大跨度建筑結構選型T114

四、大跨度建筑結構選型4.1.大跨度建筑概況4.2.拱結構4.3.剛架結構4.4.網架結構4.5.折板結構4.6.薄殼結構4.7.懸索結構4.8.其它結構型式按網架結構設計規(guī)范規(guī)定

≤30米，小跨度

30～60米，中跨度

>60米，大跨度4.1.大跨度建筑概況4.1.1大跨度建筑定義

第四章大跨度建筑結構選型----4.1大跨度建筑概況1、

古典大跨結構（2000多年前～文藝復興）

特征：“磚石結構”

1）從梁到三角璇

梁：受彎，磚石不宜

拱：受壓，發(fā)揮材料特性

2）從筒拱到交叉拱

筒拱：墻承重，平面狹長

交叉拱：柱承重，空間貫通

3）從交叉拱到拱肋結構

交叉拱：屋面自重較大

拱肋：結構高直輕巧

4）從穹窿結構到帆拱

穹?。簣A形平面

帆拱：方形平面

4.1.2大跨度建筑的發(fā)展過程2、平面大跨結構（19世紀后半葉～二戰(zhàn)）

特征：“桁架、剛架、拱結構”

1）從梁到桁架

2）從梁到剛架

3）從梁到拱3、

新型大跨結構（二戰(zhàn)～）

特征：“薄殼、懸索、網架”

1）雞蛋殼—薄壁結構

合理的外形，充分發(fā)揮材料受壓性能，以較薄的殼體跨越很大的空間，而具有足夠的強度和剛度。

2）蜘蛛網—懸索結構

纖細的索網，充分發(fā)揮鋼材抗拉性能，輕盈活波，適宜與大跨度

3）蜜蜂巢—網架結構

利用小型桿件，組合成整體結構，剛度大，變形小，自重輕，材料省1、

大跨建筑主要承受豎向荷載

1）高層結構

荷載：水平荷載為控制因素

構件：豎向懸臂構件—柱(線)，墻(面)，筒(體)

變形：水平側移

2）大跨結構

荷載：豎向荷載為控制因素

構件：水平簡支構件

變形：豎向撓曲4.1.3大跨度建筑的結構特征2、

大跨結構是梁結構的改造和演變3、

新型大跨結構的特點

①整體上是空間結構②跨度大，可覆蓋巨大的室內空間③矢高小、曲率平緩，可有效利用空間④厚度薄、自重輕，節(jié)省材料⑤形式多樣，可適合于各種形狀的平面組合1）拱是一種推力結構：在豎向荷載下產生水平推力

2）拱是一種無矩結構：通過合理拱軸可使桿件無彎矩

3）拱可充分利用材料抗壓強度，斷面小、跨度大4.2拱結構4.2.1拱結構的特點

1）按受力

①三鉸拱②兩鉸拱③無鉸拱

2）按外形①雙折線型②圓弧線型③拋物線型4.2.2拱結構的型式

第四章大跨度建筑結構選型----4.2拱結構

1）跨度：公建主體30～40米，可達到95～200米，經濟跨度80～100米

2）矢高：與建筑外形、使用要求、屋面構造、內力計算有關屋蓋結構f=(1/10～1/5)L

公建主體f=(1/5～1/2)L4.2.3拱結構的主要尺寸4.2.4拱結構屋蓋布置1）跨度40～60米時

拱間距6～10米，設上弦橫向支撐及縱向支撐2）跨度70～120米時

拱間距9～15米，采用相距3～6米的成對拱拱結構屋蓋蓋布置1）由拉桿承承受推力2）由框架承承受推力3）基礎承受受推力4）剛性水平平構件承受受推力4.2.5拱結構支座座處理1、內力分布布均勻2、結構輕巧巧，節(jié)省材材料，制作作方便3、空間高度度大4、結構剛度度差4.3.剛架結構4.3.1剛架結構的的特點4.3.2剛架結構的的型式1、按組成①三鉸剛剛架②兩鉸剛剛架③無鉸剛剛架2、按斷面①實腹式式②格構式式第四章大大跨跨度建筑結結構選型----4.3剛架結構1、跨度①實腹式式：50～60米②格構式式兩鉸剛架架：60～120米③格構式式無鉸剛架架：120～150米④折線弓弓形剛架：：40～50米高15～20米2、斷面①實腹式式梁高h=(1/12～1/20)L設預應力拉拉桿h=(1/30～1/40)L②格構柱寬同同橫梁節(jié)間間5～7米③折線弓弓形剛架梁梁高、柱寬寬(1/15～1/25)L4.3.2剛架結構的的主要尺寸寸1、頂點鉸鋼銷栓2、實腹剛架架支座①固定支支座細石砼填實實②鉸支座座瀝青麻絲填填3、格構剛架架支座①板式支支座支反力≤100t②臼式支座支反力>100t③平衡支座支反力≤100t4.3.4剛架結構節(jié)節(jié)點構造1、整體剛度度大，穩(wěn)定定性好，為為空間多向向受力狀態(tài)態(tài)2、桿件受力力合理，能能充分利用用材料特性性3、高跨比小小，能有效效利用空間間4、桿件規(guī)格格少，便于于工廠化、、裝配化5、建筑造型型新穎，可可適合于多多種平面4.4.網架結構4.4.1網架結構的的特點1、按材料：：木、鋼砼、、鋼、組合合式2、按外形：：①平板網網架a.交叉桁架體體系b.角錐體系②曲面網網架a.球面網殼b.柱面網殼c.雙曲面網殼殼4.4.2網架結構的的型式第四章大大跨跨度建筑結結構選型----4.4網架結構1、交叉桁架架體系①兩向正正交正放:適用于正方方形平面②兩向正正交斜放：：適用于矩形形平面③三向交交叉網架：：適用于圓形形、三角形形、多邊形形平面2、角錐體系系①三角錐錐體②四四角角錐錐體體③六六角角錐錐體體3、平平板板網網架架的的主主要要尺尺寸寸4.4.3平板板網網架架網架短向跨度高跨比網格尺寸與短跨比<30m1/10～1/131/8～1/1230～60m1/12～1/151/11～1/14>60m1/14～1/181/13～1/181、桿桿件件①角角鋼鋼②鋼鋼管管2、節(jié)節(jié)點點①十十字字鋼鋼板板節(jié)節(jié)點點：：用用于于角角鋼鋼桿桿件件，，焊焊接接或或螺螺栓栓②球球節(jié)節(jié)點點：：用用于于鋼鋼管管桿桿件件a.實心心球球：：螺螺栓栓連連接接b.空心心球球：：焊焊接接連連接接3、網網架架上上弦弦起起坡坡排水水坡坡度度要要求求2～5%①結構構起起拱拱：：跨跨度度>60m時，，起起拱拱1/300②上弦弦加加柱柱：：按按坡坡度度變變高高4.4.4平板板網網架架桿桿件件與與節(jié)節(jié)點點1、支支承承方方式式①四四邊邊支支承承：：四四邊邊設設圈圈梁梁，，支支于于列列柱柱②柱柱支支承承：：四四點點或或多多點點柱柱支支承承③三三邊邊支支承承：：三三邊邊支支于于列列柱柱自由由邊邊加加托托梁梁、、邊邊桁桁架架、、拱拱2、支支座座構構造造①平平板板鉸鉸支支座座：：用用于于跨跨度度較較小?、谵D轉動動弧弧形形支支座座：：用用于于跨跨度度大大③搖搖擺擺支支座座：：用用于于跨跨度度大大、、溫溫差差大大4.4.5平板板網網架架構構造造1、球球面面網網殼殼2、柱柱面面網網殼殼4.4.6網殼殼簡簡介介曲面面網網殼殼應應用用1、折折板板：：由鋼鋼砼砼或或鋼鋼網網水水泥泥平平板板組組成成2、橫橫隔隔構構件件：：可用用橫橫隔隔板板、、橫橫隔隔梁梁、、橫橫隔隔桁桁架架3、邊邊梁梁：：當跨跨度度較較大大時時設設邊邊梁梁，，以以減減小小折折板板傾傾角角4.5.折板板結結構構4.5.1折板板結結構構的的組組成成第四四章章大大跨跨度度建建筑筑結結構構選選型型----4.5折板板結結構構1、折折板板類類型型①長長折折板板：：L/B>1，f≥≥(1/10～1/15)L②短折折板板：：L/B≤≤1，f≥≥1/8L2、跨跨度度：：普通通砼砼可可達達到到21米，，預預應應力力砼砼可可達達到到27米3、一一般般尺尺寸寸：：B=2～3米，，f=0.5～1.2米，，板板厚厚≥≥B/40L≥≥24米，，B=1～2米，，板板厚厚25～45BLf≥≥L/404.5.2折板板結結構構的的主主要要尺尺寸寸曲面面厚厚度度/曲率率半半徑徑≤≤1/20時稱稱為為薄薄殼殼建筑筑工工程程結結構構中中常常為為1/50～1/1004.6.薄殼殼結結構構4.6.1定義義4.6.2特點點1）受受力力主主要要是是面面內內力力（（薄薄膜膜內內力力））2）可可覆覆蓋蓋大大空空間間而而不不設設柱柱3）自自重重輕輕，，剛剛度度大大，，整整體體性性好好，，利利于于抗抗震震4）節(jié)節(jié)省省材材料料，，經經濟濟效效果果好好5）造造型型美美觀觀，，活活波波新新穎穎第四章大大跨度建建筑結構選型型----4.6薄殼結構1、筒殼（1）組成：殼面、邊梁、、橫隔（2）幾何尺寸①跨度/波長：長殼=1.5～2.5；短殼=1～0.5②失高：f≥(1/10～1/15)跨度③殼板厚：：現(xiàn)澆式≥50裝配式≥30小跨度=50～60，大跨度≥80（3）邊梁形式（4）橫隔形式4.6.3薄殼結構型式式及構造2、球面殼（1）組成：殼面、支承環(huán)環(huán)（2）幾何尺寸①跨度：可達100米，多用60米以下②失高：f≥(1/8～1/4)跨度③殼板厚：：現(xiàn)澆式≥40裝配式≥30（3）支承環(huán)：同筒殼邊梁3、雙曲扁殼（1）組成成：殼面、、邊緣緣構件件（2）幾何何尺寸寸①跨跨度：：經濟跨跨度30～60米②失失高：：f≥(1/5～1/6)短邊長長度③殼殼板厚厚：跨度30～60米時，，板厚厚50～100（3）邊緣緣構件件薄腹梁梁拉桿拱拱桁架架密柱曲曲梁4、雙曲拋拋物面面殼（1）組成成：殼面、、邊緣緣構件件（2）幾何何尺寸寸①跨跨度：：單塊柱柱網可可達30x30米②失失高：：f≥(1/5～1/8)短邊長長度③殼殼板厚厚：跨度30～60米時，，板厚厚50～100（3）邊緣緣構件件：桁架、、密柱柱邊梁梁、剛剛性墻墻5、自由曲曲面殼殼（1）自由由山丘丘型（2）低壓壓薄膜膜型（3）懸掛掛布型型1、體系系構成成①索索網②支支承結結構2、特點點①跨跨度大大，空空間靈靈活②利利用鋼鋼索受受拉、、砼受受壓，，自重重輕，，節(jié)省省材料料③施施工方方便④造造型新新穎，，適用用性廣廣⑤由由于風風力作作用而而容易易失穩(wěn)穩(wěn)3、適用用范圍圍用于跨跨度60～150米方形、、矩形形、圓圓形、、橢圓圓形平平面4.7.懸索結結構4.7.1體系特特征第四章章大大跨跨度建建筑結結構選選型----4.7懸索結結構1、單層層單曲曲面索索2、雙層層單曲曲面索索3、輪輻輻式索索4、鞍形形索網網4.7.2結構型型式1、采用用斜向向牽索索將懸懸索拉拉到基基礎上上4.7.3懸索結結構支支承處處理2、設置置對稱稱的斜斜撐體體系平平衡內內拉力力3、設置置對稱稱的斜斜拱體體系平平衡內內拉力力4、設置置封閉閉環(huán)梁梁活馬馬鞍形形環(huán)梁梁平衡衡內拉拉力5、設置置豎拱拱和扁扁圓環(huán)環(huán)梁平平衡內內拉力力6、設置置橫向向水平平桁架架和縱縱墻體體系平平衡內內拉力力拱—索4.7.4懸索結結構的的混合合體系系梁—索懸臂梁梁—索板—索懸索結結構屋屋頂實實例柏林會會堂代代木木體育育館華盛頓頓杜勒勒斯機機場耶魯大大學冰冰球館館懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂1260004400440014400錨塊斜拉索塔柱索網曲線邊梁主懸索拉桿懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構屋屋頂懸索結結構懸索結結構懸索結結構4.8.其它結結構型型式4.8.1薄膜結結構體體系（1）體系系構成成①覆覆蓋膜膜面②支支撐結結構胞體仿生→建筑結構（2）薄膜膜材料料①聚聚脂織織物加加聚氯氯乙烯烯涂層層：適用于于中小小跨度度的臨臨時性性建筑筑屋蓋蓋。②無無機織織物加加聚四四氟乙乙烯涂涂層：：適用于于大跨跨度永永久性性建筑筑屋蓋蓋。（3）結構構類型型①充充氣薄薄膜結結構②懸懸掛薄薄膜結結構③骨骨架支支撐薄薄膜結結構1、結構體體系概概述2、結構體體系類類型（1）充氣氣薄膜膜結構構①氣氣壓式式薄膜膜：膜構成成管或或囊充氣保保持形形狀承受外外部荷荷載②氣承式式薄膜膜：薄膜構構成氣氣球不斷向向內充充氣抵御外外部荷荷載維持形形態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定③混合式式薄膜膜：a氣壓式式與氣氣承式式混合合b充氣結結構與與其他他結構構結合合

波士頓藝術中心劇場直徑44m圓盤形充氣屋蓋，中心高6m，雙層屋面是用拉鏈連起來的，固定在支承于柱子上的受壓鋼環(huán)上

氣壓薄膜工作原理美國密執(zhí)安州龐提亞克體育館平面尺寸220m×168m，失高15.2m，采用單層玻璃纖維薄膜結構，膜片固定在按對角布置的鋼殼上，共18根，間距約13m是第一個永久性建筑的充氣結構。

氣承薄膜工作原理英國千千禧帳帳篷直徑320米薄膜結結構薄膜結結構薄膜結結構千禧帳帳篷展展廳布布置內內景薄膜結結構（2）懸掛掛薄膜膜結構構通過桅桅桿、、邊緣緣索和和錨索索等對對膜施施加預預應力力，使使其形形成并并保持持反向向雙曲曲面特特征，，具有有一定定剛度度，維維持結結構形形態(tài)的的相對對穩(wěn)定定，適適合于于中小小跨度度的建建筑物物。（3）骨架架支撐撐膜結結構以桁架架、拱拱、空空間網網架等等作為為結構構骨架架，再再在其其上覆覆蓋膜膜材料料，并并使之之張緊緊成型型。2、結構體體系類類型索膜結結構慕尼黑黑奧運運館索膜結結構索膜結結構索膜結結構索膜結結構索膜結結構索膜結結構索膜結結構4.8.2結構的的混合合體系系1、剛架架–懸索混混合丹東體育館比賽大廳屋蓋承重結構簡圖，采用了剛架-索混合空間結構，大廳平面尺寸為45m×80m。橫剖面縱剖面4.8.2結構的的混合合體系系2、拱-網架混混合江西省體育館

平面呈長八邊形，東西長84.3m，南北寬74.6m。主拱矢高51m，跨度88m，正立面呈拋物線形，側立面呈人字形。大拱懸吊空間桁架，作為網架的支座，大跨度網架分成兩榀較小跨度網架。耶魯大學冰球館

耶魯大學冰球館

主拱跨度69.5m，矢高53.4m，承重索一端掛在索上，另端固定在周邊墻上。穩(wěn)定索錨固在桁架上。4.8.2結構的的混合合體系系3、拱-索混合合4.8.2結構的的混合合體系系4、懸索索-拱交叉叉索網網混合合

北京朝陽體育館索網懸掛在中央“索-拱結構”和外側的邊緣構件之間，中央索拱結構由兩條懸索和兩個格構式的鋼拱組成。大跨度度建筑筑屋頂頂大跨度度建筑筑屋頂頂實例例肯尼迪迪機場場利雅得得機場場羅馬小小體育育宮其他實實例薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結結構薄殼結構構薄殼結構構屋頂屋頂屋頂屋頂屋頂大跨度建建筑屋