8大跨度房屋结构
房屋 建筑学 大 跨度 建筑构造 大 跨度 建筑结构型式与建筑造型
房屋建筑学大跨度建筑构造大跨度建筑结构型式与建筑造型大跨度建筑结构型式与建筑造型结构是房屋的骨架，是形成建筑内部空间和外部形式的物质基础，结构是在特定的材料和施工技术条件下运用力学原理创造出来的。
某种新的结构一旦产生并在工程实践中反复出现时，便会逐渐形成一种崭新的建筑形式。
可见结构技术是影响建筑的重要因素，在大跨度建筑中尤其如此。
通过上述例子说明，在建筑设计中，选择结构型式不仅是结构工程师的工作，也是建筑师的职责，现代建筑的特点是建筑艺术与建筑技术的高度统一。
建筑师只有对各种结构形式的基本力学特征和适用范围有深入的了解才能自由地进行创作，把结构型式与建筑造型融为一体。
现就大跨度建筑常见的各种结构型式及其建筑造型作介绍。
一、拱结构及其建筑造型拱结构及其建筑造型(一)拱的受力特点、优缺点和适用范围拱是古代大跨度建筑的主要结构型式。
由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的变矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。
但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢桁架拱，跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建筑商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
(二)拱的型式拱结构按组成和支座方式不同分为三铰拱、两铰拱和无铰拱三种。
(三)拱结构的建筑造型拱结构的造型主要取决于矢高大小和平衡拱推力的方式。
拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。
矢高小的拱，外形起伏变化小，呈扁平状，结构占用的空间小，但水平推力和拱身轴力都偏大。
而矢高大的拱，外形起伏变化强烈，产生的水平推力和轴向力都较小，但拱身材料耗费量多，拱下形成的内部空间大，拱曲面坡度很陡，当采用油毡屋面时，容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。
大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准有以下几种：
1. 混凝土结构：跨度在30m以上的房屋。
2. 钢结构：跨度在60m以上或横向跨越60m的房屋。
3. 框架结构：跨度在18m以上的房屋。
大跨度房屋通常用于大型公共建筑和工业建筑，如民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑，以及工业建筑的飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房等。
请注意，对于具体的建筑项目，还需要考虑当地建筑规范和标准，以及建筑师和工程师的建议和要求，来确定大跨度房屋的界定标准。
大跨度结构其结构体系有很多种
大跨度结构其结构体系有很多种，如网架结构、索结构、薄壳结构、充气结构、应力膜皮结构、混凝土拱形桁架等，常用于展览馆、体育馆、飞机机库等。
一.网架结构网架结构为大跨度结构最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网架。
其杆件多采用钢管或型钢，现场安装。
常见的为平面桁架、四角锥体和三角形锥体组成，其节点形式可分为焊接钢板节点和焊接空心球节点两种。
二.索结构索结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中，可以说是土木工程中结构形式互通互用的典型范例。
三.薄壳结构薄壳结构常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。
圆形圆顶结构是轴对称结构，在轴对称荷载作用下，将只产生两种力：径向力和环向力。
径向力为沿经线方向的力，因其要平衡垂直向下荷载，所以必定为压力。
环向力为沿纬线方向的力。
圆形屋顶在垂直荷载作用下，上部的圆顶部分将受压收缩，其直径将变小，而下部近支承部分直径将增大，即上部将产生环向压力，而下部将产生环向拉力，中间将有一截面，为环向压力向环向拉力转变的交界线，该处的环向力为0，该截面称为“过渡缝”。
悉尼歌剧院格拉加尼亚修道院教堂上页下页四.混凝土拱形桁架混凝土拱形桁架在以前的工程中应用较多，但因其自重较大，施工复杂，现已很少采用。
目前最大跨度的拱形桁架为贝尔格莱德的机库，为预应力混凝土桁架结构，跨度为135.8m。
日本姬路市中心体育馆五.充气结构充气结构又称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部充气形成一定的形状，作为建筑空间的覆盖物。
对角跨长200m,由室内地面至顶高6.07m的东京穹顶，是不用柱子，只依靠室内外气压差来制成的膜屋盖结构，也是在日本最初用于多功能全天候的体育场，约30,000平方米超大椭圆形屋顶，采用悬索加强的充气膜结构。
其双向各配置14根共28根钢索，在其上张拉着涂有特富龙的玻璃纤维布。
请看充气膜的充气过程：六.应力膜皮结构应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结构。
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。
房屋建筑结构分类标准
房屋建筑结构分类标准
1. 框架结构：以钢框或钢筋混凝土框架为主体的建筑结构，包
括钢结构和混凝土结构，常用于高层建筑、大跨度建筑和工业厂房等。
2. 砖木结构：以砖墙和木梁为主要承重构件的建筑结构，常见
于传统民居和古建筑。
3. 钢筋混凝土结构：以钢筋混凝土为主要建筑材料的结构体系，具有较好的抗震性能和耐久性，是目前常用的建筑结构类型。
4. 钢结构：以钢材为主要承重构件的建筑结构，具有较高的强
度和刚性，常用于高层建筑、大跨度建筑和工业厂房等。
5. 预制混凝土结构：以预制混凝土构件为主要承重构件的建筑
结构，具有施工速度快、质量可控等优点，常用于住宅、公共建筑和
桥梁等。
6. 复合结构：将不同材料的结构体系组合在一起，充分发挥各
种材料的优点，常用于特殊场所和工程中。
建筑结构设计 第6章 中跨与大跨建筑结构
图5 首都人民大会堂
图6 鸟巢
6.2 桁架及屋架
桁架是由杆件组成的几何不变体，即是指由直杆在杆 桁架 端相互连接而组成的以抗弯为主的格构式结构。桁架 中的杆件大多只承受轴向力，杆件截面上应力分布均 匀，材料性能发挥较好，从而能节省钢材和减轻结构 自重，特别适用于跨度和高度较大的结构。 桁架在钢结构中应用很广 应用很广，分为空间桁架和平面桁架 应用很广 两类。网架结构和各种塔架结构为空间桁架，常用的 平面桁架如屋架、吊车桁架、支撑、桥梁等。平面简 支桁架的杆件内力不受支座沉降和温度变化的影响， 且构造简单、安装方便最为常用。
h = (1 / 10 ~ 1 / 6)l 0
6.3 单层钢架结构
单层钢架：一般由直线形杆件（梁和柱）组成 单层钢架 的具有刚性节点的结构。当横梁为折现形时称 为门式钢架 门式钢架；当横梁为弧形时，称为拱式钢架 拱式钢架。 门式钢架 拱式钢架 刚架结构由横梁、柱和基础组成。刚架的柱与 横梁刚接，与基础铰接。 排架结构由屋架、柱和基础组成，柱与屋架铰 接，而与基础刚接。
门式刚架从结构上分类有：
（1）无铰刚架；（2）两铰刚架；（3）三铰刚架
无铰刚架
两铰刚架
三铰刚架
三种刚架的经济指标 刚架用料 刚架形式 钢 (kg) 无铰 两铰 三铰 364 365 380 混凝土 钢 (m 3 ) (kg) 3.00 2.98 2.42 68.0 35.0 35.0 混凝土 钢 (m 3 ) (kg) 4.28 0.87 0.87 432 400 415 混凝土 (m 3 ) 7.28 3.76 3.29 基础用料 总材料用量
大跨建筑的发展概况
（1）罗马万神庙，见图1。穹顶直径达43.3m，顶端高度也是 43.3m，中央开一个直径8.9m的圆洞。 （2）威斯敏斯特教堂，见图2。总长156米，宽22米；大穹窿顶 高31米，跨度大19.3m，钟楼高68.5米，拱脚厚度达910mm。
建筑结构抗震总复习第五章-地震作用和结构抗震设计要点
6度时建造于IV类场地上较高的高层建筑（高于40米的钢筋混 凝土框架，高于60米的其他钢筋混凝土民用房屋和类似的工业 厂房，以及高层钢结构房屋），7度和7度以上的建筑结构（生 土房屋和木结构房屋等除外），应进行多遇地震作用下的截面 抗震验算。
FEk——结构总水平地震作用标准值； a1 ——相应于结构基本自振周期的水平地震影响
系数值，多层砌体房屋、底部框架和多层
内框架砖房，宜取水平地震影响系数最大
Hale Waihona Puke 值；第五章 地震作用和结构抗震设计要点
Geq——结构等效总重力荷载，单质点应取总重力荷载代 表值，多质点可取总重力荷载代表值的85%；
Fi ——质点 i 的水平地震作用标准值 Gi ,Gj ——分别为集中于质点i 、j 的重力荷载代表值； Hi ,Hj ——分别为质点 i 、j 的计算高度；
改变了地基运动的频谱组成，使接近结构自振频率的分量获 得加强； 改变了地基振动加速度峰值，使其小于邻近自由场地的加速 度幅值； 由于地基的柔性，使结构的基本周期延长； 由于地基的柔性，有相当一部分振动能量将通过地基土的滞 回作用和波的辐射作用逸散至地基，使得结构振动衰减，地 基愈柔，衰减愈大；
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
第五章 地震作用和结构抗震设计要点
1. 建筑的分类与抗震设防 1.1 建筑抗震设防类别：
（1） 特殊设防类：指使用上有特殊设施，涉及国家公共 安全的重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害等特 别重大灾害后果，需要进行特殊设防的建筑。简称甲类。 （2）重点设防类：指地震时使用功能不能中断或需尽快恢 复的生命线相关建筑，以及地震时可能导致大量人员伤亡 等重大灾害后果，需要提高设防标准的建筑。简称乙类。 （3）标准设防类：指大量的除1、2、4款以外按标准要求 进行设防的建筑。简称丙类。 （4）适度设防类：指使用上人员稀少且震损不致产生次生 灾害，允许在一定条件下适度降低要求的建筑。简称丁类。
大跨度房屋结构
大跨度房屋结构摘要：随着经济的发展，大跨度结构在公共建筑中的应用越来越广泛。
关键词：大跨度;实腹式框架;格构式框架Abstract: with the development of economy, big span structure in the public buildings used more widely.Keywords: big span; Solid-web framework; Of lattice frame大跨度房屋结构常用于公共建筑。
公共建筑如大会堂，影剧院，展览馆，音乐厅，体育馆，加盖体育场，市场，火车站，航空港等，受使用要求和建筑造型要求所制约，具有大的跨度。
它们是为了满足人类社会文化生活不断丰富的需求而产生的。
大跨度房屋结构也用于工业建筑。
特别是航空工业和造船工业中，更多地采用大跨度结构如飞机制造厂的总装配车间，飞机库，造船厂的船体结构车间等等。
这些建筑采用大跨度结构是受装配机器（如船舶，飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。
大跨度建筑物的用途，其使用条件以及对其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性------梁式的，框架式的，拱式的，空间式的以及悬挂-悬索式的。
梁氏及框架式体系，较常用于矩形平面的大跨建筑无盖；拱式体系具有建筑造型方面的优点，跨度在80m和更大时，这种体系比较经济；呈网格或实腹薄壳及褶板，平板网架结构，穹顶或篷盖状的空间体系，用钢量最为经济，多用于圆形或矩形的房屋平面。
悬挂结构体系中主要承重构件是用高强材料制作的受拉索缆（钢绞线，高强钢丝束等），轻巧是它的最大优点。
这种结构体系制造和安装都比较简单。
大跨度屋盖主要具有矩形平面。
但是公共建筑如影剧院，音乐厅，体育馆，展览馆等，除了矩形平面，也可能具有圆形或椭圆形平面。
采用普通矩形以外的平面，使屋盖结构的构成复杂化，这不便于使用定型结构构件。
大跨建筑物一般不属于大量建设项目，其建筑及结构方案极具个性，当然，这也在一定程度上限制了结构的定型化及工业化。
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8.2.2.3 按网格组成分类 棋盘形四角锥网架： 棋盘形四角锥网架： 保持正放四角锥网架 周边四角锥不变， 周边四角锥不变，中 间四角锥间隔抽空， 间四角锥间隔抽空， 下弦杆呈正交斜放， 下弦杆呈正交斜放， 上弦杆呈正交正放。 上弦杆呈正交正放。 克服了斜放四角锥网 架屋面板类型多， 架屋面板类型多，屋 面组织排水较困难的 缺点。 缺点。
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8.2.2.3 按网格组成分类
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水平斜撑杆
水平斜撑杆
周边支承网架水平斜撑布置方式之一
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8.2.2.3 按网格组成分类
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两向正交斜放网架
两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有 短桁架对长桁架有嵌固作用， 利角部产生拔力，常取无角部形式。 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， 受力性能欠佳，节点构造较复杂
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8.2.2.1 按结构组成分类
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青岛极地海洋世界效果图
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8.2.2.1 按结构组成分类
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青岛极地海洋世界鱼头部分模型
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8.2.2.2 按支承情况分类 周边支承
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周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座， 周边支承是在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， 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。 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。 为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进。
两向正交斜放网架 三向网架 正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架 三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架
四角锥体系网架
三角锥体系网架
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8.2.2.3 按网格组成分类
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平面桁架网架：上下弦杆完全对应，并与腹杆位 平面桁架网架：上下弦杆完全对应， 于同一竖向平面内。 于同一竖向平面内。
边 边 相 连
正放四角锥网架
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8.2.2.3 按网格组成分类
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8.2.2.3 按网格组成分类 正放抽空四角锥网架： 正放抽空四角锥网架： 周边网格锥体不动外， 周边网格锥体不动外， 跳格地抽掉一些四角 锥单元中的腹杆和下 弦杆， 弦杆，使下弦网格尺 寸扩大一倍。 寸扩大一倍。 适用于中 小跨度或 适用于中、小跨度或 屋面荷载较轻的周边 屋面荷载较轻的周边 支承、 支承、点支承以及周 边支承与点支承结合 的网架。 的网架。
特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、 特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下 弦杆长度相等，杆件类型少，且上、 弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和 腹杆在同一平面内。一般应使斜腹杆受拉， 腹杆在同一平面内。一般应使斜腹杆受拉，竖 杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40 40° 杆受压。斜腹杆与弦杆间的夹角宜在40°～ 60° 60°之间
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8.2.2.3 按网格组成分类
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两向正交正放网架：由两组分别与边界平行的平面桁 两向正交正放网架： 架互成90°交叉组成。 架互成90°交叉组成。同一方向的各平面桁架长度一 致
选用原则：在矩形建筑平面中， 选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于 边界。 边界。
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8.2.2.3 按网格组成分类 星形四角锥网架： 星形四角锥网架：
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将四角锥底面的四杆换为十字交叉杆,并加中竖杆形成。 将四角锥底面的四杆换为十字交叉杆,并加中竖杆形成。 上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压， 上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压，内力等于节点 荷载。 荷载。 一般用于中小跨度周边支承情况。 一般用于中小跨度周边支承情况。
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8.2.2.2 按支承情况分类
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上海体育馆
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8.2.2.2 按支承情况分类 点支承
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点支承：整个网架支撑在多个支撑柱上， 点支承：整个网架支撑在多个支撑柱上，网架受力与钢筋 混凝土无梁楼盖相似。 混凝土无梁楼盖相似。 通过正弯矩和挠度减小，使整个网架的内力趋于均匀。 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 。 对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/3 对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/4 1/4。 对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/4。
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8.2.2.3 按网格组成分类 抽空三角锥网架： 抽空三角锥网架：
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抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。下弦杆内力较 抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆。 用钢量省，但空间刚度较三角锥网架小。 大，用钢量省，但空间刚度较三角锥网架小。 适用于中、小跨度的三角形、 适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面的 建筑。 建筑。
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8.2.2.3 按网格组成分类
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首都体育馆 高空拼装
首都体育馆 平、剖面图
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8.2.2.3 按网格组成分类
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三向网架 60° 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(L>60m) (L>60m)的多边形 比两向网架刚度大，适合大跨度(L>60m)的多边形 正三角形，正六角形平面） （正三角形，正六角形平面）及圆形平面 在某些平面形状会出现不规则杆件
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8.2.2.3 按网格组成分类 蜂窝三角锥网架： 蜂窝三角锥网架：
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上弦为正三角形和正六边形网格，下弦为正六边形网 上弦为正三角形和正六边形网格， 本身几何可变。其上弦杆短，下弦杆长， 格。本身几何可变。其上弦杆短，下弦杆长，受力合 理。 适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、 适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、 圆形或矩形平面。 圆形或矩形平面。
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8.2.2.2 按支承情况分类 各种柱帽形式
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点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。 点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用。 冲剪作用 柱帽可设置于下弦平面之下 也可设置于上弦平面之上 下弦平面之下， 上弦平面之上。 柱帽可设置于下弦平面之下，也可设置于上弦平面之上。 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽 伞形柱帽， 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽， 这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架 中小跨度网架。 这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架。
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8.2.2 网架的形式
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网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。 网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。 双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构， 双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构， 是最常用的网架形式。 是最常用的网架形式。
双层网架
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拱式结构
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平板网架Biblioteka 网壳结构中北大学房屋建筑钢结构设计
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斜拉结构
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8 大跨度房屋结构形式
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张拉整体结构
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8.2.1 空间结构的特性 优越的力学性能 良好的经济性、安全性、 良好的经济性、安全性、适用性
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8 大跨度房屋结构
8 大跨度房屋结构形式 大跨度结构的分类
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平面结构体系
梁式结构（平面、空间桁架） 平面、空间桁架） 平面刚架结构 拱式结构 平板网架结构 网壳结构 悬索结构 斜拉结构 张拉整体结构
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空间结构体系
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梁式结构
平面刚架结构
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8.2.2.3 按网格组成分类
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斜放四角锥网架（顶顶相连）： 斜放四角锥网架（顶顶相连）： 上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。 上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放。网 架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。 架上弦杆短，下弦杆长，受力合理。
杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难。 杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难。 适用于中、小跨度周边支承， 适用于中、小跨度周边支承，或周边支承与点支承相 结合的矩形平面情况。 结合的矩形平面情况。
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8.2.2 网架的形式
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网架结构通常指的是平板网架 网架结构通常指的是平板网架，它是由按一定规 平板网架， 律布置的杆件， 律布置的杆件，通过节点连接而形成平板状的空 间桁架（ Truss）结构。 间桁架（Space Truss）结构。 目前空间结构中应用最为广泛，共有三大类（ 目前空间结构中应用最为广泛，共有三大类（交 叉桁架系、四角锥体系和三角锥体系）13种 叉桁架系、四角锥体系和三角锥体系）13种。
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8.2.2.3 按网格组成分类
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上海万人体育馆 施工吊装