大跨度房屋钢结构简介
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
随着科技的不断发展和建筑技术的不断提升，大跨度空间钢结构越来越被广泛应用在
房屋施工中。
这种结构不仅拥有较高的强度和稳定性，并且具有轻质高强、抗震性好、施
工周期短等诸多优点。
下面我们来看看大跨度空间钢结构在房屋施工中的具体应用。
1、大型会展馆、文体中心等公共建筑。
这些建筑往往需要制造出宽广、通透的空间，钢结构的高强度和轻质化特性，在保证建筑稳固的同时也能够建造出气派宏大的建筑。
2、机场、车站和港口等交通运输建筑。
交通运输建筑通常是面积巨大的空间，需要
考虑通风、采光等因素，钢结构能够根据不同建筑需要制定灵活的建筑方案，建造出美观
大气并耐用的建筑。
3、商场、超市、体育馆和娱乐场所等商业建筑。
商业建筑内部需要灵活的拼合空间，钢结构因其高强度、抗震、轻量化等特点能够进行模块化设计，满足用户需要。
4、地铁、隧道等地下建筑。
地下建筑空间小、施工难度大，钢结构轻便、高强度的
特点可以帮助减少建筑重量，在保证地铁和隧道安全可靠的同时，也可减少地面开挖量，
减轻对周围环境的影响。
总之，大跨度空间钢结构已经成为一种流行的房屋施工方式，应用广泛，而且优势明显。
在未来，它将继续在房屋施工领域中扮演重要的角色。
大跨度钢结构
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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
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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
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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
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2.2 框架结构的特点和应用 续) 框架结构的特点和应用(续
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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
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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
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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。
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
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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。
重大建筑钢结构工程用钢概况
重大建筑钢结构工程用钢概况
1.高强度结构钢：高强度结构钢通常由碳素钢和合金钢组成，具有较
高的屈服强度和抗拉强度，能够在大跨度和高层建筑中承受较大的荷载。
常见的高强度结构钢包括Q345、Q420、Q460等。
2.不锈钢：不锈钢具有良好的耐腐蚀性和抗氧化性能，适用于处于潮湿、酸碱等恶劣环境条件下的建筑工程。
常见的不锈钢包括304、316等。
3.耐候钢：耐候钢具有良好的抗大气腐蚀性能，能够在自然环境中长
时间使用而不发生严重的腐蚀。
常见的耐候钢有Q345GNHL、Q450NQR1等。
4.桥梁用钢：桥梁用钢是指专门用于建造桥梁的钢材，通常需要具备
较高的抗震、抗风等性能。
常见的桥梁用钢有Q345qD、Q370qD等。
5.钢管：钢管广泛应用于重大建筑钢结构工程中的排水、输送介质等
方面。
常见的钢管包括螺旋焊接钢管、直缝焊接钢管、无缝钢管等。
6.特种钢：特种钢适用于重大工程中的特殊场合，如核电站、航天设
施等。
这些特种钢通常需要具有较高的强度、韧性和抗腐蚀性能，常见的
特种钢包括钛合金、镍合金等。
除了以上介绍的钢材，还有许多其他的钢材也适用于重大建筑钢结构
工程，例如低合金高强度钢、弹性合金等。
重大建筑钢结构工程用钢在工
程建设中起到了重要的支撑作用，能够保证建筑物的安全和稳定。
随着科
学技术的不断进步，未来将会出现更多性能优越的钢材，为重大建筑钢结
构工程提供更好的素材。
大跨度钢结构常见的结构形式
大跨度钢结构常见的结构形式引言概述：大跨度钢结构是指跨度较大的钢结构，通常用于搭建室内体育馆、展览馆、舞台、桥梁等建筑和设施。
大跨度钢结构具有自重轻、抗震性能好、施工周期短、灵活性高等优点，因此在现代建筑中得到了广泛应用。
本文将重点介绍大跨度钢结构常见的结构形式，包括桁架结构、刚架结构、空间网壳结构、索网结构以及综合结构。
正文内容：一、桁架结构：1.三角形桁架结构：采用三角形为基本单元构成的桁架结构，具有结构简单、刚度优良的特点。
2.斜撑桁架结构：在三角形桁架结构的基础上增加了斜撑杆件，提高了桁架的刚度和稳定性。
3.曲线桁架结构：将直线桁架结构改造成曲线形式，在满足结构强度要求的同时增加了建筑的美观性。
二、刚架结构：1.空间刚架结构：将单层或多层刚架平面展开到三维空间中，形成空间刚架结构，能够充分利用空间，提高建筑的使用效率。
2.梁柱刚架结构：将水平梁与竖直柱连接组成的刚架结构，常用于大型室内体育馆等场馆。
三、空间网壳结构：1.单层空间网壳结构：由面板、边缘梁和中央支撑的结构形式，适用于跨度较大的建筑，如体育馆、展览馆等。
2.多层空间网壳结构：在单层空间网壳结构的基础上增加了多层空间结构，提高了结构的稳定性和承载能力。
四、索网结构：1.索杆式索网结构：采用索杆和梁构成的结构形式，常用于建筑的顶棚结构，例如机场候机厅等。
2.索缆式索网结构：采用高强度钢缆构成主要承载结构，适用于大跨度桥梁等工程。
五、综合结构：1.桁架加刚架结构：将桁架和刚架相结合，形成强度和刚度兼备的综合结构形式。
2.桁架加空间网壳结构：在桁架结构上增加空间网壳结构，提高了结构的稳定性和承载能力。
总结：大跨度钢结构具有较大的跨度，适用于建造室内体育馆、展览馆、舞台、桥梁等建筑和设施。
常见的结构形式包括桁架结构、刚架结构、空间网壳结构、索网结构以及综合结构。
不同的结构形式在强度、刚度和稳定性等方面各具优势，根据建筑的具体要求和设计条件选择合适的结构形式可以保证工程的质量和安全。
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反梁
自由边
网架和网壳结构(8)
网架屋面排水
网架起拱 适于双坡排水；抗震性好；起拱高度过大，内力分析应计及 网架变高度 可降低弦杆内力，使其趋于均匀；抗震性好；杆件种类增多 上弦节点设置小立柱(常用) 可构造双坡，四坡或其它复杂的多坡排水屋面；跨度大时要作稳定和抗震计算
框架结构(1)
特点 结构布置
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 横向框架布置(跨度大于60m时，应增大框架间距，常导致复杂布置) 纵向框架布置(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)
减轻基础负担；结构可外露；横梁高度可取跨度的1/201/12 设置预应力拉杆减少跨中弯矩，横梁高度可取跨度的1/401/30
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 悬索结构，网架和网壳结构
空间作用(diaphragm，蒙皮效应)
梁式结构(1)
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
结构布置
檩条 68m 屋架 檩条 主檩条 屋架
拱式结构(4)
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，拱钥铰使结构复杂化)
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 拉杆设置 支座设计 框架结构
拱式结构(1)
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4060m时，拱间距可取610m，无檩或型钢檩条
拱式结构(2)
跨度达100m左右时，宜采用相距36m的拱对，拱对间距为915m
拱式结构(3)
侧窗难以开启，且宜积灰；檩条下移，构成横向天窗
结构型式
框架结构(2)
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
框架结构(3)
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
大跨度房屋钢结构简介
大跨度钢结构的应用及其主要特点
大跨度房屋钢结构的类型 梁式结构 框架结构 拱式结构 网架和网壳结构 悬索结构
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
120m 160m(长春体育馆，网壳结构，1998) 主跨1385m (江阴长江大桥，悬索结构，1999)
个性化(非大量建设项目，方案的极其个性化)
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
点支承的柱帽形式
网架和网壳结构(7)
网架选型
周边支承的矩形平面形状 长短边之比1.5时： 斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架 对于中(30m 60m)小(<30m)跨度，亦可选星形四角锥网架，蜂窝形三角锥网架 长短边之比>1.5时： 宜选正放类网架----两向正交正放网架，正放四角锥网架，正放抽空四角锥网架 点支承的矩形平面形状 两向正交正放网架，正放四角锥网架，正放抽空四角锥网架 圆形，多边形平面形状 宜选三向网架，三角锥网架，抽空三角锥网架 两边或三边支承的矩形平面形状 自由边作处理后可按周边支承情形考虑。自由边的两种处理方法： (a)整个网架高度加大，自由边杆件截面增大 (b)自由边局部增加网架层数(形成反梁)
812m
4050m 简单式
5070m 复杂式
梁式结构(2)
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(吊顶与下弦设间隙)
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)
棋盘形四角锥网架
保持正放四角锥网架周边四角锥 不变，中间四角锥间隔抽空，下 弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交 正放。 克服了斜放四角锥网架屋面板类 型多，屋面组织排水较困难的缺 点。
斜放四角锥网架
由三角锥体构成(三种)
棋盘形四角锥网架
星形四角锥网架
三角锥网架
网架和网壳结构(5)
抽空三角锥网架
蜂窝形三角锥网架
拱式结构(5)
拱脚构造处理 构造不便 空间利用
网架和网壳结构(1)
特点
多向传力，空间刚度大，抗震性能好 适应性强 经济指标好 网架类别(以网架构成方式分类) 由正放
网架和网壳结构(2)
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
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
网架和网壳结构(6)
网架的点支承
点支承的设置原则 通过正弯矩和挠度减小，使整个网架的内力趋于均匀 对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/3 (下图a) 对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/4(下图b)
网架和网壳结构(3)
由四角锥体构成(五种)
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，正六三角形平面 在谋些平面形状会出现不规则杆件
正放抽空四角锥网架
网架和网壳结构(4)
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