第四章 大跨建筑结构选型

2.2 拱结构的型式
1）按受力 ① 三铰拱 ② 两铰拱 ③ 无铰拱 ① 双折线型 ② 圆弧线型 ③ 抛物线型
第四章 大跨度建筑结构选型----2 拱结构
2）按外形
2.3 拱结构的主要尺寸
1）跨度：公建主体30～40米，可达到95～200米， 经济跨度80～100米 2）矢高：与建筑外形、使用要求、屋面构造、内力计算有关 屋盖结构 f=(1/10～1/5)L 公建主体 f=(1/5～1/2)L
2.4 拱结构屋盖布置
1）跨度40～60米时
拱间距6～10米，设上弦横向支撑及纵向支撑 2）跨度70～120米时 拱间距9～15米，采用相距3～6米的成对拱
拱结构屋盖布置
2.5 拱结构支座处理
1）由拉杆承受推力
2）由框架承受推力
3）基础承受推力 4）刚性水平构件承受推力
3 刚架结构
3.1 刚架结构的特点
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构
悬索结构
悬索结构
9 其它结构型式
9.1 薄膜结构体系
9.1.1 结构体系概述 1）体系构成
① 覆盖膜面 ② 支撑结构
胞体仿生 → 2）薄膜材料
建筑结构
① 聚脂织物加聚氯乙烯涂层：适用于中小跨度的临时性建筑屋盖。 ② 无机织物加聚四氟乙烯涂层：适用于大跨度永久性建筑屋盖。
9.2 结构的混合体系
8.4 悬索结构的混合体系
拱—索
梁—索
悬臂梁—索
Leabharlann Baidu
板—索
悬索结构屋顶实例
柏林会堂
代代木体育馆
华盛顿杜勒斯机场
耶鲁大学冰球馆
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
悬索结构屋顶
14400
4400
126000
4400 主悬索 曲线边梁
索网
塔柱 斜拉索
锚块 拉杆
悬索结构屋顶
1）内力分布均匀 2）结构轻巧，节省材料，制作方便 3）空间高度大 4）结构刚度差
3.2 刚架结构的型式
1）按组成 ① 三铰刚架 ② 两铰刚架 ③ 无铰刚架 2）按断面 ① 实腹式 ② 格构式
第四章 大跨度建筑结构选型----3 刚架结构
3.2 刚架结构的主要尺寸
1）跨度
① ② ③ ④
实腹式：50～60米 格构式两铰刚架： 60～120米 格构式无铰刚架：120～150米 折线弓形刚架：40～50米 高15～20米 2）断面
30～60m >60m
1/12～1/15 1/14～1/18
1/11～1/14 1/13～1/18
5.4 平板网架杆件与节点
1）杆件 ① 角钢 ② 钢管
2）节点 ① 十字钢板节点：用于角钢杆件，焊接或螺栓 ② 球节点：用于钢管杆件 a.实心球：螺栓连接 b.空心球：焊接连接 3）网架上弦起坡 排水坡度要求 2～5% ① 结构起拱：跨度>60m时，起拱1/300 ② 上弦加柱：按坡度变高
7.3.4 双曲抛物面壳
1）组成：壳面、边缘构件
2）几何尺寸 ① 跨度：单块柱网可达30x30米 ② 失高：f≥(1/5～1/8)短边长度 ③ 壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～100
3）边缘构件：桁架、密柱边梁、刚性墙
7.3.5 自由曲面壳
1）自由山丘型 2）低压薄膜型 3）悬挂布型
8 悬索结构
① 实腹式梁高 h=(1/12～1/20)L 设预应力拉杆 h=(1/30～1/40)L ② 格构柱宽同横梁节间 5～7米 ③ 折线弓形刚架梁高、柱宽 (1/15～1/25)L
3.4 刚架结构节点构造
1）顶点铰
钢销栓
2）实腹刚架支座
① 固定支座
细石砼填实
② 铰支座
沥青麻丝填 3）格构刚架支座
① 板式支座 ② 臼式支座
支反力≤100t
支反力>100t
③ 平衡支座
支反力≤100t
4 桁架结构
4.1 桁架结构的特点
1）将受弯杆件转化为轴力杆件
2）充分利用三角形的刚性特点
3）充分利用材料特性，以小杆件拼合跨越大空间
4.2 桁架结构的型式
1）按材料：木、钢砼、钢、组合式 2）按外形：① 三角形 L≤18m，i=1/5～1/2 ② ③ ④ ⑤ 梯 形 L=18～36m，≤72m，f/L=1/6～1/8 拱 形 L=18～36m，≤60m，f/L=1/6～1/8 折线形 平行弦
建筑结构选型 第四章 大跨度结构选型
1 2 3 4 5 6 7 8 9 大跨度建筑概况 拱结构 刚架结构 桁架结构 网架结构 折板结构 薄壳结构 悬索结构 其它结构型式
1 大跨度建筑概况
1.1 大跨度建筑定义 按网架结构设计规范规定 ≤30米，小跨度 30～60米，中跨度 >60米，大跨度
第四章 大跨度建筑结构选型----1大跨度建筑概况
7.3 薄壳结构型式及构造 7.3.1 筒壳 1）组成：壳面、边梁、横隔 2）几何尺寸 ① 跨度/波长：长壳=1.5～2.5；短壳=1～0.5 ② 失高：f≥(1/10～1/15)跨度 ③ 壳板厚：现浇式≥50 装配式≥30 小跨度=50～60，大跨度≥80 3）边梁形式 4）横隔形式
7.3.2 球面壳
第四章 大跨度建筑结构选型----4 桁架结构
4.3 桁架结构节点构造
1）支座 ① 平板支座 ② 滚轴支座
2）屋架端部 ① 内天沟式 ② 自由落水 ③ 外天沟式
5 网架结构
5.1 网架结构的特点
1）整体刚度大，稳定性好，为空间多向受力状态 2）杆件受力合理，能充分利用材料特性 3）高跨比小，能有效利用空间 4）杆件规格少，便于工厂化、装配化 5）建筑造型新颖，可适合于多种平面
① 整体上是空间结构 ② 跨度大，可覆盖巨大的室内空间 ③ 矢高小、曲率平缓，可有效利用空间 ④ 厚度薄、自重轻，节省材料 ⑤ 形式多样，可适合于各种形状的平面组合
2 拱结构
2.1 拱结构的特点
1）拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力 2）拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩 3）拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大
古典大跨结构
• 从梁到三角璇 • 从筒拱到交叉拱 • 从交叉拱到拱肋结构 • 从穹隆到帆拱
1.2.2 平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）
特征：“桁架、刚架、拱结构”
1）从梁到桁架
2）从梁到刚架
3）从梁到拱
平面大跨结构
• 从梁到桁架 • 从梁到刚架 • 从梁到拱肋
1.2.3 新型大跨结构（二战～）
f≥L/40
L
B
7 薄壳结构
7.1 定义
曲面厚度/曲率半径≤1/20时称为薄壳 建筑工程结构中常为1/50～1/100
7.2 特点
1）受力主要是面内力（薄膜内力） 2）可覆盖大空间而不设柱 3）自重轻，刚度大，整体性好，利于抗震 4）节省材料，经济效果好 5）造型美观，活波新颖
第四章 大跨度建筑结构选型----7 薄壳结构
3）结构类型
① 充气薄膜结构 ② 悬挂薄膜结构
③ 骨架支撑薄膜结构
9.1.2 结构体系类型 1）充气薄膜结构
① 气压式薄膜：膜构成管或囊 充气保持形状
气压薄膜工作原理 气承薄膜工作原理
承受外部荷载
② 气承式薄膜：薄膜构成气球 不断向内充气 抵御外部荷载 维持形态稳定 ③ 混合式薄膜： a 气压式与气承式混合
波士顿艺术中心剧场 直径44m圆盘形充气屋盖， 美国密执安州庞提亚克体育馆 中心高6m， 双层屋面是用拉链连起来的， 平面尺寸220m×168m，失高15.2m， 固定在支承于柱子上的受压钢环上 采用单层玻璃纤维薄膜结构， 膜片固定在按对角布置的钢壳上， 共18根，间距约13m 是第一个永久性建筑的充气结构。
8.2 结构型式
1）单层单曲面索 2）双层单曲面索 3）轮辐式索 4）鞍形索网
8.3 悬索结构支承处理
1）采用斜向牵索将悬索拉到基础上
2）设置对称的斜撑体系平衡内拉力
3）设置对称的斜拱体系平衡内拉力
4）设置封闭环梁活马鞍形环梁平衡内拉力
5）设置竖拱和扁圆环梁平衡内拉力
6）设置横向水平桁架和纵墙体系平衡内拉力
1）组成：壳面、支承环 2）几何尺寸 ① 跨度：可达100米，多用60米以下 ② 失高：f≥(1/8～1/4)跨度 ③ 壳板厚：现浇式≥40 装配式≥30 3）支承环：同筒壳边梁
7.3.3 双曲扁壳
1）组成：壳面、边缘构件 2）几何尺寸 ① 跨度：经济跨度30～60米 ② 失高：f≥(1/5～1/6)短边长度 ③ 壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～100 3）边缘构件 薄腹梁 拉杆拱 桁 架 密柱曲梁
以桁架、拱、空间网架等
作为结构骨架，再在其上覆盖
膜材料，并使之张紧成型。
慕尼黑奥运馆
索膜结构
索膜结构
索膜结构
索膜结构
索膜结构
索膜结构
索膜结构
索膜结构
9.2 结构的混合体系
1）刚架 – 悬索混合
横剖面
纵剖面
丹东体育馆比赛大厅
屋盖承重结构简图，采用了刚架-索混合空间结构， 大厅平面尺寸为45m×80m。
1.2 大跨度建筑的发展过程
1.2.1 古典大跨结构（2000多年前～文艺复兴）
特征： “砖石结构”
1）从梁到三角璇 梁：受弯，砖石不宜 拱：受压，发挥材料特性 2）从筒拱到交叉拱 筒 拱：墙承重，平面狭长 交叉拱：柱承重，空间贯通 3）从交叉拱到拱肋结构 交叉拱：屋面自重较大 拱 肋：结构高直轻巧 4）从穹窿结构到帆拱 穹隆：圆形平面 帆拱：方形平面
1.3 大跨度建筑的结构特征 1.3.1 大跨建筑主要承受竖向荷载 1）高层结构
荷载：水平荷载为控制因素
构件：竖向悬臂构件—柱(线)，墙(面)，筒(体) 变形：水平侧移 2）大跨结构 荷载：竖向荷载为控制因素 构件：水平简支构件 变形：竖向挠曲
1.3.2 大跨结构是梁结构的改造和演变
1.3.3 新型大跨结构的特点
5.2 网架结构的型式
1）按材料：木、钢砼、钢、组合式 2）按外形：① 平板网架 a.交叉桁架体系 b.角锥体系 ② 曲面网架 a.球面网壳 b.柱面网壳 c.双曲面网壳
第四章 大跨度建筑结构选型----5 网架结构
5.3 平板网架
1）交叉桁架体系 ① 两向正交正放: 适用于正方形平面 ② 两向正交斜放：适用于矩形平面 ③ 三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面 2）角锥体系 ① 三角锥体 ② 四角锥体 ③ 六角锥体 3）平板网架的主要尺寸 网架短向跨度 <30m 高跨比 1/10～1/13 网格尺寸与短跨比 1/8～1/12
b 充气结构与其他结构结合
英国千禧帐篷 直径320米
薄膜结构
薄膜结构
薄膜结构
千禧帐篷展厅布置内景
薄膜结构
9.1.2 结构体系类型
2）悬挂薄膜结构
通过桅杆、边缘索和锚索
等对膜施加预应力，使其形成 并保持反向双曲面特征，具有 一定刚度，维持结构形态的相 对稳定，适合于中小跨度的建 筑物。
3）骨架支撑膜结构
曲面网壳应用
6 折板结构
6.1 折板结构的组成
1）折板：由钢砼或钢网水泥平板组成 2）横隔构件：可用横隔板、横隔梁、横隔桁架 3）边梁：当跨度较大时设边梁，以减小折板倾角
第四章 大跨度建筑结构选型----6 折板结构
6.2 折板结构的主要尺寸
1）折板类型 ①长折板：L/B>1，f≥(1/10～1/15)L ②短折板：L/B≤1，f≥1/8L 2）跨度：普通砼可达到21米，预应力砼可达到27米 3）一般尺寸：B=2～3米，f=0.5～1.2米，板厚≥B/40 L≥24米，B=1～2米，板厚25～45
8.1 体系特征
1）体系构成 ① 索网 ② 支承结构 2）特点 ① 跨度大，空间灵活 ② 利用钢索受拉、砼受压，自重轻，节省材料 ③ 施工方便 ④ 造型新颖，适用性广 ⑤ 由于风力作用而容易失稳 3）适用范围 用于跨度60～150米 方形、矩形、圆形、椭圆形平面
第四章 大跨度建筑结构选型----8 悬索结构
5.5 平板网架构造 1）支承方式 ① 四边支承：四边设圈梁，支于列柱 ② 柱支承：四点或多点柱支承 ③ 三边支承：三边支于列柱 自由边加托梁、边桁架、拱
2）支座构造 ① 平板铰支座：用于跨度较小 ② 转动弧形支座：用于跨度大 ③ 摇摆支座：用于跨度大、温差大
5.6 网壳简介 1）球面网壳
2）柱面网壳
特征：“薄壳、悬索、网架”
1）鸡蛋壳—薄壁结构
新型大跨结构
• 从鸡蛋壳到薄壁结构 • 从蜘蛛网到悬索结构 • 从蜜蜂巢到网架结构
合理的外形，充分发挥材料受压性能， 以较薄的壳体跨越很大的空间，而具有足够
的强度和刚度。 2）蜘蛛网—悬索结构 纤细的索网，充分发挥钢材抗拉性能， 轻盈活波，适宜与大跨度 3）蜜蜂巢—网架结构 利用小型杆件，组合成整体结构，刚度 大，变形小，自重轻，材料省