大跨建筑结构
大跨度与小跨度的划分及适用的结构体系
大跨度与小跨度的划分及适用的结构体系一、概述大跨度与小跨度的划分和对应的结构体系一直是建筑工程领域中一个备受关注的问题。
随着建筑设计和施工技术的不断进步，对大跨度和小跨度结构的需求也在不断增加。
正确的划分和选择适用的结构体系对于工程设计和实施具有重要的指导意义。
本文将就大跨度与小跨度的划分及适用的结构体系进行深入探讨。
二、大跨度与小跨度的定义1. 大跨度结构大跨度结构通常指的是在建筑或桥梁中跨度较大的结构。
一般来说，跨度大于50米的建筑或桥梁可以被称为大跨度结构。
大跨度结构由于其较大的跨度，需要考虑较多的内力、变形、振动等问题，因此在设计和施工中需要采取相应的措施来保证结构的安全和稳定。
2. 小跨度结构小跨度结构则是相对于大跨度结构而言的。
一般来说，跨度小于50米的建筑或桥梁可以被称为小跨度结构。
小跨度结构由于跨度较小，内力和变形等问题相对较少，因此在设计和施工中的考虑因素也相对较少。
三、大跨度与小跨度结构的区别1. 内力分布大跨度结构由于跨度较大，内力分布相对复杂。
在设计中需要考虑不同部位的受力情况，以保证结构的安全性。
而小跨度结构内力分布相对简单，设计上的考虑因素也相对较少。
2. 稳定性由于大跨度结构的跨度较大，其稳定性相对较差，需要采取相应的措施来保证结构的稳定性。
而小跨度结构由于跨度较小，其稳定性相对较好。
3. 振动问题大跨度结构在设计和施工中需要考虑振动等问题，以保证结构的使用安全性。
而小跨度结构由于跨度较小，振动问题相对较少。
四、大跨度与小跨度适用的结构体系1. 大跨度结构适用的结构体系钢结构体系是大跨度结构常用的结构体系之一。
钢结构具有自重轻、刚度大、施工速度快等优点，适用于大跨度建筑和桥梁的结构体系中。
索弦结构体系也是大跨度结构的常用结构体系，其富有弹性和变形能力，适用于跨度较大的结构。
2. 小跨度结构适用的结构体系混凝土结构体系是小跨度结构常用的结构体系之一。
混凝土结构具有承载能力强、耐久性好等优点，适用于小跨度建筑和桥梁的结构体系中。
大跨度建筑结构选型
吉林大学珠海学院
ZHUHAI COLLEGE JILIN UNIVERSITY
3.1.4网格结构及其建筑造型 网格结构是由很多杆件从两个方向或几个方向按一定的规律布置，通过节 点连接而成的一种网状空间杆系结构。
1）受力特点、优缺点和适用范围 受力特点： 杆件主要承受轴向力。
优点：1.整体性强、稳定性好、空间刚度大，有利于抗震； 2.节省材料，结构高度小； 3.可以有效地利用空间； 4.有利于工厂生产，且便于制作，安装也较方便； 5.形式多样；
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3.1.2刚架结构及其建筑造型 刚架结构是指梁和柱刚性连接的一种门形结构形式。 1）受力特点、优缺点和适用范围 受力特点：梁和柱之间刚性连接，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用， 在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用 。 优点：造型轻巧，富于变化，节省材料，受力合理，下部的空间较大。 适用范围：体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间建筑。 2）刚架结构的形式 按结构组成和构造方式的不同，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架。
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3.1.3桁架结构及其建筑造型 2）桁架结构形式 拱形桁架可用钢或钢筋混凝土制作，外形呈抛物线，矢高与跨度之比一般 为1/8~1/6，常用跨度为18~36m。 无斜腹杆桁架，常用跨度为15~30m。 跨度大于36m，宜用钢桁架，小于36m，可用钢筋混凝土桁架。
拱结构水平推力处理方式分为三种： 1.由拉杆承受拱推力
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3.1.1拱结构及其建筑造型 4）拱结构的建筑造型 拱结构水平推力处理方式分为三种： 2.由框架结构承受拱推力
大跨度建筑结构
大跨度建筑结构1单层刚架刚架是以横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。
1.1受力特点：梁柱合一的刚架仍是横向受弯为主的结构，但梁柱刚接的相互约束减少了梁跨中与柱内弯矩，内力虽然有轴力，但以弯矩为主，这是其承荷传力的基本特性。
刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥。
由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且结构下部的空间增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利。
同时，倾斜的横梁使建筑屋顶形成折线形，建筑外轮廓富裕变化。
由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因此应用非常广泛。
但刚架结构的刚度较差，不宜用于吊车起吊重量超过100KN的厂房等建筑。
1.2刚架结构的类型刚架按结构组成的构造方式不同，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架。
无铰刚架和两铰刚架是超静定结构，结构刚度较大，但当地基条件较差，发生不均匀沉降时，结构产生附加内力。
三铰刚架则属于静定结构，在地基产生不均匀沉降时，结构不会引起附加内力，但刚度不如前两种好。
一般来说，三铰刚架多用于跨度较小的建筑，前两者用于较大的建筑。
刚架按材料不同分为胶合木刚架、钢刚架和混凝土刚架。
胶合木刚架是利用短薄板的板材拼接而成，不受原木尺寸及缺陷的限制，具有较好的防腐和耐燃的性能。
轻钢门式刚架适用范围:用于跨度为9一36m，柱距为6m，柱高为4.5一9m，不设吊车或设有起重量较轻吊车的单层工业厂房或公共建筑:设置桥式吊车时起重量不宜大于20t、设置悬挂吊车时起重量不宜大于3t。
钢筋混凝土刚架一般适用于跨度小于18m，高度小于10m的无吊车和吊车荷载小于100KN的建筑中，最大跨度可达30m。
钢筋混泥土刚架构件截面一般为矩形，以便于叠层预制。
为省掉不必要的混泥土可做成空心界面、工字形截面或空腹式。
刚架按建筑体形分有平顶、坡顶、拱、单跨与多跨。
1.3刚架结构的建筑造型刚架结构常用钢筋混泥土建造，为了节约材料和减轻结构的自重，通常将刚架做成断面形式，柱梁相交处弯矩最大，断面增大，较接点处弯矩为零，断面最斜或外直内斜。
大跨度建筑的结构设计
大跨度建筑的结构设计大跨度建筑是指建筑物中跨度大于等于40米的建筑。
与传统建筑相比，大跨度建筑在空间布局和结构设计上都有较大的挑战。
本文探讨大跨度建筑的结构设计及其应用。
一、大跨度建筑的结构设计1.梁式结构梁式结构是大跨度建筑的常用结构类型之一，它利用梁的强度和刚度来支撑跨度较长的建筑。
在大跨度梁的设计中，需要考虑到梁的截面形状、材料、刚度、强度等因素。
例如，著名的伦敦眼观景轮采用了梁式结构，利用了高强度钢材料制成的滑轮和悬挂钢缆来支撑整个建筑。
这种梁式结构设计的优点是能够在不占用内部空间的情况下提供支撑力，从而实现大跨度建筑的空间设计。
2.网壳结构网壳结构是一种常用的大跨度建筑结构设计形式。
它由大量的杆和节点组成，呈现出类似于异形网格的形态，可抵御外部弯曲和剪切力。
例如，位于中国上海的东方明珠塔就是一种典型的网壳结构。
它由大量的三角形钢管起拱形成多穹顶状网架结构，利用了结构杆件三角形组合的适用性和钢管双向剪力优良的特性，为整个建筑提供了强大的支撑力和刚度。
同时，网壳结构还具有优美的空间美学效果，为城市天际线带来了新的视觉风格。
3.悬链结构悬链结构利用悬挂钢缆和大跨度建筑物体的自重，形成了一种类似于悬链的结构设计形式。
它的一大特点是结构杆件能够分担大量吊杆的拉力，从而达到支撑建筑物的目的。
例如，著名的法国埃菲尔铁塔就是一种典型的悬链结构。
它由大量的悬挂钢缆和大型铁框架组成，同时利用了钻孔和铆焊技术，既满足了结构的承载要求，又保留了珍贵历史建筑成果。
这种悬链结构不仅增强了建筑物的稳定性，而且还成为法国文化遗产的标志性代表。
二、大跨度建筑的应用大跨度建筑由于具有空间利用效率高、运行费用低、视觉效果好等优点，在如今的城市化建设中得到了广泛的应用。
以下是几个典型的大跨度建筑案例：1.北京国家大剧院北京国家大剧院采用了地下水泵吸引地下水上泵供水的自然冷却系统，设有近3000个座位。
其建筑外观类似于人类强壮且柔韧的结构，运用了大量的悬挂钢缆和网壳结构，同时建筑内部空间充分利用，成为北京城市文化建筑的瑰宝。
第三章大跨度建筑构造1
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。
受力特点：结构呈空间受力状态，主要承受曲面内的 轴向力，弯矩和扭矩很小，刚度和强度都非常好。结 构厚度仅为跨度的几百分之一。 优点： 结构自重轻、省材料、跨度大、外形多样。
缺点：多数薄壳结构建筑的形体较为复杂，多采用现 浇施工；费工、费时、费模板，结构计算较复杂，不 宜承受集中荷载。
三、大跨度建筑的主要结构类型
结构技术是影响建筑 空间形式及造型的重 要因素，在大跨度建 筑中尤其如此。
按建筑材料和建造方式分为 钢筋混凝土薄壳结构 网架结构 轻钢结构 管桁架结构 悬索结构
膜结构
索-膜结构 混合结构
§3.2大跨度建筑结构类型及其造型、技术特点
一、拱结构及其建筑造型 二、钢架结构及其建筑造型 三、桁架结构及其建筑造型 四、折板结构及其建筑造型
哥特建筑尖拱与骨架拱
弧三角拱
罗马万神庙室内
法国里昂机场高速铁路车站
代表钢 铁时代 的埃菲 尔铁塔
文艺复兴时期公共会堂帕拉迪奥
（二）拱的形式
三铰拱
两铰拱 无铰拱
三铰拱
两铰拱
无铰拱
（三）拱结构的建筑造型
取决于矢高和平衡拱推力的方式 矢高影响建筑的外部轮廓形象。 通常矢高为拱跨的1/7～1/5，最小不小于1/10。
适用范围：体育馆、影剧院、展览馆、食堂、菜场、 商场等公共建筑。
（二）桁架结构的形式
1.用材：木材、钢材、钢筋混凝土
2.形式：三角形、梯形、拱形、无斜腹杆式和三铰拱 式
（三）桁架结构的建筑造型
大跨建筑结构体系桁架
利用碳纤维、玻璃纤维等复合材 料，减轻结构自重，提高结构刚 度，改善结构抗震性能。
新结构形式的研究
新型节点设计
研究新型节点连接方式，提高节点承 载力和传力效率，降低节点能耗。
异形结构
探索新型的异形结构形式，满足大跨 度、大空间建筑的需求，提高结构美 学效果。
智能化设计与施工
BIM技术应用
基础工程
根据设计要求，进行 基础工程的建设，包 括桩基、土方开挖、 基础混凝土浇筑等。
钢构件加工
按照设计图纸要求， 对钢构件进行加工制 作，确保尺寸、形状、 焊接质量等符合要求。
安装与拼装
将加工好的钢构件进 行安装和拼装，形成 完整的桁架结构。
检测与验收
在施工过程中和施工 完成后，对桁架结构 进行检测和验收，确 保符合设计要求和安 全性能。
特点
大跨建筑结构体系桁架具有自重轻、 跨越能力强、结构稳定性好、施工方 便等优点，广泛应用于大型桥梁、会 展中心、体育场馆等建筑领域。
分类与比较
要点一
分类
根据不同的分类标准，大跨建筑结构体系桁架可以分为不 同的类型。如按照结构形式可分为平行弦桁架、拱形桁架 等；按照材料可分为钢桁架、木桁架、钢筋混凝土桁架等 。
发展趋势
随着科技的发展和人们对于建筑功 能与美观的需求不断提高，大跨建 筑结构体系的设计与施工技术也在 不断进步和创新。
重要性及应用领域
重要性
大跨建筑结构体系在现代建筑中占据着重要的地位，其设计 与施工涉及到多个学科领域，如结构工程、材料科学、计算 机技术等，对于推动建筑行业的发展和进步具有重要意义。
刚度和稳定性要求。
经济合理
在满足安全性和功能性 的前提下，优化结构形 式和材料，降低成本。
建筑结构 大跨度结构
一、刚架结构
单 层 刚 架 基 本 尺 度
第十一章 大跨度结构
二、桁架（屋架）结构
第十一章 大跨度结构
受力 特点
桁架（屋架）的受力以轴力为主，各杆是承受拉（压）力的二力杆
件，受力状态比梁合理，计算简单、施工方便、自重较轻、适应性强。 但结构高度大，侧向刚度小，为保证其侧向稳定而设置的支撑往往耗 费过多的材料，为了构造和制作的方便往往采取由最大内力控制的等 截面杆件而使材料未尽其用。
二、桁架（屋架）结构
桁 架 结 构 布 置 及 支 撑 体 系
第十一章 大跨度结构
二、桁架（屋架）结构
工 程 实 例
I 国 家 体 育 馆 鸟 巢
第十一章 大跨度结构
二、桁架（屋架）结构
第十一章 大跨度结构
工程实例-国家体育馆鸟巢
三、拱结构
第十一章 大跨度结构
受力 特点
拱结构杆轴为凸向外荷载的曲线，在竖向荷载作用下产生推力并以
四、薄壳结构
第十一章 大跨度结构
薄壳结构主要形式及尺度
• 双曲扁壳
双曲扁壳矢高与底面短边之比应不大于1/5，但也不能太扁以避免向平板 转化。当双面扁壳双面曲率不等时，较大曲率与较小曲率之比，以及底面 长边与短边之比，均不宜超过2。双曲扁壳允许倾斜放置，但壳体底平面 的最大倾角不宜超过10°，其它尺度要求同球壳。
为使悬索结构具有足够的形状稳定性，应在悬索体系内建立适当的 预应力，使悬索绷紧。
类型
单层悬索加重屋面 预应力“悬挂薄壳” 预应力双层索系、 预应力索网
劲性悬索 横向加劲平行索系——索-梁(桁)体系、索-拱体系
七、悬索结构
第十一章 大跨度结构
悬索结构尺度
• 单层索系：承重索垂跨比1/20～1/10
建筑结构大跨度结构
建筑结构大跨度结构大跨度结构是指横跨较长的距离，一般大于50米的建筑结构。
大跨度结构在现代建筑中得到了广泛应用，不仅可以提供更大的空间，还能够提高建筑的整体美观性、功能性和可持续性。
本文将介绍大跨度结构的定义、分类、应用以及在设计中的考虑因素等内容。
一、大跨度结构的定义大跨度结构是指横跨较长的距离的建筑结构。
它们通常用于一些需要较大空间的场所，如会展中心、机场终端楼、体育馆等。
大跨度结构的建造需要考虑跨度、荷载、材料和施工等因素。
跨度越大，结构的自重越大，所需的材料和施工难度也越大。
因此，在设计大跨度结构时需要进行充分的工程计算和结构分析，以确保结构的稳定性和安全性。
二、大跨度结构的分类根据结构的形式和功能，大跨度结构可以分为以下几种类型：1.單元系統結構：单元系统结构是一种由标准化部件组成的结构体系，其主要特点是模块化。
这种结构适用于大型工业厂房、仓库等场所。
常见的单元系统结构包括钢桁架结构和桁架梁结构。
2.点支撑结构：点支撑结构是一种通过柱子或支撑点将荷载传递到地面的结构。
它适用于要求大空间的建筑，如机场终端楼、体育场馆等。
点支撑结构常见的形式有网壳结构和空间桁架结构。
3.地铁结构：地铁结构主要用于地铁车站和地下通道等场所，其特点是地下结构、强度高和防水性能好。
地铁结构主要由混凝土和钢材构成，以提供足够的强度和稳定性。
4.悬索桥结构：悬索桥结构主要由悬索和桥塔组成，适用于跨越较长距离的桥梁。
悬索桥结构具有较好的承载能力和抗震能力，广泛用于桥梁工程中。
三、大跨度结构的应用大跨度结构在现代建筑中得到了广泛应用，主要体现在以下几个方面：1.会展中心：会展中心是大跨度结构的代表之一，其特点是空间大、无柱和灵活布局。
通过合理的结构设计和使用大跨度结构，可以提供更大的展示面积和灵活的空间分配。
2.机场终端楼：机场终端楼一般需要提供较大的空间，以应对大量旅客的需求。
大跨度结构可以提供无柱的空间，不仅能够提供较大的空间容量，还能使旅客获得更好的使用体验。
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（2）上海体育馆，主馆呈圆形,圆形屋盖直径为110m，采用 的是三向钢网架结构。
折板结构
• 折板结构是以一定倾斜角 度整体相连的一种薄板体 系。折板结构通常用钢筋 混凝土建造，也可用钢丝 网水泥建造。
• 衡阳火车站折板仓库
• 巴黎联合国教科文组织总部大厦会议厅。按照应力变 化的规律，将折板截面由两端向跨中逐渐增大。使大 厅屋顶具有韵律感。
深圳龙岗商业中心
管桁架拱结构
重庆市武警总队 训练场
（跨度61.4m）
拱式结构体系
拱式结构外形美观，体现了结构受力与建筑ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ型的完美结合，是大
跨度钢结构中一种重要的形式。
1851年伦敦水晶宫，拱顶结构，主要材料为铁和玻璃。
刚架结构
车站
空间大，造型轻盈
桁架结构 上海证券大厦
连接两幢主楼的 天桥桁架跨度63m， 采用了H型钢重型桁 架。
北京西站过街天桥
网架结构 （1）首都体育馆，北京最大的现代化体育馆之一，平面呈矩形， 建筑物东西长122.2米，南北长107米，建筑面积4万平方米。屋盖结 构为平板型双向空间钢网架，是我国矩形平面屋盖中跨度最大的网 架。
华盛顿杜勒斯机场候机厅
薄壳结构
（1）悉尼歌剧院 贝壳形尖屋顶，是由2194块每块重15.3吨的弯曲形混凝
土预制件，用钢缆拉紧拼成的，外表覆盖着105万块白色或奶 油色的瓷砖。
（2）武汉光谷电子市场
武汉光谷电子市场
悉尼歌剧院
薄膜结构
（1）水立方 中国国家游泳中心，平面尺寸177m×177m，是世界上最大的膜结构工程，总
网壳结构
（1）天津滴水体育馆。 采用带拉杆的联方型圆柱面网壳，平面尺寸为52m X68m。
（2）漳州电厂干煤棚 采用了直径125m的超过半球的球面网壳，是我国当时跨度最大的球面
网壳。
天津滴水体育馆
漳州电厂干煤棚
悬索结构
（1）北京市朝阳体育馆 朝阳体育馆气势宏伟，主馆建筑面积7888平方米，主场地场44米，宽
建筑面积65000～80000平方米。除地面外，外表面都采用了膜材料—ETFE。
水立方
充气结构
充气结构是由薄膜材料制成的构件充入空气后形成的结构，具有自重轻、跨 度大、构造简单、建造方便外形灵活等优点。
深圳龙岗商业中心建筑面积114300平方米，2003年开工兴建，是我国也是 世界上第一个充气悬浮的建筑。
34米。 体育馆是典型的索拱体系，中央索拱体系由两个钢拱和两条悬索组成。索 和拱的轴线均为平面抛物线，分别布置在相互对称的是个斜平面内，通过 水平和竖向杆两两相连，构成桥梁式的立体体系。
北京朝阳体育馆
（2）华盛顿杜勒斯机场候机厅 机楼有两排巨型钢筋混凝土柱墩，一排稍高，另一排稍低，在相对的
柱墩顶上张着40多米长的钢索，钢索上铺屋面板。钢索中部下垂，形成自 然的凹曲线形屋顶。柱墩向外倾斜，屋面向上翻起，具有动势，很有气派 。候机楼为矩形平面，长182.5 m，宽45.6 m。