1、大跨度房屋鋼結構簡介大跨度房屋鋼結構簡介l大跨度鋼結構的應用及其主要特點l大跨度房屋鋼結構的類型l梁式結構l框架結構l拱式結構l網架和網殼結構l懸索結構大跨度鋼結構的應用及其主要特點大跨度鋼結構的應用及其主要特點 應用 公共建筑(劇院，展覽館，體育場館，車站等) 專門用途的建筑 (飛機庫，汽車庫等) 生產性建筑(飛機制造廠裝配車間，造船廠等) 主要特點 跨度大 120m 160m(長春體育館，網殼結構，1998) 主跨1385m (江陰長江大橋，懸索結構，1999) 個性化(非大量建設項目，方案的極其個性化) 大跨度房屋鋼結構的類型大跨度房屋鋼結構的類型 平面結構 由一些強度不大的縱向構件將平

2、面結構連接起來構成 縱向構件層層重復傳遞荷載，并不分擔荷載 梁式，框架式和拱式結構 空間結構 加強連接平面結構的縱向構件以形成一個整體結構，共同承載 克服荷載層層重復傳遞，經濟性好，整體剛度大，抗震性能好 懸索結構，網架和網殼結構 空間作用(diaphragm，蒙皮效應)梁式結構梁式結構(1) 特點 不產生水平推力(可支承于墻壁，磚石或混凝土柱上) 制造和安裝較簡單 結構布置4050m屋架檁條68m簡單式屋架主檁條檁條5070m812m復雜式梁式結構梁式結構(2)結構型式 跨度較小時，可采用實腹式梁 (常用工字形截面) 跨度在5070m及更大時，采用桁架形式(吊頂與下弦設間隙) 桁架外形及腹桿

3、體系取決于跨度，屋面形式和吊頂結構 桁架高跨比一般為1/81/6(注：跨度大于50m時，運輸超限) 常用梯形桁架；屋面坡度大時，宜用平行弦；吊頂可作弧線形(設拉桿)框架結構框架結構(1) 特點 與梁式相比，框架結構可降低建筑物高度 結構上比梁式結構經濟 結構布置 橫向框架布置(跨度大于60m時，應增大框架間距，常導致復雜布置) 縱向框架布置(跨度較小時，特別有利，可向外懸伸，用于機庫等)結構型式 跨度在5060m時，常用雙鉸實腹式框架(常用工字形截面) 減輕基礎負擔；結構可外露；橫梁高度可取跨度的1/201/12 設置預應力拉桿減少跨中彎矩，橫梁高度可取跨度的1/401/30框架結構框架結構(

4、2) 跨度較大時，常用雙鉸格構式框架 跨度超過100m時，宜采用無鉸格構式框架框架結構框架結構(3) 格構式框架的橫梁高跨比宜在跨度的1/201/12范圍選取 格構式框架立柱的寬宜取其橫梁的節間長度(卸載效應) 折線弓形框架接近于拱形結構的力學性能 常用于高度相對較大(跨度約4050m，高度約1520m)的建筑物 橫梁高度和立柱寬度皆在跨度的1/251/15范圍選取拱式結構拱式結構(1) 特點 拱式屋蓋受力合理 比梁式和框架式屋蓋結構經濟指標好(跨度超過80m時尤為顯著) 結構布置 跨度為4060m時，拱間距可取610m，無檁或型鋼檁條拱式結構拱式結構(2) 跨度達100m左右時，宜采用相距3

5、6m的拱對，拱對間距為915m拱式結構拱式結構(3) 側窗難以開啟，且宜積灰；檁條下移，構成橫向天窗拱式結構拱式結構(4)結構型式 雙鉸拱(最常見，制作安裝方便，較經濟，溫度應力低) 無鉸拱(最經濟，須設強支座，溫度應力高) 三鉸拱(應用不廣，拱鑰鉸使結構復雜化) 亦分為實腹式和格構式 宜設計成等截面 實腹式截面高度可取跨度的1/801/50 格構式截面高度可取跨度的1/601/30 水平推力 拉桿設置 支座設計 框架結構 拱式結構拱式結構(5) 拱腳構造處理 構造不便 空間利用 網架和網殼結構網架和網殼結構(1) 特點 多向傳力，空間剛度大，抗震性能好 適應性強 經濟指標好 網架類別(以網架

6、構成方式分類) 由平面桁架構成(四種)兩向正交正放網架表示法網架和網殼結構網架和網殼結構(2)兩向正交斜放兩向斜交斜放兩向正交斜放兩向正交斜放 短桁架對長桁架有嵌固作用，受力有利 角部產生拔力，常取無角部形式兩向斜交斜放兩向斜交斜放 適用于兩個方向網格尺寸不同的情形 受力性能欠佳，節點構造較復雜網架和網殼結構網架和網殼結構(3)三向網架三個方向的平面桁架相互交角60比兩向網架剛度大，適合大跨度常用于正三角形，正六三角形平面在謀些平面形狀會出現不規則桿件 由四角錐體構成(五種)正放四角錐網架正放抽空四角錐網架網架和網殼結構網架和網殼結構(4)斜放四角錐網架棋盤形四角錐網架星形四角錐網架斜放四角錐

7、網架受力合理，桿件數量少屋面板類型多屋面組織排水較困難棋盤形四角錐網架保持正放四角錐網架周邊四角錐不變，中間四角錐間隔抽空，下弦桿呈正交斜放，上弦桿呈正交正放?？朔诵狈潘慕清F網架屋面板類型多，屋面組織排水較困難的缺點。 由三角錐體構成(三種)三角錐網架網架和網殼結構網架和網殼結構(5)抽空三角錐網架蜂窩形三角錐網架 三(多)層網架 減少弦桿內力(25% 60%)，減小網格尺寸，大跨經濟性好；桿件數量多 三層網架示意圖網架和網殼結構網架和網殼結構(6) 網架的點支承 點支承的設置原則 通過正彎矩和撓度減小，使整個網架的內力趨于均勻 對于單跨多點支承，懸挑長度宜取中間跨的1/3 (下圖a) 對于

8、多跨多點支承，懸挑長度宜取中間跨的1/4(下圖b) 點支承的柱帽形式 網架和網殼結構網架和網殼結構(7) 網架選型 周邊支承的矩形平面形狀 長短邊之比1.5時： 斜放四角錐網架，棋盤形四角錐網架，正放抽空四角錐網架 對于中(30m 60m)小(1.5時： 宜選正放類網架-兩向正交正放網架，正放四角錐網架，正放抽空四角錐網架 點支承的矩形平面形狀 兩向正交正放網架，正放四角錐網架，正放抽空四角錐網架 圓形，多邊形平面形狀 宜選三向網架，三角錐網架，抽空三角錐網架 兩邊或三邊支承的矩形平面形狀 自由邊作處理后可按周邊支承情形考慮。自由邊的兩種處理方法： (a)整個網架高度加大，自由邊桿件截面增大

9、(b)自由邊局部增加網架層數(形成反梁)自由邊反梁網架和網殼結構網架和網殼結構(8) 網架屋面排水 網架起拱 適于雙坡排水；抗震性好；起拱高度過大，內力分析應計及 網架變高度 可降低弦桿內力，使其趨于均勻；抗震性好；桿件種類增多 上弦節點設置小立柱(常用) 可構造雙坡，四坡或其它復雜的多坡排水屋面；跨度大時要作穩定和抗震計算 網架幾何尺寸 鋼筋混凝土屋面體系鋼檁條屋面體系網架形式網格數跨高比網格數跨高比兩向正交正放，正放四角錐正放抽空四角錐(24)+0.2L2兩向正交斜放，棋盤形四角錐斜放四角錐，星形四角錐(68)+0.08L21014(68)+0.07L2(1317)+0.03L2注：L2

10、是以米計的網架短向跨度；跨度小于18米時網格數可適當減少。網架和網殼結構網架和網殼結構(9)單層柱面網殼的網格形式a)單斜桿柱面網殼：桿件數量少，節點構造簡單；剛度差b)人字形柱面網殼：亦稱弗普爾形柱面網殼c)雙斜桿柱面網：殼桿件數量多；剛度好d)聯方網格柱面網殼：桿件組成菱形，夾角為30 50e)三向網格柱面網殼：聯方網格柱面加縱向桿件 網殼類別(以曲面外形分類) 柱面網殼網架和網殼結構網架和網殼結構(10)a)正放四角錐柱面網殼b)正放抽空四角錐柱面網殼c)斜置正放四角錐柱面網殼d)三角錐柱面網殼e)抽空三角錐柱面網殼雙層柱面網殼的網格形式1.交叉桁架體系(略)2.四角錐體系 a)：剛度大

11、，桿件少，最常用 b)：適用于小跨度，輕屋面 c)：系將a)斜置3.三角錐體系 常用d) ， e) 兩種網架和網殼結構網架和網殼結構(11) 球面網殼a)肋環型球面網殼b)Schwedler型球面網殼c)Schwedler型球面網殼d)聯方型球面網殼e)三向網格型球面網殼單層球面網殼的網格形式a):剛度差，適用于中，小跨度b):剛度好，適用于大，中跨度c):交叉斜桿Schwedler型 還有其它Schwedler型d):菱形網格，造型美觀e):適用于中，小跨度網架和網殼結構網架和網殼結構(12)a)肋環型四角錐球面網殼b)聯方型四角錐球面網殼c)聯方型三角錐球面網殼d)平板組成式球面網殼雙層球

12、面網殼的網格形式1.交叉桁架體系 只需將單層球面網殼中的桿件用平面網片代替(略)2.角錐體系(常見四種) a):肋環型四角錐球面網殼， b):聯方型四角錐球面網殼 c):聯方型三角錐球面網殼， d):平板組成式球面網殼網架和網殼結構網架和網殼結構(13)a) 正交正放類b) 正交斜放類c) 正交斜放設斜桿類d) 正交斜放設斜桿類e) 正交斜放設斜桿類雙曲面網殼的網格形式1.正交正放類 a):單層時在方格內設斜桿 雙層時組成四角錐體2.正交斜放類 b):抗剪強度弱 c):第三方向局部設斜桿 d):全部方格內設雙斜桿 e):第三方向全局設斜桿 雙曲面網殼懸索結構懸索結構(1) 特點 軸向拉伸抵抗外

13、荷作用，充分利用鋼材強度 施工方便，費用低 便于建筑造型 單層懸索結構 平行布置形式(跨度可達80m，德國多特蒙特一展覽廳，1956)水平梁和框架一起承受懸索拉力水平梁承受懸索拉力懸索直接錨掛于框架斜拉索將懸索拉力拉向地錨懸索結構懸索結構(2) 幅射式布置形式(適用于圓形，橢圓形平面)下凹雙曲率碟形屋面不便于排水，最大的碟形屋面：美國阿拉美達比賽館，跨徑128m(1967)傘形屋面最大的傘形屋面：前蘇聯伊利姆斯克汽車庫，跨徑206m受拉內環采用鋼制，受壓外環采用鋼筋混凝土制作?？杀绕叫胁贾米龅捷^大跨度。 網狀布置形式(適用于圓形，矩形等各種平面)設計要點 單層懸索體系垂跨比經驗取值： 1/201/10 加強形狀穩定性的措施： 采用重屋面 采用預應力鋼筋混凝土懸掛薄殼 采用橫向加勁構件兩向索正交布置屋面板規格統一邊緣構件彎矩大于幅射式布置懸索結構懸索結構(3) 雙層懸索結構 一般形式 由下凹的承重索，上凸的穩定索及它們之間的連系桿組成 承重索垂跨比一般取1/201/15 ，穩定索拱跨比一般取1/201/25 平行布置形式懸索結構懸索結構(4) 幅射式及網狀布置形式上索既是穩定索，又直接承載a)雙層內環梁 b)雙層外環梁c)雙層內外