大跨度钢结构汇总资料
大跨度空间钢结构
，
它对 和 谐 的理 解体 现 了与另 几 个建筑 的不 同
已经 渗透 到 了精神和 感受 中
。
它所 努 力谋 求 的 和 谐
不 是体
，
，
湛 蓝 色 的 膜 结 构 外 衣 就 成 为人 们 关 注 的焦 点
。
而 这 层 美丽 华 服 下 的钢 结构 骨架却 很 少 引起 人 们 的注 意
文马颖鸟巢刺骨开新河鸟巢在理念上引入了中国传统文化艺术方面的理念和现代建筑的形式加以结合雄伟壮观的鸟巢用钢量在9万多吨其钢结构抗震设计安全达到预定性能目标鸟巢大跨度空间钢结构由主结构的桁架柱和桁架梁顶面次结构和立面次结构组成
文 ／马 颖
建筑作 为反 映城 市发 展 水平 最 直观 的感知 对 象 师 则 为凝 固 的音 符 弹 奏 出 自己 独 特 的 乐 章 巢
屈 服 程 度 轻；次 结 构 也 有 少 量 的 塑 性 铰
，
，
仅
极 少 数 铰 的 强 度 下 降 至 残 余 强 度 ；结 构 的 整 体 刚 度 没 有 下 降
大承载能力
。
尚未 达 到 最
。
国 家体 育 场 钢 结 构 设 计 达 到 了 预 定 的 抗 震 设 防 性 能 目标
乒 乓 球 馆
、
工 全
过程 模拟
，
顺 利 完成拉 索的预 应 力张拉
。
中央 刚 性 环 顺 利 卸
载 提 供 了有 力 的技 术 保 障
奥运建 筑是 在 中国 经 济快 速 发 展 的几 年 中建 成 的 较真 实地 反 映 了 中国经 济实 力
、
，
因此其 比
、
科技水平
：
美轮 美奂 的建筑
大跨度房屋钢结构设计
车辆工程技术132工程技术1 结构体系的描述上述的结构形式如果钢筋混凝土柱顶与H人字形铜梁刚接，仍可定性为门式刚架体系，参照门式刚架的受力特点进行计算和设计。
然而由于其柱顶与钢梁的结合上由两种完全不同的材料组成，其传力是否可靠，至关重要，钢梁为弹性材料，钢筋混凝土柱为弹塑性材料，钢筋混凝土柱顶混凝土节点区作为刚性节点，受力十分复杂，因此柱项节点的构造也较为复杂，这就给设计和施工造成了一定的难度，也增加了造价。
实际上该类节点要做到完全刚性节点，也难以做到，设计时仍应适当提高钢梁跨中的弯矩系数。
上述的结构形式，如果钢筋混凝土柱项与H人字形刚梁铰接，则不能定性为门式刚架体系，从其受力特点来分析，对H钢人字形钢梁应定性为两铰折线拱，应按照拱的受力特点进行计算和设计，拱脚提供的反力应能阻止拱的位移变形，在小跨度的情况下（一般为跨度18米及18米以下），拱脚提供的反力取决于钢筋混凝土柱的抗推力（侧位移刚度），在大跨度的情况下（一般为跨度18米以上），则应设置拉杆或在梁、柱间采用刚接节点。
对钢筋混凝土柱而言，应定性为跨变结构排架柱，按跨变排架进行受力分析和设计。
2 结构计算应考虑的问题对于上述的双铰折线拱H钢屋梁和跨变钢筋混凝土排架柱的结构体系，若未设置拉杆，其计算较为繁琐，如果未予以认真对待或认识不清，仅采用通常平面杆系计算软件电算了事，不管其跨度多大都一样，则是一种不负责任的做法，也给结构留下安全隐患。
实际上，目前通用的平面杆系计算软件是基于两个基本假设的基础上进行受力分析的，其一是平截面假设，即结构受力后杆件的截面保持不变，其二是杆件与杆件之间的夹角不变，即结构受力后梁，柱之间或折梁之间的夹角不变。
这种假设对门式刚架而言，是符合其计算简图的，但这种假设对本文所针对的结构则不适用，也不符合实际受力的计算简图，首先人字型钢梁由于拱脚推力较大（跨度越大，推力就越大），如果拱脚不设置拉杆或柱的抗推力（侧向刚度）不足，将产生较大水平位移，势必造成钢梁屋脊处夹角的改变，即杆件与杆件之间夹角的改变，不符合计算软件的基本假设，其次由于拱脚水平位移的加大，给钢筋混凝土柱增加了附加弯矩，即存在二阶效应问题，而软件计算又未考虑二阶效应，再者由于悬索效应，屋面钢梁内力将急剧增加，柱项的剪力也急剧增加．反过来又造成更不利的情况，这些都是目前计算软件没有考虑和解决的问题，因此电算的结果将产生较大的误差，直接用电算结果进行设计显然是不合理和错误的，势必留下安全隐患，要解决这个问题，首先应解决好计算问题。
大跨度钢结构建筑
大跨度钢结构建筑引言概述:在现代建筑设计中，大跨度钢结构建筑因其独特的优势成为受欢迎的选择。
随着科技和工程技术水平的不断提高，钢结构建筑在设计和施工方面的进步为实现大跨度建筑提供了无限可能。
大跨度钢结构建筑具有轻巧、刚度好、抗震性能强等特点，适用于体育场馆、展览中心、空港、桥梁等广泛的应用领域。
本文将从结构设计、材料选择、施工技术、危险性分析和未来发展等五个方面详细阐述大跨度钢结构建筑的相关内容。
正文内容:1.结构设计1.1大跨度钢结构建筑中常用的各类结构形式1.1.1悬臂梁结构1.1.2空间桁架结构1.1.3悬索结构1.2结构设计的原则和方法1.2.1强度计算1.2.2刚度计算1.2.3振动和稳定性分析1.2.4跨度设计比例选择2.材料选择2.1钢材的类型和性能2.1.1碳素钢2.1.2高强度结构钢2.1.3不锈钢2.1.4耐候钢2.2材料选择的考虑因素2.2.1强度要求2.2.2防腐性要求2.2.3施工工艺要求2.2.4可持续性要求3.施工技术3.1钢结构制作与加工工艺3.1.1剪切、焊接和钻孔3.1.2机械加工3.2钢结构的安装技术3.2.1安全措施3.2.2系统化施工3.2.3精度控制3.2.4现场组装和拆卸技术4.危险性分析4.1钢结构建筑的地震危险性分析4.1.1钢结构的弹性和塑性变形能力4.1.2地震力计算4.1.3结构抗震设计原则4.2火灾安全性分析4.2.1钢材的防火性能4.2.2防火措施的设计4.2.3灭火系统的安装4.2.4灭火应急预案的制定5.未来发展5.1可持续性发展和绿色建筑的趋势5.1.1钢结构的可回收利用性5.1.2新型环保材料的研发5.2自动化施工技术的应用5.2.13D打印技术5.2.2施工技术5.3结构优化设计方法的研究5.3.1仿生学原理的应用5.3.2智能化设计软件的发展总结:大跨度钢结构建筑作为现代建筑的重要组成部分，在设计、材料、施工技术、危险性分析和未来发展等方面都具有丰富的研究内容和应用前景。
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。
大跨度建筑的结构类型及造型
薄壳结构形式
筒壳 圆顶壳 双曲扁壳 双曲抛物面壳
双曲扁壳与双曲抛物面壳
北京火车站——双曲扁壳
薄壳结构的建筑造型
建筑造型是以各种几何曲面图形 为基本，有圆筒形、圆球形、双 曲抛物面形。 不简单重复上述基本形式，而是 巧妙地运用交贯、切割、改变参 数等方法，重新组合再创造。造 型独特新颖，突出建筑个性。
巴黎国家工业与技术中心陈列馆
三束锥状双曲面薄壳交 汇于屋顶中心，立面呈 抛物线形，上下双层壳 板组成空腔壳体，平均 厚度18CM,仅为跨度的 1/144。
美 国 麻 省 理 工 学 院 礼 堂
埃罗· 沙里宁，1/8球面薄壳，平面为曲边三角 形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，地 下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻璃 幕墙曲面外墙。
肯尼迪机场候机楼
四片双曲面钢砼薄壳合围成 屋顶，展翅飞翔的大鸟。采 光带分开四部分，边梁朝支 座逐渐加宽，适应增大的内 力。模型实验，艺术与结构 的完美结合，没有生硬的几 何图形痕迹。
空间网格结构
多根杆件
以一定规律 节点连接
平板网架 曲面网壳 空间结构形式
1、多向受力结构，整体性强，稳定， 刚度大； 2、杆件主要承受轴向拉、压力，符合 材料特性，节省； 3、结构高度小，有效利用空间； 4、杆件规格统一，易于生产。
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）。
常见的大跨度结构形式
常见大跨度的结构形式我国规范：跨度60m以上为大跨度。
类型：多为公建，人流集中，规模大，占地面积大。
例如影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港；工业建筑：飞机装配车间、飞机库等。
1、拱结构；拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。
是一种古老的方法适合脆性材料、石材、砖材、混凝土等关键是侧推力平衡问题2、钢架结构；1、材料强度高，自身重量轻;2、钢材韧性，塑性好，材质均匀，结构可靠性高;3、钢结构制造安装机械化程度高;4、钢结构密封性能好;5、钢结构耐热不耐火;6、钢结构耐腐蚀性差;7、低碳、节能、绿色环保，可重复利用。
3、桁架结构；受力特点是结构内力只有轴力，而没有弯矩和剪力。
这一受力特性反映了实际结构的主要因素，轴力称桁架的主内力。
4、网架结构；网架结构是高次超静定结构体系。
板型网架分析时，一般假定节点为铰接，将外荷载按静力等效原则作用在节点上，可按空间桁架位移法，即铰接杆系有限元法进行计算。
由多块条形平板组合而成的空间结构，是一种既能承重，又可围护，用料较省，刚度较大的薄壁结构，可用作车间、仓库、车站、商店、学校、住宅、亭廊、体育场看台等工业与民用建筑的屋盖。
此外，折板还可用作外墙、基础及挡土墙。
6、薄壳结构；壳，是一种曲面构件，主要承受各种作用产生的中面内的力。
薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋和混凝土。
由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。
索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。
8、张拉膜结构；张拉整体结构是由一组连续的拉杆和连续的或不连续的压杆组合而成的自应力、自支撑的网状杆系结构，其中「不连续的压杆」的含义是压杆的端部互不接触，即一个节点上只连接一个压杆。
9、充气膜结构；充气膜结构是一种新型建筑结构，是轻型空间结构的一个重要分支，具有丰富多彩的造型，建筑特性、结构特性优越，主要分为张拉膜结构、骨架膜结构、充气膜结构、索桁架膜结构等。
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3.1网架结构的特点和应用
特点 • 空间结构体系，高次超静定
• • • • • • • 能承受来自各个方向的荷载 整体性好，空间刚度大，体系稳定 抗震性能好 可利用小规格的杆件建成大跨度的结构 自重较轻，节约材料 杆件规格划一，适于工业化生产 适应性好 广泛应用于公共建筑及工业厂房中
19
应用
檩条 68m 屋架 檩条 主檩条 屋架
812m
4050m 简单式
5070m 复杂式
8
2.1 梁式结构的特点和应用(续)
结构型式
跨度较小时，可采用实腹式梁 (常用工字形截面) 跨度在5070m及更大时，采用桁架形式
桁架外形及腹杆体系取决于跨度，屋面形式和吊顶结构 桁架高跨比一般为1/81/6(注：跨度大于50m时，运输超限) 常用梯形桁架；屋面坡度大时，宜用平行弦；吊顶可作弧线形(设拉杆)
建筑工业出版社，1991
《网壳结构技术规程》JGJ61-2003中国建筑工
业出版社，2003
2
主要内容
概述
平面结构 网架结构 悬索结构
3
第一章 大跨度房屋钢结构简介
1.1：大跨度钢结构的应用及其主要特点 1.2：大跨度房屋钢结构的类型 一：平面结构 梁式结构 框架结构 拱式结构 二：空间结构 网架和网壳结构 悬索结构
个性化(非大量建设项目，方案的极其个性化)
5
1.2：大跨度房屋钢结构的类型
平面结构
由一些强度不大的纵向构件将平面结构连接起来构成 纵向构件层层重复传递荷载，并不分担荷载 梁式，框架式和拱式结构
空间结构
加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载 克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好 主要包括悬索结构，网架和网壳结构等
减轻基础负担；结构可外露；横梁高度可取跨度的1/201/12 设臵预应力拉杆减少跨中弯矩，横梁高度可取跨度的1/401/30
结构型式
10
2.2 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)
格构式框架的横梁高跨比宜在跨度的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
应用 主要应用于工业建筑物中
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)
结构布臵
跨度为4060m时，拱间距可取610m，无檩或型钢檩条
13
2.3 拱式结构的特点和应用(续)
跨度达100m左右时，宜采用相距36m的拱对，拱对间距为915m
21
3.2网架类别(续)
正放四角锥网架
三向网架 三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
3.2平板网架的形式和种类
网架类别(以网架构成方式分类)
１． 交叉平面桁架体系（两组桁架交叉梁系、三组桁架交叉梁系）
２．交叉空间桁架体系（四角锥体、三角锥体、六角锥体）
网架表示法
两向正交正放
20
3.2网架类别(续)
两向正交斜放
两向斜交斜放 两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利 角部产生拔力，常取无角部形式 两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的情形 受力性能欠佳，节点构造较复杂
14
2.3 拱式结构的特点和应用(续)
侧窗难以开启，且易积灰；檩条下移，构成横向天窗
15
2.3 拱式结构的特点和应用(续)
结构型式
双铰拱(最常见，制作安装方便，较经济，温度应力低) 无铰拱(最经济，须设强支座，温度应力高) 三铰拱(应用不广，拱顶铰使结构复杂化)
亦分为实腹式和格构式 宜设计成等截面 实腹式截面高度可取跨度的1/801/50 格构式截面高度可取跨度的1/601/30 水平推力 拉杆设臵 支座设计 框架结构
空间作用(diaphragm，蒙皮效应)
6
第二章 平面结构
2.1：梁式结构的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
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 结构布臵
16
2.3 拱式结构的特点和应用(续)
拱脚构造处理 构造不便 空间利用
应用
民用公共建筑 物中
17
第三章 网架结构
3.1：网架结构的特点和应用 3.2：网架结构的形式和种类 3.3：网架结构形式的选择 3.4: 网架结构主要尺寸的确定 3.5: 网架的内力分析方法 3.6: 网架在地震、温度及安装荷载作用下的 计算原则 3.7：网架的杆件选择和节点构造 3.8：网架的制作、安装和检验
9
2.2 框架结构的特点和应用
特点 结构布臵
与梁式相比，框架结构可降低建筑物高度 结构上比梁式结构经济 横向框架布臵(跨度大于60m时，应增大框架间距，常导致复杂布臵) 纵向框架布臵(跨度较小时，特别有利，可向外悬伸，用于机库等) 跨度在5060m时，常用双铰实腹式框架(常用工字形截面)
4
1.1：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 跨度大
290m 340m(国家体育场，刚架结构，2008) 主跨1385m (江阴长江大桥，悬索结构，1999)
大跨度钢结构
Large-span Steel Structure
1
参考文献：
《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，
2003.12
《网架结构设计与技术规程》JGJ7-91中国