大跨度建筑屋盖结构 PPT课件
大跨楼屋盖结构建模教学
大跨楼屋盖结构建模教学1.概述网架本身具有：重量轻、刚度大、抗震性能好、空间大等自身的优势,所以越来越受到大家的青睐.大跨度楼盖和屋盖的应用也越来越普遍,也越来越多的出现在大家的视线中,比如：加油站、门厅、大型展厅,都喜欢采用这种混搭结构形式.但是大部分设计师,对于这种结构如何建模及进行整体计算非常困惑,本篇文章将详细讲解,如何在结构设计软件PKPM中快速完成这类结构的建模及相关参数的设置.2.网架独立计算的缺点和整体计算的必要性大家对于这种结构,有一些很简化的处理方法.一般都是先对网架单独进行计算分析,然后把支座力以集中力的形式,加到下部主体结构中,以此来考虑网架荷载对下部结构的影响.另外,因为网架的面内刚度很大,所以设计师一般采用一些近似的方法,模拟网架刚度对主体结构的影响,比如：用虚梁、用等代梁、用刚性杆件、用刚性楼板模拟等.但这些模拟方法都是不准确的,因为不管用什么方法模拟,都没有真实的把上部网架建到模型中,更无法实现上部网架和下部主体结构的整体计算分析,尤其是网架单独分析与整体分析在动力特性上的差异.所以这些简化处理方法,都无法真实反映出网架的刚度、没有反映出网架真实的变形及振动、无法准确考虑竖向地震的影响、无法考虑上下部的相互作用,以及大屋盖结构和下部结构的整体效应.简言之,这些近似的处理方法都是不准确的,网架与下部结构整体计算是十分必要的.3.相关的规范条文规范中对于该类结构的规定很多,下面列出其中几处,供大家参考：《建筑抗震设计规范》10.2.7中提到：屋盖结构抗震分析的计算模型,应符合下列要求：1、应合理确定计算模型,屋盖与主要支承部位的连接假定应与构造相符.2、计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用.《建筑抗震设计规范》10.2.7条文说明：屋盖结构自身的地震效应是与下部结构协同工作的结果.由于下部结构的竖向刚度一般较大,以往在屋盖结构的竖向地震作用计算时通常习惯于仅单独以屋盖结构作为分析模型.但研究表明,不考虑屋盖结构与下部结构的协同工作,会对屋盖结构的地震作用,特别是水平地震作用计算产生显著影响,甚至得出错误结果.即便在竖向地震作用计算时,当下部结构给屋盖提供的竖向刚度较弱或分布不均匀时,仅按屋盖结构模型所计算的结果也会产生较大的误差.因此,考虑上下部结构的协同作用是屋盖结构地震作用计算的基本原则.考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算.因此对于不规则的结构,抗震计算应采用整体结构模型.当下部结构比较规则时,也可以采用一些简化方法(如等效为支座弹性约束)来计入下部结构的影响.但是,这种简化必须依据可靠且符合动力学原理.透过以上内容,可以非常清晰的看到,对于这种结构结构进行整体分析的必要性.4.应用PKPM整体建模方法为了实现这种结构形式的快速建模,V3以后的版本,利用PMSAP核心的集成设计,即图1.图1因为该产品线是PM和Spas的结合,对于下部的标准层依然可以在PM 中正常建模,只有上部的空间网架需要采用Spas的建模方式.具体的操作流程如下：1、新建工程目录,并且在左侧选择第二条产品线：PMSAP核心的集成设计.然后直接进入【结构建模】模块中；2、此时会进入PMCAD建模界面,设计师可以在该界面下,建立下部主体结构模型,如图2所示；图23、建完下部主体结构后,开始建立空间网架；进到空间层有两条路径：路径一,点击：【基本丨工具】>【空间建模】菜单,程序即可自动进入空间建模模块,如图3所示；图3路径二,点击【添加新标准层】>【空间标准层】,也可以进入空间层建模功能,如图4所示：图44、进入空间层功能后,程序会弹出图5的对话框.图5设计师可以根据工程需要,选择显示部分楼层,或者显示全部楼层（对于楼层比较多的工程,可以选择显示部分楼层,使得后续操作更方便）；5、创建上部网架模型.对于上部网架,程序支持：自己创建或者外部导入两种方式；方法一,围区网架：如果是非常规则的网架,可以使用程序提供的【围区网架】功能,如图6所示.图6具体操作步骤如下：a）选择【围区网架】命令；b）沿逆时针依次选择节点,直至形成封闭围区,然后右键确定.c）选择与网架网格平行的两点,会弹出图7所示的对话框.图7设置相应的参数后,即可形成图8所示的网架；最后按照实际截面进行构件布置即可.图8方法二,外部导入：a）先用pmsap打开已经建好的网架,点击图9中的【设基点】命令,再点击网架中的某一点.这样,下次导入该网架时,就会以刚刚设置的点左右对位基点；图9b）【PMSAP核心的集成设计】打开已经建好的下部结构,然后进入空间标准层；c）点击【导入子结构】,然后根据定位基点,把网架拼到下部结构中即可,如图10所示.图106、对下部主体结构和上部空间网架层,进行组装：1）点击【返回】键,回到PM建模界面,如图11所示；图112）点击：【楼层组装】>【空间层组装】,会弹出图12所示的空间层组装对话框；图123）根据实际工程情况,选择“空间标准层号”,以及对应的“标准层号”,本实例的空间层以及标准层号都是1；4）设置好对应关系后,点击“添加”即可完成空间层的组装.拼装后的完整模型,如图13所示：图135.几个关键点说明如果设计师看的仔细的话,会发现刚才导入的网架中,有一根竖向的短线；其实这根短线是用来模拟支座的.因为网架和下部结构之间需要通过支座连接,所以这里通过一根短柱来模拟支座.下面说一下支座的建模,以及支座和下部结构的连接如何模拟；1）支座的模拟：模拟支座的小短柱,可以按照实际支座的高度建模即可（一般是300-600mm之间）；支座的截面宽度,可以定在300-400mm左右.如果把支座层单独建成一个标准层,并且与下部结构一起组装的话,因为该层柱子太短,刚度较大,为了规避掉这个问题,建议设计师把该短柱层,直接建到上部网架层中；本例题即是采用的这种建模方法.2）支座层与下部结构的连接形式：根据实际工程情况不同,网架与下部结构的连接形式,也可能有所不同,比如：滑动、铰接等.设计师可以根据自己的工程情况,在程序中设置相应的参数,即可达到不同的约束效果,如图14所示;图14图14中,K11、K22、K33,表示三个方向的平动约束刚度；Kθ1、Kθ2、Kθ3,表示三个方向的转动约束刚度；如果按照上图的约束刚度填写,即是常见的铰接形式.因为每个节点有三个平动、三个转动六个自由度,设计师可以根据自己的工程情况,进行约束刚度的填写,进而可以达到不同的约束情况.另外：对于一般不会产生附加阻尼的支座,图14中的阻尼系数填零即可.约束形式定义好后,即可布置到模型中,如图15所示：图15到此,上部网架和下部主体结构已经完整拼接到一起；设置好相应的计算参数后,就可以对结构进行整体计算和分析了.6.小结本文较为详细的介绍了底部结构与顶层网架这种常见结构形式的建模方法、参数设置等,希望会对设计师能够有所帮助.。
(完整版)第九章大跨屋盖结构
4、在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构 水平抗震验算；
在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨 度网架可不进行水平抗震验算；
在抗震设防烈度为9度的地区，对各种网架结构均应进 行水平抗震验算。
旧金山金门大桥
塔高227米，每根钢索重6412公吨，由 27000根钢丝绞成，重2.45万吨 。
这种悬吊结 构体系，在 国内尚属罕 见，在境外 也只有德国 宝马汽车大 厦、香港汇 丰银行等极 少个案。
广东省博物馆新馆采用巨型桁架悬吊结构体系，在中部沿边长67.5米的方 形四周布置钢骨混凝土剪力墙，在剪力墙上端设置8榀跨度为67.5米且两 端各悬挑23米、高6.5米的大型空间钢桁架，沿悬臂桁架外端设4榀封口桁 架，再在封口桁架下伸边长6米的箱型钢吊杆，悬吊3～4层楼面体系。
一般情况的选型可遵循下列原则： ①平面形状为矩形的周边支承网架，当其长边/短边
小于或等于1．5时，宜选用： A、正放或斜放四角锥网架； B、棋盘形四角锥网架； C、正放抽空四角锥网架； D、两向正交斜放或正放网架。 E、对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形
三角锥网架。 ②平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比（长
④平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边 支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角 锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。
中船9院设计的大 连造船新厂钢配 中心
四、网架结构的支承
网架的支承方式有周边支承、点支承、周边支承与点 支承相结合，两边和三边支承等。
(1)周边支承：网架四周全部或部分边界节点设置支座， 支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边 支承板，是常用的支承方式。为了减小弯矩，也可 将周边支座略为缩进，接近于点支承。
日本大跨度公共建筑的结构概念
室外观赏上为城市增色。 ⒉结构系统： 秋田天空穹顶被设计为单层索－膜结构，并
接，可在地面分片组装成 ３ 部分或 ５ 部分，然后 用 １６０ｔ 的起重机提升就位并组装。
设计了方便的屋面排雪系统，该屋面结构平面为 １３０ｍ × １００ｍ 的半球面，矢高为 ３２ｍ，按日本建 筑规范，穹顶上的雪荷载为 ４５０ｋｇｆ／ｍ２，这个穹 顶由受拉的屋面膜材、管状空间拱架及钢筋砼基 座结构组成，空间拱架由双向拱结构组成，一个 方向是空腹拱架（一个月牙形，最大矢高为 ２ｍ），
日本大跨度现代空间结构工程一览
表１ 体育场
名 称 ⒈ 宫城体育场 ⒉ 新泻体育场 ⒊ 鹿岛体育场 ⒋ 崎玉体育场 ⒌ 东京体育场 ⒍ 横滨体育场 ⒎ 静冈体育场 ⒏ 丰田体育场 ⒐ 大阪体育场 ⒑ 神户体育场 ⒒ 大分体育场 ⒓ 熊本体育场
建成时间 ２０００ ２００１ ２００１ ２００２ ２００１ １９９７ ２０００ ２００１ １９９６ ２００１ ２００１ １９９８
２００８年北京奥运会各项体育场馆、各类公共 建筑中大跨空间结构肯定将会大量涌现，能否确 保建筑做到技术先进、安全合理、外形美观、富 有艺术性，将反映我们的建筑师结构概念设计的 水平，反映建筑师与结构工程师能否完美的结 合。 ２０ 世纪 ８０ 年代以来日本新建的大跨度空间 结构（部分）的工程名称与竣工日期如下一览表。 限于篇幅，以下我们摘要介绍其中几个工程 的概况、结构系统与特点，供建筑师与结构工程 师参考。
⒏ 熊本公司穹顶
１９９７
⒐ 札幌社会穹顶
１９９７
⒑ 小松穹顶
１９９７
⒒ Ｏｄａｔｅ 穹顶
１９９７
⒓ 多治见穹顶
１９９８
⒔ Ｓｅｉｂｕ穹顶
１９９９
⒕ 北九州媒介穹顶
大跨度建筑屋盖结构课件
•大跨度建筑屋盖结构
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•大跨度建筑屋盖结构
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2.从外形分：水平横梁式、折线横梁式
•大跨度建筑屋盖结构
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3.从跨数分：
•大跨度建筑屋盖结构
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构造
纵向柱距：６米 横向跨度：３米的倍数，如２４米、２７米 h/L:h减小将使推力增大， 三铰刚架： h＞L 两铰刚架： L稍大于h
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第四节 拱结构的建筑实例
湖南一散装盐库
•大跨度建筑屋盖结构
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•大跨度建筑屋盖结构
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•大跨度建筑屋盖结构
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风雨操场
•大跨度建筑屋盖结构
•70
室内采光效果
•大跨度建筑屋盖结构
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农贸市场
•大跨度建筑屋盖结构
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飞机库
•大跨度建筑屋盖结构
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第五章 网架结构
第一节 网架结构的特点、优点与适用范 围
•大跨度建筑屋盖结构
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第三节 拱结构的形式与主要尺寸
拱结构的形式
按力学结构分： 三铰拱、两铰 拱和无铰拱
按建筑外形分： 半圆拱和抛物 线拱
•大跨度建筑屋盖结构
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拱轴形式的选择：
合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩
和荷载有关
均布荷载：二次抛物线
y
4f l2
x(l x)
矢高ｆ的影响：
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第三章 桁架结构
第一节 桁架的结构特点与优缺点
•大跨度建筑屋盖结构
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受力特点
•大跨度建筑屋盖结构
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开封县温泉游泳馆
建筑结构——国家体育馆鸟巢ppt课件
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全世界跨度最大的钢结构建筑
总长36公里，交 错扭曲的钢条看 起来像是随意放 置，不过事实上 每根梁柱与每个 接点都必须精确 定位，非常有秩 序地撑起整座体 育馆的重量。整
个建筑通过巨型网状结构联系，由结构的组件相互 支撑，内部没有一根立柱。
2
结构：
从形式上讲： 钢结构形成整体的巨型空间马鞍形钢桁架编 织式“鸟巢”结构。
5
体育馆宽阔而复杂的结构，使得它不得不承受很大的非传统应力， 除了纵向拉力外，它还将承受强大的横向拉力。它的结构形状有弧 度，不同的部位之间都有拉力，这对离支柱最远的横梁中间点会施 加非常沉重的应力
6
为了保证“鸟巢”的安全性，在“鸟 巢”受力最为集中的24根柱子和柱角 上使用了我国自主创新生产的Q460特 型钢材。科研人员通过几千次的试验
冬季吸收土壤中蕴含的热量为"鸟巢"供热；夏季吸收土壤中存贮的冷量
向"鸟巢"供冷，能节省不少电力资源。在“鸟巢”的顶部装有专门的雨
水回收系统，被收集起来的雨水最终变成了可以用来绿化、冲厕、消防
甚至是冲洗跑道的回收水。诸多先进的绿色环保举措使国家体育场成为
了名副其实的大型"绿色建筑"。
21
Thanks
12
空间扭曲构建的制作
“鸟巢”外罩由不 规则的钢结构构件 编织而成，其中边 长一米的方钢管被 连接成120多根长短 不同、倾斜角度多
样的钢柱
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垂直剖面
水平剖面
70％以上都是双斜柱——一根柱子在垂直面上 扭转两次
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钢结构与混凝土看台上 部完全脱开，互不相连， 形式上呈相互围合，基 础则坐在一个相连的基
大跨度建筑屋盖结构1
第三章 桁架结构
第一节 桁架的结构特点与优缺点
受力特点
开封县温泉游泳馆
宽141米
湖南国际会展中心
湖南国际会展中心
广泛用于工业厂房和体育馆等
第二节 门式刚架的类型与构造
类型
1.从连接方式分：无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架
无铰刚架：超静定刚架，结构刚度大，但地基有不均匀 沉降时，将使结构产生附加内应力 有铰刚架：静定刚架，地基有不均匀沉降时，对结构不 会产生附加内应力，但跨度大时，刚度较差，一般用于 小跨度（12m）和基础较差的情况
屋架选型的一般原则
1、跨度36米以上：钢屋架 有侵蚀性介质：不宜采用钢结构 2、跨度36米以下：预应力钢筋混凝土屋架 18~24米：可选普通钢筋混凝土屋架 3、18米以下：钢筋混凝土组合屋架 4、相对湿度大于75%，或有侵蚀性介质：不宜 选用木屋架和钢屋架
第四章 拱结构
第一节 拱的结构特点与优缺点
钢筋混凝土门式刚架 梁高可按连续梁确定，一般取跨度的 1/15~1/20，但不宜小于250mm； 柱底截面高度一般不小于300mm，柱顶 截面高度则为600~900mm。 梁柱截面为等宽，一般应大于柱高的 1/20，且不小于200mm. 门式钢架的纵向柱高距一般为6m； 横向跨度以米为单位取整数，一般以3m 为模数，如15m、18m、21m、24m等。
钢刚架结构 钢刚架结构分为实腹式和格构式两种。 实腹式钢架适用于跨度不很大的结构， 常做成两铰式结构。当为两铰或三铰刚 架时，构件应为变截面。 实腹式刚架的横梁高度一般可取为跨度 的1/12~1/20。 格构式刚架结构的适用范围较大，有刚 度大、耗钢省等优点。 跨度较小时可采用三铰式结构，跨度较 大时可采用两铰式或无铰结构。格构式 刚架的梁高可取跨度的1/15~1/20。
第二章-重型厂房结构设计PPT课件
工作制等级 轻级 工作级别 A1～A3
中级 A4,A5
重级 A6,A7
特重级 A8
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四、柱网布置
1、柱网布置要综合考虑： 生产工艺要求 结构要求 施工要求 经济合理 模数要求： 柱距：6m，
跨度：取3m倍数(L≤18m),取6m倍数(L>18m)。
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•计算跨度 l0 (柱网采用封闭结合时) l0 = l - 300mm
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(2) 屋架的高度 取决于建筑、经济、刚度、运输等条件，和屋面
坡度相关。
铰接梯形屋架，端高宜取1.6～2.2m (宜>l/18) （采用大型屋面板，卷材防水时，i=1/10～1/12）
中高： h中 ＝ h端 + (L/2）i
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根据不同的条件桁架形式可以有很多变化
三角形屋架弦杆 交角增大，方便制 造，屋架重心降低， 提高了稳定性。
可有效降低屋架对 支撑结构的推力。
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确定屋架形式的原则：
1.满足使用要求 屋架外形应与屋面材料的排水要求相适应。
2.满足受力要求 •屋架外形应尽量和弯矩图接近，使上下弦杆内力沿 跨度方向分布较均匀，腹杆受力较小；
当 L≥24m，应按L/500=24000/500=48mm 考虑起拱：∴采用起拱 50mm。
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2.3 钢屋盖的支撑系统
一、屋盖支撑系统的作用
平面屋架在屋架平面外的刚度和稳定性很差，不能 承受水平荷载。因此，为使屋架结构有足够的空间刚 度和稳定性，必须在屋架间设置支撑系统。
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图为屋架上弦平面图，在未设上弦平面内的支撑桁架 时，虽有檩条把各个屋架连成一片，但当屋架上弦杆因受 压而失稳时，整个上弦会屈曲成一个“半波”。
建筑大跨度结构案例分析
8.1膜结构：内蒙古达拉特旗第五中学 膜结构看台
8.2膜结构
9.1管桁结构：广州丫髻沙大桥主桥
大跨度桁架式钢管混凝土 拱桥的非线性稳定控制指 标，采用的竖转结构体系、 “变角度、变索力”的液 压同步提升技术和平转、 竖转相结合的施工控制技 术
9.2管桁结构：成灌快铁犀浦站
犀浦站采用高站台建 筑，为管桁结构加网 片结构，就是水立方 的建筑技术
1.2园拱屋顶结构：天津西站
金属编织状的屋面，跨度114米，施工人员先在空中10 米高架层上分组进行屋面拼接，然后再整体提升到50米， 即站房的主体结构 整个屋顶长度是386.15米，重量接近7万吨。 在拱顶拼接完后，采取液压千斤顶群提升，整 体提起来，再与两侧进行拼接，最终形成整个 的拱结构
2.1刚架结构
悉尼歌剧院
6.2:薄壳结构：黄石新体育馆
该体育馆造型 具有不规则、 多面、薄壳结 构的特点，是 全国第二座薄 壳结构设计建 筑——第一座 是广州歌剧院。 该体育馆的最 大跨度为111 米
6.3薄壳结构：广州歌剧院
广州歌剧院钢结构外壳采用 空间组合折板式三向斜交网 壳结构，钢结构总重约 10000吨，其中铸钢节点约 1100吨。整个结构为空间极 不规则壳体结构，结构相互 关系错综复杂，造型别具一 格，宛如置于平缓山丘上的 两块美丽的石头，静静地卧 在珠江之畔。其中，“大石 头”是1800座的大剧场及其 配套的设备用房、剧务用房、 演出用房、行政用房、录音 棚和艺术展览厅；“小石头” 则是400座的多功能剧场及配 套餐厅。两者皆为屋盖、幕 墙一体化的结构，整体外壳 最大长度约120米，高度43 米。
2.2门式刚架结构
• 门式刚架是目前国内应用 最为广泛的轻型钢结构。 近年来本公司研究人员结 合工程设计对门式刚架结 构受力性能、结构体系布 置、节点变形性能、吊车 梁优化设计和结构抗震性 能等进行了系统研究，部 分研究成果已为国家相关 规范所采用。本公司开发 的杆系结构分析设计软件 BSSAP含有门式刚架结构设 计模块，已成功用于百余 项门式刚架结构工程设计。 本公司受施工单位委托完 成的数十项门式刚架结构 工程优化设计，优化后经 济效益均十分显著，既为 建设商节约了大笔资金， 也为施工单位赢得了利润 空间