大跨建筑结构设计要点PPT(共 88张)
相关主题
- 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)。
大跨建筑结构
参考书目： 1.《大跨空间结构》 张毅刚等编 机械工业出版社； 2.《大跨空间结构》完海鹰编 中国建筑工业出版社； 3.《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91； 4.《空间结构设计与施工》 东南大学出版社；
概述
大跨与空间钢结构主要用于公共建筑，如大会 堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育 场、航空港等。
大跨度结构也用于工业建筑，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。
展览馆
日本大分体育公园综合竞技场
伦敦千年穹顶
大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家 标准《钢结构设计规范》、《网架结构设计与施工 规程》将60m以上定义为大跨度结构，计算和构造 均有特殊规定。我国目前最大跨度做到340m，以 钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。
（2）H型钢重型桁架
桁架节点铰接是一种近似，条件是杆件较细长， 以H型钢作弦杆或腹杆的重型桁架，设计时应注意 节点的次应力，或按刚接节点设计，对重要的节点 还应进行有限元分析。
（3）钢管桁架（圆管或矩形管）
钢管桁架节点受力复杂，原88规范只有直接焊 接的平面桁架式圆管结构的条文。近几年同济大学 对圆钢管空间桁架节点作了一些试验和分析；哈工 大对直接焊接的方管桁架结构（主管为方管，支管 为方管或圆管）的节点作了一些试验和分析，《钢 结构设计规范》修订时，其成果已部分纳入。
上海浦东国际机场
上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m， 跨中高度超过11m，单榀屋架梁重55吨。
为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁 在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了 一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。
（1）角钢（或T型钢）桁架
一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架 弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复 杂时不可靠。国外有些规范（如美国AISC规范）规 定需进行计算。
为保证节点板受压时的稳定，桁架杆件间间隙不 能太大，例如有竖腹杆的节点板（或自由边有加劲
的节点板）c15t 23/5fy，不能理解为c 值愈小愈
好。规范规定“弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间 隙，不应小于20mm”，是由于间隙过小，焊接残余 应力影响过大。而对吊车桁架，为避免疲劳破坏又 规定此间隙“不宜小于50mm”；同时还规定在工作 温度-20C地区的桁架，为防冷脆，“腹杆与弦杆相 邻焊缝焊趾间净距不宜小于2.5t ”。同样，这些规 定不能理解为杆件间间隙愈大愈好，在某些情况如 出现矛盾，应妥善处理。
常用形式： （1）角钢（或T型钢）桁架 （2） H型钢重型桁架* （3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*
桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于35～ 40m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的， 以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反 力一般由屋架下弦的弹性变形产生。*
上海证券大厦
连接两幢主楼 的天桥桁架跨度 63m，共支承着从 17层至26层共8个 楼层，采用了H型 钢重型桁架。
有效宽度法假定腹杆轴力Ｎ通过连接件在节点板
内按照应力扩散角度传至连接件端部与N 相垂直的 一定宽度范围内，称为有效宽度be 。
ห้องสมุดไป่ตู้
假定be范围内的节点板应力达
到 fu ， 并 令 be·t·fu=Nu( 节 点 板 破 坏 时的腹杆轴力)，按此法拟合的结 果，当应力扩散角=270时精度最 高，计算值与试验值的比值平均 为 98.9% ； 当 =300 时 ， 比 值 为 106.8%，考虑到国外多数国家对 应力扩散角均取为300，为与国际 接轨且误差较小，建议取=300。
大跨度结构主要是在自重荷载下工作，主要矛 盾是减轻结构自重，故最适宜采用钢结构。在大跨 度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材 料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。
主要分为两大类：
平面结构体系
梁式体系 框架式体系 拱式体系
空间结构体系
实体结构类：薄壳、折板结构 网格结构类：网架及网壳结构 张力结构类：悬索结构、膜结构 混合结构类
随着热轧H型钢在我国投产，剖分T型钢用于桁 架弦杆或腹杆的情况越来越多。T 型钢桁架的优点 是：无离缝、防腐易处理、用钢量省。
问题： （1）节点施工不方便； （2）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加 复杂，同时，对节点受力研究不够，故规范公式均 不适用； （3）板件的局部稳定难以满足规范的规定。
平面承重的大跨度钢结构
1 梁式结构体系
梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架 的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹 杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。
适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量 过大而不经济。
重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系 的整体刚度是非常重要的。
大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨 度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形 和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般 为1/6～1/8。
88规范后的90年代，重庆钢铁设计研究院会同云 南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板 的试验，其中受拉试件16个，受压试件8个。从而总 结出用撕裂面法推导出来的公式。
由于桁架节点板的外形往往不规则，同时，一些 受动力荷载的桁架还需要计算节点板的疲劳，用撕 裂面法推导出来的公式计算比较麻烦。故参照国外 多数国家的经验，规范建议对桁架节点板也可采用 有效宽度法进行承载力计算。
有效宽度法适用于腹杆与节点板采用侧焊、 围焊、铆钉、螺栓等多种连接情况，（采用铆钉 或螺栓连接时，be应取为有效净宽度）。
桁架节点板厚度选用表
一般的钢结构教科书和手册均列有“桁架节点板 厚度选用表”，但都系互相参考，缺乏科学依据。这 次该研究组先制作了N- t/b关系表（N为腹杆最大拉力 ；t为节点板厚度；b为连接肢宽度），反映了侧焊缝 焊脚尺寸hf1、hf2的影响。同时又在上述参数组合的 最不利情况下，重新整理出偏于安全的N—t表。相对 来说它比以往的N—t表更符合实际。
参考书目： 1.《大跨空间结构》 张毅刚等编 机械工业出版社； 2.《大跨空间结构》完海鹰编 中国建筑工业出版社； 3.《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91； 4.《空间结构设计与施工》 东南大学出版社；
概述
大跨与空间钢结构主要用于公共建筑，如大会 堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育 场、航空港等。
大跨度结构也用于工业建筑，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。
展览馆
日本大分体育公园综合竞技场
伦敦千年穹顶
大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家 标准《钢结构设计规范》、《网架结构设计与施工 规程》将60m以上定义为大跨度结构，计算和构造 均有特殊规定。我国目前最大跨度做到340m，以 钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。
（2）H型钢重型桁架
桁架节点铰接是一种近似，条件是杆件较细长， 以H型钢作弦杆或腹杆的重型桁架，设计时应注意 节点的次应力，或按刚接节点设计，对重要的节点 还应进行有限元分析。
（3）钢管桁架（圆管或矩形管）
钢管桁架节点受力复杂，原88规范只有直接焊 接的平面桁架式圆管结构的条文。近几年同济大学 对圆钢管空间桁架节点作了一些试验和分析；哈工 大对直接焊接的方管桁架结构（主管为方管，支管 为方管或圆管）的节点作了一些试验和分析，《钢 结构设计规范》修订时，其成果已部分纳入。
上海浦东国际机场
上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m， 跨中高度超过11m，单榀屋架梁重55吨。
为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁 在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了 一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。
（1）角钢（或T型钢）桁架
一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架 弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复 杂时不可靠。国外有些规范（如美国AISC规范）规 定需进行计算。
为保证节点板受压时的稳定，桁架杆件间间隙不 能太大，例如有竖腹杆的节点板（或自由边有加劲
的节点板）c15t 23/5fy，不能理解为c 值愈小愈
好。规范规定“弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间 隙，不应小于20mm”，是由于间隙过小，焊接残余 应力影响过大。而对吊车桁架，为避免疲劳破坏又 规定此间隙“不宜小于50mm”；同时还规定在工作 温度-20C地区的桁架，为防冷脆，“腹杆与弦杆相 邻焊缝焊趾间净距不宜小于2.5t ”。同样，这些规 定不能理解为杆件间间隙愈大愈好，在某些情况如 出现矛盾，应妥善处理。
常用形式： （1）角钢（或T型钢）桁架 （2） H型钢重型桁架* （3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*
桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于35～ 40m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的， 以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反 力一般由屋架下弦的弹性变形产生。*
上海证券大厦
连接两幢主楼 的天桥桁架跨度 63m，共支承着从 17层至26层共8个 楼层，采用了H型 钢重型桁架。
有效宽度法假定腹杆轴力Ｎ通过连接件在节点板
内按照应力扩散角度传至连接件端部与N 相垂直的 一定宽度范围内，称为有效宽度be 。
ห้องสมุดไป่ตู้
假定be范围内的节点板应力达
到 fu ， 并 令 be·t·fu=Nu( 节 点 板 破 坏 时的腹杆轴力)，按此法拟合的结 果，当应力扩散角=270时精度最 高，计算值与试验值的比值平均 为 98.9% ； 当 =300 时 ， 比 值 为 106.8%，考虑到国外多数国家对 应力扩散角均取为300，为与国际 接轨且误差较小，建议取=300。
大跨度结构主要是在自重荷载下工作，主要矛 盾是减轻结构自重，故最适宜采用钢结构。在大跨 度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材 料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。
主要分为两大类：
平面结构体系
梁式体系 框架式体系 拱式体系
空间结构体系
实体结构类：薄壳、折板结构 网格结构类：网架及网壳结构 张力结构类：悬索结构、膜结构 混合结构类
随着热轧H型钢在我国投产，剖分T型钢用于桁 架弦杆或腹杆的情况越来越多。T 型钢桁架的优点 是：无离缝、防腐易处理、用钢量省。
问题： （1）节点施工不方便； （2）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加 复杂，同时，对节点受力研究不够，故规范公式均 不适用； （3）板件的局部稳定难以满足规范的规定。
平面承重的大跨度钢结构
1 梁式结构体系
梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架 的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹 杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。
适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量 过大而不经济。
重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系 的整体刚度是非常重要的。
大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨 度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形 和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般 为1/6～1/8。
88规范后的90年代，重庆钢铁设计研究院会同云 南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板 的试验，其中受拉试件16个，受压试件8个。从而总 结出用撕裂面法推导出来的公式。
由于桁架节点板的外形往往不规则，同时，一些 受动力荷载的桁架还需要计算节点板的疲劳，用撕 裂面法推导出来的公式计算比较麻烦。故参照国外 多数国家的经验，规范建议对桁架节点板也可采用 有效宽度法进行承载力计算。
有效宽度法适用于腹杆与节点板采用侧焊、 围焊、铆钉、螺栓等多种连接情况，（采用铆钉 或螺栓连接时，be应取为有效净宽度）。
桁架节点板厚度选用表
一般的钢结构教科书和手册均列有“桁架节点板 厚度选用表”，但都系互相参考，缺乏科学依据。这 次该研究组先制作了N- t/b关系表（N为腹杆最大拉力 ；t为节点板厚度；b为连接肢宽度），反映了侧焊缝 焊脚尺寸hf1、hf2的影响。同时又在上述参数组合的 最不利情况下，重新整理出偏于安全的N—t表。相对 来说它比以往的N—t表更符合实际。