大跨度钢结构
钢结构大跨度的定义和应用
引言概述：
在建筑和结构设计领域，钢结构大跨度是指跨度较大的钢结构建筑物或桥梁。
由于钢材具有高强度、耐腐蚀和可塑性等优点，钢结构大跨度在现代建筑和桥梁工程中得到广泛应用。
本文将从五个方面详细探讨钢结构大跨度的定义和应用。
正文内容：
一、大跨度钢结构的定义
1.什么是大跨度钢结构
2.大跨度钢结构的测量标准
二、大跨度钢结构的应用领域
1.高层建筑中的大跨度钢结构
a.钢结构建筑的可塑性和耐火特性
b.高层建筑采用大跨度钢结构的优势
c.大跨度钢结构在摩天大楼中的应用案例
2.桥梁工程中的大跨度钢结构
a.钢桥的轻量化和抗震性能
b.大跨度钢结构在桥梁工程中的优势
c.大跨度钢结构在大型跨海大桥中的应用案例
3.体育馆和会展中心的大跨度钢结构
a.大跨度钢结构为体育馆和会展中心提供了更大的活动空间
b.大跨度钢结构在体育馆和会展中心中的应用案例
4.飞机机库和航天设施的大跨度钢结构
a.钢结构的高强度和稳定性
b.大跨度钢结构在飞机机库和航天设施中的应用案例
5.钢结构大跨度的新兴应用领域
a.大跨度可折叠式钢结构在临时建筑中的应用
b.大跨度钢结构在太阳能光伏场所和充电站中的应用
结论：
钢结构大跨度的定义和应用在现代建筑和桥梁工程中发挥着重要的作用。
通过对其定义和不同领域的应用进行详细阐述，我们可以了解到钢结构大跨度的优势和特点。
随着科技的发展和建筑需求的不断增加，钢结构大跨度在未来将继续发展并应用于更多新兴领域。
大跨度钢结构
二：空间结构 网架和网壳结构 悬索结构
4
1.1：大跨度钢结构的应用及其主要特点
应用
大跨度钢结构
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 •跨度大
290m 340m(国家体育场，刚架结构，2008)
空间作用(diaphragm，蒙皮效应)
6
第二章 平面结构
大跨度钢结构
2.1：梁式结构的特点和应用 2.2：框架结构的特点和应用 2.3：拱式结构的特点和应用
7
2.1 梁式结构的特点和应用
特点
大跨度钢结构
•不产生水平推力(可支承于墙壁，砖石或混凝土柱上) •制造和安装较简单
应用 可用于40m～60m左右的工业和民用建筑物中
11
2.2 框架结构的特点和应用(续)
•格构式框架的横梁高跨比宜大跨在度跨钢结度构的1/201/12范围选取 格构式框架立柱的宽宜取其横梁的节间长度(卸载效应) •折线弓形框架接近于拱形结构的力学性能 常用于高度相对较大(跨度约4050m，高度约1520m)的建筑物 横梁高度和立柱宽度皆在跨度的1/251/15范围选取
大跨度钢结构
Large-span Steቤተ መጻሕፍቲ ባይዱl Structure
大跨度钢结构
1
参考文献：
大跨度钢结构
《大跨度房屋钢结构》哈尔滨建筑工程学院编，中国建筑
工业出版社，1985.11
《平板网架设计》
刘锡良等编著，中国建筑工业出版社，
1979.7
《空间结构》
浙江大学建筑工程学院等编著，中国计划出版社，
大跨度钢结构施工注意事项
钢结构设计：大跨度钢构的九个注意事项一般来说，钢结构大跨度、大体量的设计是比较繁琐的，也是工程量比较大，一般来说，大跨度、大空间、大体量的钢结构图纸设计，一定要关注到一下九个方面的影响一、判断建筑是否适用大跨度钢结构，大跨度钢结构的优点是强度高、整体重量轻、施工便捷、环保可再利用，但缺点是防火性能差、隔音效果差、易腐蚀等。
所以大跨度钢结构通常用于超高层建筑、高档住宅、大跨度且造型复杂的场馆、厂房等临时建筑，根据使用场景及要求进行防锈、隔音等处理。
二、确定建筑结构选型与布局在进行大跨度钢结构设计时，需结合大跨度钢结构建筑环境与用途，考虑水平与垂直荷载力、结构稳定性、实用性和美观性等。
比如对于超高层建筑，需要考虑钢混组合结构，支撑柱外围布置的方式；对于北方大雪地区，需要考虑积雪滑落等因素；对于大跨度的场馆结构，要考虑悬索、斜拉支撑构件结构，等等。
结构的布局要根据结构体系特征,荷载力分布情况等综合考虑，做到整体结构刚度均匀，受力均匀。
三、运用结构软件，结合施工工艺水平，对大跨度钢结构的截面、连接节点等进行设计。
四、编制图纸，设计单位编制设计图纸，大跨度钢结构制造单位依据设计图纸编制施工详图，这个过程是实现大跨度钢结构设计落地的重要环节。
五.拿到作业图纸不要盲目建模计算。
先进行全面分析，与建筑设计人员进行沟通，充分了解工程的各种情况，如功能、选型等。
六.创建设计模型建模计算前的处理要做好。
比方荷载的计算要准确，不能估计。
要完全根据建筑做法或使用要求来输入。
七.在进行结构建模的时候，要了解每个计算参数的意义，不要盲目修改参数，修改时要有依据。
八、在计算中，要充分考虑在满足技术条件下的经济性。
不能随意加大配筋量或加大构件的截面。
这一点要作为我们的设计理念之一来重视。
九、梁、柱、板等电算结束后要进行大量的调整和修改，这都要有依据可循（可根据验算简图等资料）。
大跨度的钢结构设计很多方面取决于团队的协作能力，一个优秀的钢结构设计案例的呈现，一定是全面、科学、严谨、核算完毕后，再图纸的上的集中体现。
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
大跨度钢结构厂房(一)
大跨度钢结构厂房（一）引言概述:大跨度钢结构厂房是一种具有广泛应用前景的建筑形式。
它利用钢材的高强度和抗拉性能，在大跨度范围内能够提供稳定和可靠的空间支撑。
本文将从结构设计、施工特点、材料选择、工程经济和环保方面，对大跨度钢结构厂房进行详细阐述。
正文内容:一、结构设计:1. 安全性需求：钢结构在大跨度厂房中的应用需要满足高强度、抗震、抗风等安全性要求。
2. 相关规范：根据国家规范，大跨度钢结构厂房的设计需要遵循相关的承载力、稳定性和刚度的规范标准。
3. 结构形式选择：根据具体工程需要，可以选择桁架结构、空心壳体结构或框架结构等结构形式。
二、施工特点:1. 快速施工：相比传统建筑形式，大跨度钢结构厂房采用钢构件的制作和安装，施工速度更快。
2. 精准制作：钢结构厂房的构件制作工艺精确，尺寸准确度高，能够提高施工过程的效率和质量。
3. 构件连接：钢结构厂房的构件连接采用螺栓和焊接等方式，确保连接牢固，提高结构整体性能。
三、材料选择:1. 钢材种类：常用钢材包括碳素钢、合金钢和不锈钢，根据实际要求选择合适的材料。
2. 钢板厚度：根据结构设计和负荷要求，确定合适的钢板厚度，以满足强度和稳定性的要求。
3. 防腐措施：钢结构厂房通常需要进行防腐处理，如涂层或镀锌等，以延长使用寿命。
四、工程经济:1. 成本优势：钢材的价格较为稳定，施工周期较短，因此大跨度钢结构厂房在工程经济方面具有较大的优势。
2. 投资回报：大跨度钢结构厂房因其较长的使用寿命和较低的维护成本，可以获得较高的投资回报率。
3. 灵活性：钢结构厂房在未来扩建或改造时，可以很方便地调整，提供了更大的灵活性和经济效益。
五、环保考虑:1. 能源节约：大跨度钢结构厂房能够减少材料和资源的使用量，提高能源利用效率。
2. 废弃物处理：钢结构厂房的废弃物可以回收利用或进行再利用，减少环境污染。
3. 可持续发展：大跨度钢结构厂房符合可持续发展理念，对环境影响较小，有利于推动绿色建筑发展。
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。
大跨度钢结构建筑(一)
大跨度钢结构建筑（一）引言概述：大跨度钢结构建筑是一种以钢材为主要建筑材料，以其良好的抗拉、抗压性能和轻质高强的特点，广泛应用于桥梁、体育馆、会展中心等大型建筑。
本文将分别从结构设计、材料选用、施工工艺、质量控制和经济性等五个大点来阐述大跨度钢结构建筑的相关内容。
正文：一、结构设计1. 考虑结构稳定性：大跨度钢结构的设计检验要求关注其抗震、抗风等稳定性能，采用合适的结构形式进行布置。
2. 优化结构荷载：结构设计中需要充分考虑建筑荷载，合理配置梁、柱等承重构件，以实现结构的最佳性能和安全性。
3. 考虑温度变化影响：大跨度钢结构在日常使用过程中，受到温度变化的影响很大，需要在设计中考虑温度膨胀和收缩的影响。
二、材料选用1. 钢材选择：大跨度钢结构建筑中，常用的钢材有低合金高强度结构钢和碳钢等，需要根据实际情况选择合适的钢材。
2. 表面涂层处理：钢材在使用前需要进行防锈处理和防腐涂层，以提高其耐久性和抗腐蚀性能。
3. 其他材料选择：除了钢材外，大跨度钢结构建筑还需要选用适当的连接件、密封材料和隔热材料等，以提高建筑质量和使用效果。
三、施工工艺1. 梁柱制作：钢梁柱的制作需要按照设计要求进行切割、焊接、打磨等工艺，确保结构的精度和焊缝质量。
2. 安装顺序：大跨度钢结构建筑的安装要按照先梁后柱、先下后上的顺序进行，以确保施工的安全性和效率性。
3. 预制加工：适当采用拼装预制方式，可以减少现场施工时间和成本。
四、质量控制1. 焊接质量检验：对焊接工艺进行严格控制，并进行焊缝质量检验，以确保焊缝连接的强度和密实性。
2. 尺寸精度控制：对大跨度钢结构建筑的尺寸精度进行监控，避免因尺寸偏差而影响整体结构的连接和安装。
3. 材料质量检查：对使用的钢材和其他材料进行质量检查，确保建筑的可靠性和耐久性。
五、经济性1. 施工成本：大跨度钢结构建筑的施工成本相对较低，因为其可以在工厂预制，减少现场施工时间。
2. 使用期成本：由于钢结构建筑具有较长的使用寿命和低维护成本，使得大跨度钢结构建筑在使用期间经济实惠。
大跨度钢结构1
3.大跨度钢结构
大跨度结构主要有网架结构、悬索结构和网壳结构等。
（1）网架结构（图）
网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。
具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。
构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三边形、四边形、六边形、圆形或其他任何形体。
一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：
·焊接球节点
·螺栓球节点（图）
·钢板节点
（2）悬索及索桁架结构
以一系列拉索为主要承重构件，这些索按一定的规律组成各种不同的形式，悬挂于相应的支撑结构上，使材料强度在受拉情况下得到充分发挥的结构形式。
节约钢材（以浙江省体育馆为例，仅17kg/m2）、外形美观、设计施工较复杂，适合于大跨度屋顶。
（3）网壳结构
同网架结构一样，网壳也是由许多杆件按一定规律布置，通过节点连接成空间杆系结构，但网架的外形呈平板状，而网壳的外形呈曲面状。
一般为单层或双层，按其外形为单曲面或双曲面而构成网状穹顶、网状筒壳以及双曲抛物面网壳等多种形式。
网壳结构的特点：外形美观、通透感好，建筑空间大、用材省，设计施工较复杂。
苏州乐园宇宙大战馆球体屋面（穹顶）（图）
上海商务中心（网状网壳）（图）。
- 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)。
（3）温度作用
温度作用是指由于温度变化，会引起杆 件的伸长或缩短，如果这种温度变形受到约 束，网架杆件将产生附加温度应力，必须在 计算和构造措施中加以考虑。当网架结构符 合P120条件之一者，可不考虑温度变化而引 起的内力。
（4）地震作用
一般情况下，在抗震设防烈度为6度或7度 的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验 算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网 架屋盖结构应进行竖向抗震验算。
8
3.3.5 网架结构的计算方法
1）空间桁架位移法
空间桁架位移法（空间杆系有限元法）以网架结构的杆件作 为基本单元，以节点位移作为基本未知量。先对杆件单元进 行分析，根据虎克定律建立单元杆件内力与节点位移之间的 关系，形成单元刚度矩阵。然后再对结构进行整体分析，根 据各节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上的节点 荷载和节点位移之间的关系，形成结构的总刚度矩阵和总刚 度方程。求解引入给定边界条件后的总刚度方程，得出各节 点的位移值。最后，由单元杆件内力与节点位移之间的关系 求出杆件内力。
（3-6）
2. 正常使用极限状态
n
S SG k SQ1K ci SQi K i2
（3-7）
网架结构的容许挠度不应超过下列数值： 用作屋盖——L/250；用作楼盖——L/300， L为网架的短向跨度。当网架结构的最大 挠度值不满足容许挠度限值时。需要重新 调整结构刚度或通过适当起拱的方法来解决。 有起拱要求时，其挠度不得大于短向跨度的1/300。
1
3.2 平面结构体系
3.2.1 梁式大跨结构——桁架 （1）桁架的形式 平面桁架 （40～60m ）、空间桁架（100m ）
（2）梁式体系屋盖布置（简单式 、复杂式 ）P106
3.2.2 框架结构 (1)框架的形式 : 实腹式和格构式 (两铰及无铰框架 ) (2)框架式结构的布置 横向框架布置(P108 ) 纵向框架布置 (P108 ) 双面框架布置(P108 )
（3-4）
2）由永久荷载效应控制的组合
n
S G SG k Q i ci SQ i K i 1
（3-5）
7
对于抗震设计时，结构构件的地震作用效应和其他荷载 效应组合的设计值应按下式计算：
S G SGE Eh SEhk E v SEvk w w S wk
双层网架结构的自重可按下列经验公式估算：
gok qw L2 / 200
（3—2）
4
（2）可变荷载 网架结构上的可变荷载主要有屋面或楼面活荷载、
雪荷载、积灰荷载、风荷载以及吊车荷载。其中在 荷载组合时，雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑， 取两者的较大值。 屋面或楼面活荷载的取值，可根据实际使用情况查 现行荷载规范确定。 在荷载组合时，雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑， 取两者的较大值。 积灰荷载的取值，应考虑厂房性质，由生产工艺提 出，或按荷载规范规定参考采用。 风荷载应根据实际情况考虑风荷载的影响。例如， 对于周边支承，且支座节点在上弦的网架的风荷载 由四周墙承受，计算时可不考虑风荷载。 吊车荷载标准值按现行荷载规范有关规定确定 。
平面桁架系 拟夹层板法可用于跨度在40m以下的由平面 桁架系组成的网架或角锥网架的计算，此法 可考虑剪切变形和刚度变化的影响。 4）假想弯矩法 假想弯矩法可用于斜放四角锥网架、棋盘形 四角锥网架的估算。
10
3.3.7 网架的杆件与节点
6
3.3.4.2 荷载效应组合
1. 承载能力极限状态 对于承载能力极限状态，应按下列组 合值中取最不利值进行设计。
对于非抗震设计时，结构构件的荷载效应组合的设计值应按 下式计算：
1）由可变荷载效应控制的组合
n
S G SGk Q1 SQ1K S QI c i Qi k i2
2
3.2.3 拱结构 (1)拱的形式 (2)拱式结构的布置 3.3 网架结构 3.3.1网架结构的特点、适用范围 3.3.2网架的结构形式及选型 (1)网架结构的几何不变性分析 (2)网架的组成(网架是由上弦杆、下弦杆两个表面及
上下弦面之间的腹杆组成，一般称为双层网架，最 为常用) (3)网架的结构形式(交叉桁架体系网架 、角锥体系网 架） 网架的结构选型 ：安全可靠、技术先进、经济合理、 美观适用
3
3.3.3 网架的主要尺寸
（1 ）网架的高度（网架的跨度、屋面荷载、 平面形状、支承条件及设备管道 ）主要取决 于网架的跨度可按表3-1来确定
（2） 网格尺寸（上弦网格尺寸 ）按表3-1定
3.3.4 作用和荷载组合
（1）永久荷载 （网架自重，楼面或屋面自重， 保温层、防水层、吊顶、设备管道等材料的 自重 ）
第3章 大跨度房屋结构
3.1 概述 应用范围 1、大会堂 2、剧院 3、体育馆 4、市场 5、航空港 7、工厂、仓库、造船厂 结构形式 1、平面结构体系 （50~70m ）梁式结构（平面桁架和空间桁架）、
平面刚架和拱式结构 2、空间结构体系 （100~200m ）网架结构、网壳结构、悬索结
构和张拉整体结构以及混合结构
杆件的材料一般用Q235钢和16 Mn钢。16 Mn钢强度高， 塑性好，当荷载较大或跨度较大时，宜采用16 Mn钢，可以 减轻网架自重和节约钢材。
网架常采用圆钢管、角钢、薄壁型钢作为杆件。圆钢管截 面封闭，且各向同性，抗弯刚度各向都相同，回转半径大， 抗扭刚度大，因此受力性能较好，承载力高。杆件优先选用 圆钢管，且最好是薄壁钢管。但圆钢管的价格较高。因而对 于中小跨度且荷载较小，也可采用角钢或薄壁型钢。
空间桁架位移法是目前空间杆系结构计算精度最高的一种方 法（实践证明计算结果与试验值极为接近），适用于各种类 型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震 作用、温度作用等工况均可计算，也可同时考虑网架与下部 支承的共同作用。
9
2）交叉梁系差分法 交叉梁系差分法可用于跨度在40m以下的由