大跨空間結構答案

1、Forpers ona莇luseonly instudyandresearch; notforcommercialuse羀得分羂評分薂人葿四、簡答題（共20分，每小題5分）1.2.腿在進行網(wǎng)架節(jié)點設計時，有哪些基本要求?羃答：牢固可靠，傳力明確簡捷；（1 分）蝕構造簡單，制作簡單，安裝方便；（1分）衿用鋼量省，造價低；（1分）袈 構造合理，使節(jié)點尤其是支座節(jié)點的受力狀態(tài)符合設計計算 假設。（2分）3.4. 肅確定網(wǎng)架結構的網(wǎng)格尺寸時，需要考慮哪些因素？肂答:1)2）羋與屋面材料有關。鋼筋混凝土板尺寸不宜過大，否則安裝有困難，一般不宜超過 3m；當采用有檁體系構造方案時，網(wǎng)架一般不超過6 m。（

2、 3分）3)4）薈與網(wǎng)架高度有一定比例關系。夾角過大、過小，節(jié)點構造會產(chǎn)生困難。（2分）袂3.當網(wǎng)架只承受恒載、活載、風載作用時，應考慮哪些荷載組合?賺答: 螇永久荷載 +可變荷載（ 1 分） 肄永久荷載 +半跨可變荷載（ 2 分） 襖網(wǎng)架自重 +半跨屋面板 +施工荷載（ 2 分）45. 艿在螺栓球節(jié)點網(wǎng)架中桿件的計算長度Lo等于桿件幾何長度 L,而在焊接球節(jié)點網(wǎng)架中桿件的計算長度Lo小于桿件幾何長度 L,試說明理由。膇答：在焊接球網(wǎng)架中，焊接球通過焊縫與桿件連接，由于焊接抗彎剛度大，工作性能接近 于剛節(jié)點， 故計算長度 Lo<L；（2.5 分）而在螺栓球網(wǎng)架中，螺栓球通過螺栓與桿件連接

3、， 由于螺栓的抗彎剛度很小，工作性能接近于鉸節(jié)點。（ 2.5 分）5.6. 裊在進行網(wǎng)架桿件截面選擇時，需遵從哪些原則？羅答：（ 1）每個網(wǎng)架結構所選截面規(guī)格不宜過大，以方便加工與安裝，一般小跨度網(wǎng)架以 三到五種為宜，大、中跨度網(wǎng)架也不宜超過 1o 種規(guī)格。（ 2）桿件宜選用壁厚較薄的截面， 以使桿件在截面面積相同的條件下，能獲得較大的回轉(zhuǎn)半徑；有利于壓桿穩(wěn)定。（3）宜選用市場常供鋼管。（ 4）考慮到桿件材料負公差的影響，宜留有適當?shù)挠嗟亍?.8.蟻用有限單元法對網(wǎng)架進行分析時，采用了哪些基本假設？袀答：假定節(jié)點為鉸節(jié)點，每個節(jié)點有三個自由度，忽略節(jié)點剛度的影響；荷載作用在 網(wǎng)架節(jié)點上，桿件只

4、承受軸力；材料在彈性階段工作， 符合胡克定律；假定網(wǎng)架的變形很小，由此產(chǎn)生的影響予以忽略。9.10薅屋面排水坡度的做法共有幾種方式？這幾種方式有何特點？螂答：（ 1 ）上弦節(jié)點上加小立柱找坡：當小立柱較高時，應注意小立柱自身的穩(wěn)定性，此 法構造比較簡單。 （2）網(wǎng)架變高度： 當網(wǎng)架跨度較大時， 會造成受壓腹桿太長的缺點。（3）支承柱變高： 采用點支撐的網(wǎng)架可用此法找坡。 （ 4）整個網(wǎng)架起拱： 一般用于大跨度網(wǎng)架。 網(wǎng)架起拱后，桿件、節(jié)點的規(guī)格明顯增多，使網(wǎng)架的設計、制造、安裝復雜化。89螀焊接球節(jié)點有哪些優(yōu)缺點？芀答：優(yōu)點：構造和制造均較簡單，球體外型美觀、具有萬向性，可以連接任意方向的桿件

5、。缺點：用鋼量較大，節(jié)點用鋼量占網(wǎng)架總用鋼量的 20%25% ；沖壓焊接費工，焊接質(zhì) 量要求高， 現(xiàn)場仰焊、立焊占很大比重； 桿件下料長度要求準確； 當焊接工藝不當造成焊接 變形過大后難于處理。9.10.芅空間結構與平面結構有何不同？襖答：平面結構 ,荷載作用方向平行于結構中面并沿結構中面方向均勻分布,或不同平面的結構單一在各向平面內(nèi)的平行荷載作用下相互間的合作效應沒有影響或影響很小。空間結構， 具有不宜分解為平面結構體系的三維形體,具有三維受力特性 ,在荷載作用下呈空間工作的結構。11.12.膂空間結構有哪幾種基本類型？各類基本類型有哪些主要形式？蠆答：（ 1）實體結構（薄殼、折板、平板）。

6、（2）網(wǎng)格結構（網(wǎng)架、網(wǎng)殼、立體桁架）。（3）張力結構（懸索、薄膜）。（ 4）混合結構（張弦梁（桁架）、斜拉網(wǎng)架（網(wǎng)殼）、索 承網(wǎng)殼）14. 肆何為實體結構、網(wǎng)格結構、弦力結構、混合結構？以薄膜裊答：實體結構：用鋼筋混凝土材料建造，內(nèi)部無空洞或空洞率很小的結構，特點壓力為主，能充分發(fā)揮混凝土強度； 折板抗彎剛度大，可作為受彎和壓彎構件； 既是承 重結構，又是維護結構；曲面殼體模板復雜，耗工、耗材、耗時。網(wǎng)格結構：由標準化的 剛構件和加大組成， 并按一定規(guī)律相連而成的高次超靜定空間網(wǎng)狀結構。 張力結構： 通過對 索或膜施加預張力以后形成的結構。 混合結構： 幾種以上某兩種或幾種結構的優(yōu)點組合而成

7、 的結構。15.16. 芁網(wǎng)格結構有哪些常用節(jié)點？ 膈答：焊接或螺接鋼板節(jié)點、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、相貫節(jié)點、鑄鋼節(jié)點、我國自 行研制的嵌入式轂節(jié)點。螆13.確定網(wǎng)架結構的高度時，需要考慮哪些因素？螞答： 蚃與屋面材料有關。鋼筋混凝土板尺寸不宜過大，否則安裝有困難，一般不宜超過3m ;當采用有檁體系構造方案時，網(wǎng)架一般不超過6 m。（ 3分） 薈與網(wǎng)架高度有一定比例關系。夾角過大、過小，節(jié)點構造會產(chǎn)生困難。（2 分）14.15. 薇圓管截面具有哪些力學特點？ 螄答：回轉(zhuǎn)半徑大、截面特性無方向性、抗壓承載能力高。分為高頻電焊鋼管和無縫鋼管。17. 螁加襯環(huán)肋的焊接空心球是如何制作的？羇答：

8、焊接空心球節(jié)點由兩塊圓鋼板經(jīng)加熱，壓成兩個半圓球，然后相對焊接而成。當球徑 等于或大于 300mm 時，桿件內(nèi)力較大時，可在球內(nèi)加襯環(huán)肋，此肋應與兩個半球焊牢，這 樣可提高承載力。芇 16. 網(wǎng)架屋面排水坡可以采用幾種方法形成？各種方法有何特點？螅答：可采用以下四種方法：1)2) 袀整個網(wǎng)架起坡：網(wǎng)架上下弦桿仍保持平行，將整個網(wǎng)架在跨中抬高，但起拱高度過高 會改變網(wǎng)架內(nèi)力分布。3)4) 蝕網(wǎng)架變高度：可節(jié)省找坡小立柱的用鋼量，還可降低弦桿內(nèi)力峰值，使網(wǎng)架內(nèi)力趨于 均勻，但使桿件種類增多。5)6) 肇上弦節(jié)點上加小立柱找坡：改變小立柱高度可形成多種復雜的排水屋面，構造簡單。 若小立柱較高，應驗算

9、其自身穩(wěn)定性，必要時采取加固措施。7)8) 薃網(wǎng)架變高度和加小立柱相結合：可降低小立柱高度，增加其穩(wěn)定性，并使網(wǎng)架高度變 化不大。節(jié)17. 用于網(wǎng)架桿件的鋼管，在截面面積不變的情況下，壁厚宜選薄還是宜選厚？試說明理 由。肀答：截面面積不變的情況下，壁厚宜選薄，這樣可使鋼管直徑較大，能獲得較大的回轉(zhuǎn)半 徑，有利于壓桿穩(wěn)定。18.19.螈在焊接球網(wǎng)架結構中，支座腹桿的計算長度為其幾何長度的0.9，而其它腹桿的計算長度為其幾何長度的 0.8 倍？試說明理由。蚄答：支座腹桿一般要比其他腹桿粗，此時其桿件兩端約束比其他腹桿的弱，故支座腹桿的 計算長度要大于其他腹桿。莀19.網(wǎng)架計算時采用了哪些假定？蕿答

10、：假定節(jié)點為鉸節(jié)點，忽略節(jié)點剛度的影響，桿件只承受軸力（2分）；假定網(wǎng)架的變形很小，可以采用小撓度理論進行計算（1.5分）：假定網(wǎng)架的桿件材料為彈性材料，可以采用彈性方法進行分析（ 1.5分）。芄20.在確定網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸應注意哪些問題？蚅答：確定網(wǎng)架的網(wǎng)格尺寸時，應注意以下問題：螃 注意網(wǎng)格尺寸應與屋面材料相適應。 當屋面為鋼筋混凝土重屋面時， 一般不超過 3m；當屋面為有檁體系的輕型屋面時，一般不大于6m°（ 2.5分）罿注意網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架高度的關系。斜腹桿與弦桿的夾角應為45° 55 °較好，避免節(jié)點構造發(fā)生困難。（ 2.5 分）羄2 1 平面結構和空間結構

11、有何區(qū)別？蒃答：平面結構：荷載作用方向平行于結構中面并沿結構的中面法方向均勻分布，或不同平面的結構單元在各自平面內(nèi)的平行荷載作用下，相互間的荷載效應沒有影響或影響很小。 （2.5 分）袁空間結構：具有不宜分解為平面結構體系的三維形體，具有三維受力特性，在荷載作用下呈空間工作的結構。（ 2.5 分）莈 22網(wǎng)架變高度找坡與整個網(wǎng)架起拱找坡相比，有何優(yōu)缺點？螅答：整個網(wǎng)架起拱找坡的優(yōu)缺點如下：（2.5 分）薄坡度過高會改變網(wǎng)架內(nèi)力分布，應按網(wǎng)架實際尺寸進行內(nèi)力分析;羀網(wǎng)架的桿件尺寸變化少，節(jié)點構造趨于一致。螇改變網(wǎng)架高度找坡的優(yōu)缺點如下：（ 2.5 分）蒅 跨中增高，減小弦桿內(nèi)力，整體內(nèi)力分布趨于

12、均勻，弦桿級差較小;蚅桿件長度變化較多，特別是跨中斜腹桿，會因夾角過小而導致節(jié)點構造復雜。莂23.為何實腹鋼梁的經(jīng)濟性不如桁架？（4 分）芇答：實腹梁屬于受彎構件，截面的正應力沿截面高度呈三角形變化，上下翼緣正應力絕 對值最大， 中和軸附近的正應力較小; 截面的剪應力沿高度呈拋物線分布， 中和軸附近剪應 力較大，而靠近翼緣附近的剪應力較小。以簡支梁為例，在梁的跨中，剪應力很小，中和軸 附近的材料沒有充分發(fā)揮;在梁的兩端， 剪應力較大，正應力較小，上下翼緣的材料沒有充 分發(fā)揮。即使兩端固定梁， 盡管靠近兩端的材料能較好的發(fā)揮， 但靠近跨中相當大的區(qū)域內(nèi)，材料利用率是比較差的（ 2 分）。芆 桁架

13、的桿件以承受軸力為主，桿件截面的材料能得到充分的發(fā)揮，可以根據(jù)軸力的大小選擇不同的桿件和根據(jù)軸力的方向按長桿受拉短桿受壓得原則布置桿件。 盡管實腹梁也 可以根據(jù)彎矩的變化相應地改變截面，但構造上不如桁架方便（2 分）。蒃24. 當結構跨度較大時，為何平面結構的受力性能、經(jīng)濟指標不如空間結構？（8 分）蒀答：平面結構以單向傳力為主，僅承受作用在其平面內(nèi)的荷載和作用；而空間結構以 空間傳力為主， 可以承受任意方向的荷載和作用， 特別是地震作用， 故其抗震性優(yōu)于平面結 構（ 2 分）；羀平面結構需要設置支撐以保證其平面外的穩(wěn)定，通常情況下平面外的計算長度大平面內(nèi)的計算長度； 而空間結構不需設置支撐，

14、其桿件互為支撐， 空間剛度大， 平面內(nèi)外的計算 長度相等，整體性優(yōu)于平面結構（ 2 分）；羆平面結構的形體比較單一，而空間結構的形體卻很豐富，可根據(jù)實際需要選擇合理的形體，得到受力更優(yōu)越的結構（ 2 分）；蒄空間結構的桿件數(shù)量雖比平面結構多，但由于它良好空間傳力性能使得構件的截面較小、整體剛度大， 當跨度比較大時， 空間結構的自重小于平面結構， 經(jīng)濟性更好 （2分）。袃25選擇網(wǎng)架桿件時，應注意那些問題？（8 分）荿答：滿足容許長細比的要求（1分）；螆滿足承載能力的要求，即桿件的強度和穩(wěn)定滿足要求（1分）；節(jié)滿足最小截面規(guī)格的要求（1分）；羈規(guī)格不宜過多（1分）；蝿宜選用壁薄的截面（1分）；蕆

15、宜選用市場常供鋼管（1分）；莃設計計算時的控制應力應考慮鋼管負公差的影響（1分）；聿避免最大截面和最小截面會交于一點的情況（1分）。膈26桿件選用圓管比其它截面形式的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在那些方面？（ 4 分）腿答：截面回轉(zhuǎn)半徑大，在計算長度不變的情況下，可獲得更大的穩(wěn)定系數(shù)，抗壓承載能 力高（ 2 分）；莄截面無方向性，任意方向的力學性能和幾何特性都是一樣的，特別適合球節(jié)點連接， 構造簡單，應用廣泛（ 2 分）。蒂27. 空間結構的合理性主要表現(xiàn)在那些方面？（ 5 分）蚈答：合理的結構形體可以充分發(fā)揮材料的潛能。（1 分）羈合理的結構形態(tài)具有良好的受力性能。（1 分）膂結構的空間大，剛度大，重量輕

16、，經(jīng)濟合理。（2 分）薀結構形式豐富，生動活潑，具有豐富的藝術表現(xiàn)力。（1 分）28.29. 肇在目前大跨度屋蓋結構中， 為何網(wǎng)格結構比實體結構應用更為廣泛？試說明理由。 （ 10 分）蚈答：網(wǎng)格結構由許多形狀和尺寸都標準化的桿件與節(jié)點體系組成，一般采用型鋼或鋼管材 料，按一定規(guī)律連接形成空間網(wǎng)狀結構， 網(wǎng)格結構在空間交與桿節(jié)點， 形成復雜的空間高次 超靜定結構，具有相當大的剛度，整體性強，能適應不同方向，不同性質(zhì)的荷載，而且空間 網(wǎng)格結構桿件主要受軸力，容易最大限度發(fā)揮材料性能，自重輕（5 分）。芃 實體結構一般采用鋼筋混凝土，自重大，對下部支承結構及基礎不利；施工時需要大 量的腳手架和模板

17、，廢工廢材，且高空作業(yè)有較大的難度。（ 5 分）袃29舉例說明工程中那些結構必須采用空間分析方法，那些結構可以采用平面分析方法？ （ 10 分）螀答：任何一個結構都是空間結構，都能承受來自不同方向的力的作用，結構中的每個構件 都與不同平面內(nèi)的其他桿件相聯(lián)系， 但有時結構被簡化成平面結構進行分析， 簡化成平面結 構分析是有條件的，比如框架結構，剪力墻結構，框剪結構，排架結構，桁架結構等都是建 立在平面假的的基礎上分析的（ 5 分）。平面結構是假的結構只在一個方向平面內(nèi)有剛度并 受力，而空間結構必須考慮兩個方向的變形和受力。 當規(guī)則布置而且能清楚的分出抗側(cè)單元 的結構中這些單元在平面內(nèi)剛度較大，出

18、平面則剛度較小，相互之間的聯(lián)系和約束又較小， 可以簡化為平面結構（ 5 分）。3031膄焊接球和螺栓球相比，各有何優(yōu)缺點？（5 分）芄答：焊接球的特點是：構造和制作簡單，球體外形美觀，具有萬向性，可以連接任意方向 的桿件。 缺點是由于球節(jié)點由厚鋼板制作， 所以在鋼板交接處應力集中明顯， 球體受力不均 勻，鋼管與球體正交連接，焊縫長度等于鋼管周長，要求焊縫與鋼管等強， 所以對焊接要求 高（ 2分）。羈螺栓連接的優(yōu)點是：制作精度由廠家控制，現(xiàn)場裝配，施工速度快，制作費用高，但是安裝費用低，便于拆卸。缺點是組成節(jié)點的零件多，增加制作成本，安裝時是否擰緊也難以控制，還要進行密圭寸盒防銹處理（3分）。3

19、1、32、膀網(wǎng)架起拱的目的是什么？當要求起拱時，撓度是如何要求的？裊答：網(wǎng)架起拱主要是為了消除人們在視覺或心理上對建成的網(wǎng)架具有下垂的感覺。當要求起拱時，拱度可取小于或等于網(wǎng)架短向跨度的1: 300。網(wǎng)架用作屋蓋時不得超過網(wǎng)架短向跨度的1:250。當網(wǎng)架用作樓層時參考混凝土結構設計規(guī)范，容許撓度取網(wǎng)架跨度的1:300。33、34、肂為何螺栓球網(wǎng)架在實際工程中的應用比其它網(wǎng)架更廣泛？腿答：螺栓球節(jié)點對空間匯交的圓鋼管桿件適應性強，桿件連接不會產(chǎn)生偏心，沒有現(xiàn)場焊接作業(yè)，運輸、安裝方便。并且螺栓球節(jié)點小，重量輕，節(jié)點用鋼量約占網(wǎng)架用鋼量的10% ,可用于任何形式的網(wǎng)架。 這種節(jié)點的網(wǎng)架安裝極為方便

20、，可拆卸，安裝質(zhì)量易得到保證，可以根據(jù)具體情況采用散裝，分條拼裝和整體拼裝等安裝方法，所以栓球網(wǎng)架在實際工程中的應用比其它網(wǎng)架更廣泛。蕿33、請畫出下列網(wǎng)架的剖面圖，并說明理由。（注：考慮找坡，坡度5%）膃得分蒂肇評分人蒞芅五、計算題(共20分，每小題10 分)薀1. 有一受拉空心球， 直徑D為350mm厚度t為12mm連接于該 球上的鋼管直徑d為140mm若該鋼管的軸拉力為 480kN,若該球不 考慮加肋，試問其承載能力是否滿足要求。蒈提示：受拉空心球的容許承載能力為NJ - 0.55 ttd二f , f = 193.5N / mm2膆2. 有一受壓空心球，直徑D為350mm厚度t為12mm

21、連接于該球上的鋼管直徑 d為140mm 若該鋼管的軸壓力為 800kN，若該球不考慮加肋，試問其承載能力是否滿足要求。肂提示：受壓空心球的容許承載能力為Nc LS(400td 13.3t2d2/D )羂解:袇故該空心球的承載能力不滿足要求。祎3 有一用45號鋼做成的高強螺栓，直徑為30mm有效截面為5.61cm2，抗拉強度設計值為245 N/mm2承受300kN的拉力，試問其承載能力是否滿足要求。肅解:肁故不滿足要求。薁4.有一加肋空心球，直徑為 400mm壁厚為16mm連接于該球上的鋼管直徑為180mm壁厚為12mm若該鋼管的軸壓力為 900kN,試問該空心球承載能力是否滿足要求？若取消肋

22、后，其承載能力是否滿足要求蚇解：受壓空心球節(jié)點的承載力按下式進行計算膅NJ < c(400td -13.3t2d2/D)腿加肋空心球的受壓承載力為:羀 1.4 (400 16 180-13.3 162 1802/400) =1226.70kN Nc=900kN，滿足莇無加肋空心球的受壓承載力為:羂 1.0 (400 16 180-13.3 162 1802/400) = 876.2kN ： Nc = 900kN，不滿足薂5、有一跨度為36X 36m的正交斜放網(wǎng)架結構，支承在600X 600鋼筋混凝土柱上，柱高為26m支承平面弦桿截面的算術平均值為50cm，支座節(jié)點構造使該網(wǎng)架沿邊界法向不

23、能發(fā)生相對位移，當溫度變化值為20oC時，試計算柱頂?shù)乃搅ΑＩB提示：1、混凝土、鋼材的彈性模量分別為3.0 X 104N/mm、2.06 X 1Q5N/mnn；腿2、鋼材的線膨脹系數(shù)、強度設計值分別為1.2 X 10-5(°C)-1、215 N/mm2。羃解：柱子的水平剛度:蝕柱頂水平力可按下式計算:衿對本題來說：L = 36000mm ,=.2袈將各項具體數(shù)據(jù)代入可得柱頂水平力：肅6.有兩個用45號鋼做成的高強螺栓， 直徑為分36mm 24mm有效截面分別為817mrrv 353 mrK抗拉強度設計值均為 365 N/mm,承受的拉力280kN、120kN,試問這兩個高強螺栓的承

24、 載能力是否滿足要求。肂解：高強螺栓的抗拉設計承載力按下式計算:羋 直徑為36mm的高強螺栓的承載能力為:薈Nt=0.93 817 365 = 277.33kN ： 280kN，不滿足要求袂 直徑為24mm的高強螺栓的承載能力為：賺Nt=1.0 353 365 = 128.8kN 120kN，滿足要求螇7.有一空心球上連接一根89 4.0和一根114 4，兩根鋼管的夾角為 60°,間隙為15mm第一根鋼管的拉力為200kN,第二根鋼管的壓力為 280 kN，按構造要求、承載能力要求、經(jīng)濟原則確定焊接球的規(guī)格。肄提示：1、受壓空心容許承載能力驗算公式為Nc < c(400td _

25、13.3t2d2/D)襖 2、受拉空心容許承載能力驗算公式為Nj< 0.5ttdrf艿 3、空心球的直徑與厚度之比為3045,球徑取50的倍數(shù)，厚度取 2的倍數(shù)腿 4 、所有材料均為 Q235B屈服強度為f =193.5N/mm2裊解：1、按構造要求確定空心球的規(guī)格89 +114 + 2 漢 15羅D = d1 2a d'223mm，取 D -250mmn /3蟻2、按經(jīng)濟原則，取空心球的厚度袀t =5.6mm 取 t =6mm45'薅3、空心球的受壓承載力為:螂不滿足要求，將壁厚取為 t =8mm螀滿足要求芀4、空心球的受拉承載力為:芅 0.55 8 89 3.14 193.5 =331.6 103N=331.6kN . 200kN，滿足要求襖&有