的应用价值。
它不仅可以实现大空间的覆盖和结构设计的灵活性，还可以提高施工速度和质量。
在未来的建筑领域中，大跨度空间钢结构有着广阔的发展前景。
大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准有以下几种：
1. 混凝土结构：跨度在30m以上的房屋。
2. 钢结构：跨度在60m以上或横向跨越60m的房屋。
3. 框架结构：跨度在18m以上的房屋。
大跨度房屋通常用于大型公共建筑和工业建筑，如民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑，以及工业建筑的飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房等。
请注意，对于具体的建筑项目，还需要考虑当地建筑规范和标准，以及建筑师和工程师的建议和要求，来确定大跨度房屋的界定标准。
大跨度钢结构房屋标准
大跨度钢结构房屋标准
大跨度钢结构房屋是指跨度较大的钢结构建筑，其设计和建造需要遵循相关的标准和规范，以确保房屋的安全、稳定和耐久性。
以下是一些常见的大跨度钢结构房屋标准：
1. 建筑设计标准：大跨度钢结构房屋的设计应符合国家或地区的建筑设计规范和标准，如建筑结构荷载规范、钢结构设计规范等。
2. 材料标准：大跨度钢结构房屋所使用的钢材应符合国家或地区的相关材料标准，如钢材的化学成分、力学性能、焊接性能等。
3. 制造和安装标准：大跨度钢结构房屋的制造和安装应符合国家或地区的相关制造和安装标准，如钢结构工程施工质量验收规范、焊接工艺评定标准等。
4. 防火标准：大跨度钢结构房屋的防火设计应符合国家或地区的相关防火标准，如建筑设计防火规范、钢结构防火涂料应用技术规范等。
5. 防腐标准：大跨度钢结构房屋的防腐设计应符合国家或地区的相关防腐标准，如钢结构防腐蚀涂装技术规程、钢结构工程施工质量验收规范等。
房屋结构分哪五大类
房屋结构分哪五大类
1、砖木结构：指建筑物中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或砌块砌筑，楼板、屋架等用木结构。
2、砖混结构：建筑中竖向承重结构的墙、柱等采用砖或砌块砌筑，柱、梁、楼板、屋面板等采用钢筋混凝土结构。
通俗地讲，砖混结构是以小部分钢筋混凝土和大部分砖墙承重。
3、钢筋混凝土：指建筑物中主要承重结构如墙、柱、梁、楼板、楼体、屋面板等用钢筋混凝土制成，非承重墙用砖或其它材料填充。
这种结构抗震性能好，整体性强，耐火性、耐久性、抗腐蚀性强。
4、钢结构：指建筑物中主要承重结构以钢制成。
适用于超高层建筑，自重最轻。
5、泡沫结构：房子的整体是用一个叫做海容模块的材质搭建，然后在里面注入混凝土，这样房子就可以让海容模块跟建筑形成一体化。
大跨度房屋钢结构简介
焊接技术
采用焊接方法连接钢构件， 要求焊接工艺精湛、质量可 靠，保证结构整体性和稳定 性。
吊装技术
采用大型吊装设备将钢构件 吊装至设计位置，要求吊装 方案科学合理，确保施工安 全顺利进行。
预应力技术
通过施加预应力来提高结构 的承载能力和刚度，要求预 应力索具和锚具质量可靠， 施工工艺成熟。
防腐与防火技术
专业人才匮乏
大跨度房屋钢结构的设计和施 工需要具备专业知识和技能的 人才，目前市场上相关人才较 为匮乏。
地域适应性
钢结构在不同气候和环境条件 下的适应性需要充分考虑，以 确保建筑的安全性和稳定性。
解决方案与建议
01
02
03
04
优化设计
通过精细化设计和优化，降低 材料成本和施工难度。
防腐维护
采用先进的防腐和维护技术， 延长建筑的使用寿命。
人才培养
加强专业人才的培养和引进， 提高行业整体水平。
地域适应性研究
针对不同地区的气候和环境条 件，开展钢结构适应性研究， 确保建筑的安全性和稳定性。
04 大跨度房屋钢结构的工程实例
CHAPTER
国内外典型案例介绍
国内案例
上海中心大厦、北京鸟巢体育馆 、广州国际会展中心
国际案例
迪拜哈利法塔、伦敦千年穹顶、 美国金门大桥
环保可持续
钢材可以回收再利用，符合绿色建筑和可持续发展的理念。
设计灵活
钢结构体系可以适应各种复杂的设计需求，创造出独特且富有艺术感 的建筑造型。
面临的挑战
材料成本高
钢材是一种高成本材料，导致 大跨度房屋钢结构的建设成本
相对较高。
维护与防腐
钢材需要定期进行防腐和维护 ，以确保其长期性能和使用寿 命。
大跨房屋钢结构建筑结构体系论文
浅析大跨房屋钢结构建筑的结构体系【摘要】随着我国改革开放的进一步深化和世界知识经济的普遍发展，经济腾飞，人民生活水平日益提高，房产建筑和交易市场呈现出前所未有的繁荣景象。
20时间后半期，土木工程和结构工程涌现出更高、更大、更长的超大型复杂结构，大跨房屋钢结构建筑形式得到更为广泛的应用，然而中国以建筑师的设计思维和视角对此进行研究的课题甚少。
本文基于传统大跨房屋钢结构建筑体系的理论和实践，从建筑师的角度，充分考虑建筑因素的复杂性和难度处理，对其基本构成要素和材料、构件、技术等进行详细分析，并参考《大跨空间结构选型的因素体系模型》一文的建模系统，对大跨房屋钢结构建筑的结构体系进行了重新的诠释与补充。
旨在为民用钢建筑提供新思路和新方法，提高工程质量、加快工程进度、降低施工成本。
【关键字】大跨房屋钢结构；结构体系；新结构形式1 大跨度钢的主要内容和应用情况1.1 大跨度钢的主要内容和特点理论界普遍认为大跨度钢结构体系覆盖范围广、包括内容多，很难用明确、严格的定义来说明，一般认可跨度超过60m的结构可以称为大跨度结构。
由于其结构上的多跨、连续跨等形式不同和受力特征的区别，又可概括出以下体系：大跨度钢结构具有形式多样化、多姿多彩的特点。
自上个世纪60年代以来，这种结构在我国得到广泛应用，直至80-90年代，中、小型跨度网架已经遍布各地，体育场馆、工厂车间、居民住房、机场等都使用了大跨度钢结构。
这种结构由逐杆相连改为上、下弦杆连续设置，较方便地形成多曲率，不存在节点连接件，结构用钢量可与网格结构持平或有所减小。
除此之外，代预应力技术的引入使大跨度空间钢结构更具活力，呈现出先进性、合理性、经济性的优势，改善了原结构的受力状态和内力峰值，增强结构刚度、技术经济效果明显提高。
构新材料的应用和计算机技术的进步也极大地推动大跨空间钢结构的进步与发展。
广厦钢结构 cad 系统、天津空间网架工程公司 tjwj909，以及浙大空间网格结构分析设计软件 mstcad 都是大跨度钢结构更加完善。
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钢结构
设计
大跨度房屋结构
1.2.2 计算原则及构造特点
◆ 计算原则
格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。 重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的变形 进行计算。 大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生的 挠度由相应的结构起拱来抵消。 当跨度大于50m且刚性柱(支座)不高时，须计入框架 的温度应力。两铰框架中，框架柱可以做成沿高度变截 面形式，这样能减轻结构自重并具有较好的外观。 当杆件内力大于等于2000kN时，应按重型桁架设计， 杆件截面通常设计成双腹杆的。
也用于工业建筑，特别是在航空工业和造船工业中， 如飞机制造厂的总装配车间、飞机库、造船厂的船体 结构车间等。
大跨度建筑物的用途、其使用条件以及对其建筑造 型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性。
可采用梁式、框架式、拱式、空间式以及悬挂-悬索 式的结构。
钢结构
设计
大跨度房屋结构
钢结构
设计
图0.1
大跨度房屋结构
◆预应力三角形截面桁架 预应力三角形截面桁架便于制造、运输和安装，给
设置大跨度梁式结构体系以良好基础。
(a)
钢结构
设计
图1.1
大跨度房屋结构
Байду номын сангаас钢结构
设计
铺设于屋架上 的钢筋混凝土 屋面板可参与 共同受压，采 用管材(方管、 圆管)杆件以及 施加预应力这 三个方面使得 这种结构体系 钢材用量比较 经济。
大跨度房屋结构
钢结构
设计
图0.2
大跨度房屋结构
钢结构
设计
图0.3
大跨度房屋结构
950 1100
73.84
87500
图0.4 飞机库梁式结构
4500 0
7700
钢结构
设计
图0.5
图0.6
大跨度房屋结构
40,000
5000
12500
2800
32000
16000 80000
32000
21,500
图0.7 郑州碧波园娱乐中心空间拱形屋盖结构（建筑平面80m×80m）
圆弧拱：适于扁平拱,可以简化拱的设计与制造，使 拱构件及节点达到最大标准化。
悬链线拱：适于自重很大的高拱。高拱中风荷载引 起很大的内力，而且风荷载有可能自两面作用并给出 两条截然离散的风压线。此时拱的外形宜取两条极端 风压曲线的中间线。
钢结构
设计
大跨度房屋结构
1.3.2 拱的构造特点 ◆拱截面分实腹式和桁架式两种，一般为等截面。拱身所
钢结构
设计
（a）
（b） 图1.4
大跨度房屋结构
1.3 拱式结构
1.3.1 拱的体系及形式
（1）拱的形式有：两铰拱、三铰拱、无铰拱。拱式 体系用钢量比梁式体系及框架体系经济。
f
f
f
l
l
l
(a)
两铰拱
(b)
三铰拱
图1.5
(c)
无铰拱
两铰拱：安装和制造简单。因为铰可自由转动的特性，
两铰拱易于适应变形。
三铰拱：与两铰拱相比无突出的优点，拱钥铰还使拱
钢结构
设计
大跨度房屋结构
±0.0
拉杆
钢结构
设计
550
16700
550
17800
图1.6 设置抬高拉杆的拱
②设置拱扶壁 在加盖的体育场、展览馆以及飞机库里，拱的支座常
常是房屋的墙体、看台等。没有横墙或看台的情况下则 要求设置拱扶壁以承受拱的水平推力。
大跨度房屋结构
（3）拱外形：——接近压力曲线
抛物线拱：当对称的、沿拱弦线均布的荷载值起主 要作用时最为合适。
应用：通常采用简支桁架作为主要承重构件。其上、下弦 及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。重点是支 撑系统的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是非常重要 的。
优点：制造与安装较为简单。
常用体系：大跨度屋盖、预应力三角形截面桁架
钢结构
设计
适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量过大而不经 济。
钢结构
设计
本身结构及屋面设置复杂化。
大跨度房屋结构
无铰拱：对于弯矩沿跨度的分配最为有利，但必须设 置强大的基础，而且要计算温度的作用。
（2）水平推力的解决措施：
①设置拉杆 对于软弱地基的情况，设置拉杆承担拱的横向水平力
更为合适。设有拉杆的拱其支座主要承受垂直荷载，故 这种情况下支座比较轻巧。
拱支承在墙体上时，横向反力也可用在支座铰水平处 设置拉杆的办法加以解决。为了在不增加房屋高度的情 况下增大房间的有效高度，有时将拉杆布置于拱支座铰 水平之上。
大跨度房屋结构
本章目录
基本要求
1 平面承重的大跨屋盖结构 2 空间网架屋盖结构 3 悬挂式屋盖简介
1.了解平面承重的大跨屋盖 结构的分类和构造特点。
2.了解空间网架屋盖结构的 特性和组成分类。
3.了解悬挂式屋盖结构的布 置形式。
钢结构
设计
大跨度房屋结构
大跨度房屋结构常用于公共建筑。如会堂、影剧院、 展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、市场、火车 站、航空港等。
钢结构
设计
大跨度房屋结构
铝合金三角板 铝合金穹顶构架
遮雨板 披水板
下沉式碗形气楼
铝穹顶
铝墙板以及 采光窗
钢结构
设计
图0.8 上海国际体操中心主体育馆
大跨度房屋结构
50005000 10000
22.000
22000
钢结构
设计
±0.000
预应力混凝土长梁
115000
图0.9 海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构
大跨度房屋结构
钢结构
设计
图0.10 首都机场三号航站楼
大跨度房屋结构
钢结构
设计
图0.11 日本名古屋网壳穹顶
大跨度房屋结构
第1节 平面承重的大跨屋盖结构
本节目录
1. 梁式大跨结构 2. 框架结构 3. 拱式结构
基本要求
了解大跨屋盖结构分类方法与应用
钢结构
设计
大跨度房屋结构
1.1 梁式大跨结构
钢结构
设计
大跨度房屋结构
◆ 构造特点
当支座反力大于2500～3000kN时，框架的支座应设 计成辊轴式；反力较小时，可设计成平板式。
(a)
(b)
在双铰框架结构中,
为减小横梁中部的弯矩,
可采用图中使横梁卸载 O
的做法。
悬 挂
墙
钢结构
设计
R
R e
图1.3
大跨度房屋结构
横梁与柱连接 的框架节点内角 弯折处应做成平 缓曲线以避免应 力集中。为使转 角处腹板不致失 稳，应在其内部 受压区设置短加 劲肋。
(b) 钢筋混凝土屋面板
拉杆
6m
(c)
24~30m
(d) 钢筋混凝土屋面板
玻璃窗
18~24m
图1.2
三角形屋架 钢筋混凝土屋面板
大跨度房屋结构
1.2 框架结构
1.2.1 框架的体系及形式 两铰框架：对温度作用不敏感，刚度较差 无铰框架：刚度好，用钢量省、便于安装，但对基础要
求较高 实腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。