大跨結構緒論

大跨空間結構

緒論內(nèi)容1、大跨建筑結構的發(fā)展及應用（對簡答題里面的發(fā)散題有用）2、大跨建筑結構的基本類型及其特點（簡答）

內(nèi)容1、大跨建筑結構的發(fā)展及應用2、大跨建筑結構的基本類型及其特點

（1）古代空間結構4/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展天然空間結構：

蛋殼蜂窩鳥類的頭顱山洞印第安人棚屋仿生原理（1）古代空間結構5/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展圣彼得大教堂（磚石穹頂自重達到6400kg/m2）古羅馬人利用石料或磚建造了大量圓形或圓柱形穹頂，用作宗教活動場所。穹頂跨度為30~40m，穹頂?shù)暮穸扰c跨度之比為1/10左右。

（1）古代空間結構6/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展羅馬萬神廟(跨度44m）穹頂中央開了一個直徑8.9m的圓洞薄殼結構的出現(xiàn)和興起7/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展北京站(雙曲拋物面）現(xiàn)代空間結構：20世紀初期的鋼筋混凝土薄殼——鋼鐵與混凝土的誕生。殼體的優(yōu)勢:1)充分利用材料強度;2)承重與圍護融合為一;3)容易制作，穩(wěn)定性好，易適應建筑功能和造型需要。薄殼結構的出現(xiàn)和興起8/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展高雄圣保羅教堂（反曲薄殼屋頂）薄殼結構的出現(xiàn)和興起9/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展意大利都靈展覽館北京天文館1950年，波形裝配式薄殼屋頂連續(xù)拱形薄殼結構

1957年，屋頂球殼直徑25m，厚度6cm薄殼結構的出現(xiàn)和興起10/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展羅馬小體育館1957年，屋頂直徑達59.13m，鋼筋混凝土肋形球殼（2）薄殼結構的出現(xiàn)和興起11/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展優(yōu)點：減輕自重，節(jié)約鋼材、水泥，造型新穎流暢；缺點：模板制作復雜，不能重復利用，耗費木材，大跨度結構在高空進行澆筑和吊裝也耗工費時；美國根賽特等人：薄殼結構造價的60%耗費在施工成本上。平面模板代替曲面模板，折線代替曲線，由薄平板以一定角度相互整體聯(lián)結而成的折板結構。折板結構12/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展福州長樂國際機場候機樓折板結構由若干狹長的薄板以一定角度相交連成折線形的空間薄壁體系?？缍炔灰顺^30m，適于長條形平面的屋蓋，兩端應有通長的墻或圈梁作為折板的支點。V形、梯形、H形、Z形等。我國：預應力混凝土V形折板，制作簡單、安裝方便與節(jié)省材料等優(yōu)點，最大跨度可達24m。（2）空間網(wǎng)格結構13/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展空間網(wǎng)格結構：按一定規(guī)律布置的桿件、構件通過節(jié)點連接而構成的空間結構，包括網(wǎng)架、曲面型網(wǎng)殼以及立體桁架等。網(wǎng)殼：把穹頂殼面劃分為經(jīng)向的肋和緯向的水平環(huán)線，并用桿件連接在一起，而且在每個梯形網(wǎng)格內(nèi)再用斜桿分成兩個或四個三角形。穹頂表面的內(nèi)力分布會更加均勻，結構自身重量降低，可跨越更大的空間。公認的“穹頂結構之父”——德國工程師施威德勒對穹頂網(wǎng)殼的誕生與發(fā)展起了關鍵性的作用。第一個平板網(wǎng)架是1940年在德國建造的，而此時傳統(tǒng)的肋環(huán)型穹頂已有100多年的歷史。網(wǎng)殼結構14/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展首都機場四機位機庫天津體育中心體育館

天津體育中心體育館為肋環(huán)斜桿型雙層球面網(wǎng)殼，直徑為108m，四周懸挑13.5m，整個球殼的直徑為135m，矢高為35m，網(wǎng)殼厚度為3m，采用圓鋼管構件和焊接空心球節(jié)點，結構耗鋼量為42kg/m2。網(wǎng)架結構15/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展以多根桿件按照一定規(guī)律組合而成的網(wǎng)格狀高次超靜定結構，桿可以由多種材料制成，如鋼、木、鋁、塑料等，尤以鋼制管材和型材為主。1964年，國內(nèi)第一個平板網(wǎng)架——上海師范學院球類房正放四角錐網(wǎng)架，跨度為31.5m×40.5m。20世紀60年代出現(xiàn)，80年代初

發(fā)展，90年代普及。

網(wǎng)架結構16/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展1967年，99m×112m，厚6m，用鋼65kg/m2

上海萬人體育館圓形平面的三向網(wǎng)架首都體育館正交斜放網(wǎng)架1973年，凈跨110m，厚6m，用鋼47kg/m2

網(wǎng)架結構17/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展

長春五環(huán)萬人體育館（1997年）我國第一個方鋼管網(wǎng)殼平面呈桃核形，由肋環(huán)型球面網(wǎng)殼切去中央條形部分再拼合而成；尺寸達146m×191.7m，網(wǎng)殼厚度2.8m；其桁架式網(wǎng)片的上、下弦和腹桿一律采用方鋼管，焊接連接。（3）懸索結構18/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展公元1696~1705年跨越大渡河的鐵索橋單孔凈跨100m，寬2.8m四川瀘定橋（3）懸索結構19/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展

美國雷里（Raleigh）體育館（1953年）世界上最早的現(xiàn)代懸索屋蓋采用以兩個斜置的拋物線拱為邊緣構件的鞍形正交索網(wǎng)（3）懸索結構20/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展日本代代木體育館（柔性懸索結構）1964年東京奧運會主會場丹下健三（1913年9月4日-2005年3月22日），日本著名建筑師，普利茲克建筑獎獲得者。丹下健三出生于日本大阪府，畢業(yè)于東京大學建筑系。（3）懸索結構21/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展加拿大卡爾加里體育館（1983年）雙曲拋物面索網(wǎng)屋蓋圓形平面直徑135m1988年卡爾加里冬季奧運會世界上最大的索網(wǎng)結構（3）懸索結構22/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展北京工人體育館（1961年）圓形平面，直徑94m車輻式雙層懸索體系由截面為2m×2m的鋼筋混凝土圈梁、中央鋼環(huán)，以及輻射布置的兩端分別錨定于圈梁和中央鋼環(huán)的上索和下索組成。中央鋼環(huán)直徑16m，高11m，由鋼板和型鋼焊成，承受由于索力作用而產(chǎn)生的環(huán)向拉力，并在上、下索之間起撐桿的作用。（3）懸索結構23/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展浙江人民體育館（1967年）屋蓋為橢圓平面，長徑80m，短徑60m雙曲拋物面正交索網(wǎng)結構（3）懸索結構24/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展成都城北體育館剖面圖（1980年，直徑61m）吉林滑冰館、安徽省體育館、丹東體育館、亞運會朝陽體育館等建筑所有索在中央環(huán)處不切斷，而是沿環(huán)的切線穿越過去，鋪在圈梁的對側位置上。不僅節(jié)省了一半懸索錨具，而且其中央環(huán)不再承受環(huán)向拉力，而僅起上、下索之間撐桿的作用，從而節(jié)省了相當數(shù)量的鋼材。（3）懸索結構25/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展耶魯大學冰球館（拱-懸索混合結構）四川省體育館（拱-懸索混合結構）（3）懸索結構26/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展朝陽體育館（懸索-拱-交叉索網(wǎng)混合結構）（4）膜結構27/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展充氣雷達罩（1956年）現(xiàn)代意義上的膜結構起源于20世紀初。1917年英國人羅徹斯特提出了用鼓風機吹脹膜布用作野戰(zhàn)醫(yī)院的設想，并申請了專利沃爾特·伯德為美國軍方設計制作的一個直徑為15m的球形充氣雷達罩。（4）膜結構28/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展大阪萬國博覽會上的美國館（1971年）氣承式膜結構（聚氯乙烯（PVC）為涂層的玻璃纖維織物準橢圓平面的尺寸：140m×83.5m第一個現(xiàn)代意義的大跨度膜結構（4）膜結構29/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展1984年，美國建造了一批尺度為138m~235m的充氣膜體育館。美國自1985年以后把更多的注意力轉到張拉式的膜結構或索-膜結構。問題：由于意外漏氣或氣壓控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而使屋面下癟，或由于暴風雪天氣在屋面形成局部雪兜而熱空氣融雪系統(tǒng)又效能不足導致屋面坍塌甚至事故。（4）膜結構30/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展沙特阿拉伯利雅得體育場（1985年）外徑為288m，看臺挑篷由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結構單元組成。每個單元懸掛于中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨立的錨固裝置上，內(nèi)緣則蹦緊在直徑為133m的中央環(huán)索上。（4）膜結構31/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展美國丹佛國際機場候機大廳（1993年）完全封閉的張拉式膜結構平面尺寸305×67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。（4）膜結構32/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展中國香港大球場骨架支承式膜結構縱向用240m跨度、頂部標高55m的拱形骨架支撐屋頂?shù)那把亍蓚€屋頂各外包5塊涂敷聚四氟乙烯的玻璃纖維膜材，每塊1600m2的膜材，跨3組桁架。（4）膜結構33/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展上海八萬人體育場（鋼骨架支承膜結構）ETFE膜透光性好，可保證90%的自然光進入場館，因此國家游泳中心建成后平均每天有近10個小時采用自然光照明，可大大節(jié)省能源，而且保溫。國家游泳中心乙烯-四氟乙烯共聚物（ETFE）（5）其他類型34/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展組合網(wǎng)格結構：由鋼材和鋼筋混凝土組成的空間結構空腹網(wǎng)格結構：斜拉網(wǎng)格結構：預應力大跨度空間結構體系管桁架結構張弦梁結構：撐桿連接抗彎受壓構件和抗拉構件弦支穹頂結構索穹頂結構：張拉整體思想而產(chǎn)生的一種新的結構體系開合空間結構：部分屋蓋結構開合移動的結構形式折疊結構玻璃結構特種空間結構混合結構體系（1）體育場館35/37

1.2大跨建筑結構的應用國家體育場（330×220×69.2m）（1）體育場館36/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展支撐在24根桁架柱之上，柱距為37.958m。屋蓋中間開洞長度為185.3m，寬度為127.5m。采用由鋼板焊接而成的箱形構件，交叉布置的主結構與屋面及，立面的次結構一起形成了“鳥巢”的特殊建筑造型。主場看臺部分采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，與大跨度鋼結構完全脫開。（1）體育場館37/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展北京老山自行車館平面直徑為149.536m，矢高14.69m，矢跨比約1/10，表面積為18240m2。支承于高度為10.35m的傾斜人字型鋼柱上，柱頂支承跨度為133.06m，柱腳周邊直徑為126.40m，鋼結構總高度為28.36m，柱腳標高為7.15m。網(wǎng)殼厚度2.8m，為跨度的1/47.5。屋頂中部為采光玻璃，周邊為金屬鋁板。（1）體育場館38/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展序號結構類型總用鋼量(t)單位用鋼量(kg/m2)比較1單層球面網(wǎng)殼25001501.002單雙層球面網(wǎng)殼21601200.803弦支穹頂18001000.674雙層球面網(wǎng)殼20401100.73（1）體育場館39/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展南通體育中心開閉頂系統(tǒng)結構：上部活動屋蓋、支撐拱架、固定屋架機械驅(qū)動系統(tǒng)等，總重量10000t。拱架最大跨度280m，相當于四個足球場的寬度，開閉頂最高點達50m，相當于14層樓的高度，其中整個活動屋蓋移動距離為120m，自重2200t。（1）體育場館40/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展杭州奧體中心主體育場建筑面積約210000m2，罩棚為花瓣造型的懸挑空間管桁架+弦支單層網(wǎng)殼鋼結構體系。（1）體育場館41/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展新奧爾良的超級穹頂體育館直徑213m，聯(lián)方型雙層球面網(wǎng)殼亞特蘭大奧運會主體育館240×193m，索穹頂（2）會展中心42/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展大連國際會議中心

最大跨度102.5m，主體結構為多支撐筒體大懸挑大跨度復雜空間結構體系，屋蓋結構為“十字節(jié)點”正放四角錐空間網(wǎng)格結構。（2）會展中心43/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展成都新世紀會展中心

屋蓋為下弦管內(nèi)預應力桁架結構，由上層立體桁架和下層索通過撐桿組合而成，是一種自平衡結構體系。（2）會展中心44/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展廣州國際會議展覽中心跨度126.6m，張弦立體桁架結構（2）會展中心45/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展英國伊甸穹頂（膜結構）（3）交通樞紐46/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展聯(lián)方網(wǎng)格型單層柱面網(wǎng)殼，跨度為114m，矢高35.9m，長度365.5m，含懸挑長度為398m。采用非等厚殼面—下厚上薄，雙向變截面箱梁，柱腳處梁高為3000mm，翼緣寬800mm；拱頂處梁高為1000mm，翼緣寬2000mm，邊拱的截面厚度為25mm，其余拱截面厚度為16mm。天津西站（單層聯(lián)方網(wǎng)格式網(wǎng)殼）（3）交通樞紐47/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展北戴河火車站（立體桁架拱結構）該雨棚由13榀鋼管桁架組成，縱向全長約270m，單榀的跨度為67.6m，鋼管桁架間距22m，桁架間設置縱向桁架3道。（3）交通樞紐48/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展上海南站（直徑275m的預應力鋼屋蓋）（3）交通樞紐49/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展武漢火車站

建筑面積為352000m2，中央站房為拱支網(wǎng)殼結構，雨棚為單元式樹狀支承網(wǎng)殼結構（3）交通樞紐50/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展新杭州東站

主站房284.7×514.8m，屋蓋系統(tǒng)為復雜的變截面橢圓椎管柱和空間桁架結構。（3）交通樞紐51/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展英國曼徹斯特火車站屋蓋為桁架、張弦梁結構，屋頂為透明ETFE雙層膜充氣枕結構（3）交通樞紐52/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展日本京都火車站網(wǎng)殼結構、空間桁架

德國柏林新火車站張弦兩鉸拱結構（3）交通樞紐53/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展首都機場三期航站樓955×773m，最大懸挑36m，空間網(wǎng)架和桁架組合結構（3）交通樞紐54/37

1.1大跨建筑結構的發(fā)展

浦東國際機場T1航站樓張弦梁結構天津濱海國際機場航站樓內(nèi)容1、大跨建筑結構的發(fā)展及應用2、大跨建筑結構的基本類型及其特點

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2.1剛性結構體系結構構件具有很好的剛度：薄殼結構、折板結構、網(wǎng)架結構及網(wǎng)殼結構等。薄殼結構主要受壓，多為鋼筋混凝土結構。法國巴黎的國家工業(yè)與技術展覽中心采用鋼筋混凝土薄壁拱殼，已達到206m的跨度。折板結構：連續(xù)折平面的薄壁空間結構，其構造簡單、施工方便，目前跨度一般用到18~24m。網(wǎng)架結構大多由鋼桿件組成，具有多向受力的性能，空間剛度大，整體性強，并有良好的抗震性能，制作安裝方便，是我國空間結構中發(fā)展最快、應用最廣的結構形式。網(wǎng)殼結構是曲面形的網(wǎng)格結構，兼有桿系結構和薄殼結構的固有特性，主要優(yōu)點是覆蓋跨度大、整體剛度好、結構受力合理。57/37

2.1剛性結構體系（舉例子+特點）名古屋穹頂單層網(wǎng)殼世界上跨度最大的單層網(wǎng)殼。該體育館整個圓形建筑的直徑為229.6m，支承在看臺框架柱頂?shù)奈萆w直徑則有187.2m。采用鋼管構成的三向網(wǎng)格，每個節(jié)點上都有6根桿件相交，采用直徑為1.45m的加肋圓環(huán)，鋼管桿件與圓環(huán)焊接，成為能承受軸向力和彎矩的剛性節(jié)點。58/37

2.1剛性結構體系黑龍江省速滑館(1996年冬季亞運會）平面尺寸為190m×85m，結構用鋼量為50kg/m2。59/37

2.2柔性結構體系（舉例子+特點）大多數(shù)結構構件為柔性構件，如鋼索、薄膜等。結構的形體由體系內(nèi)部的預應力決定：懸索結構、膜結構和張拉整體結構等。懸索結構以一系列受拉的索作為主要承重構件，這些索按一定規(guī)律組成各種不同形式的體系，并懸掛在相應的支承結構上。（a）單層索系（帶支承結構）（b）單層索系（帶錨索）60/37

2.2柔性結構體系（c）單層索系（帶水平桁架）（d）傘形懸索結構（e）下凹的旋轉曲面單層懸索體系的幾種形式61/37

2.2柔性結構體系（a）雙層索系一（斜腹桿）（b）雙層索系二（斜腹扦）（e）雙層索系五（豎腹桿）（f）雙層索系六（豎腹桿）雙層索系的幾種形式（c）雙層索系三（豎腹桿）（d）雙層索系四（豎腹桿）62/37

2.2柔性結構體系（a）鞍形索網(wǎng)一（b）鞍形索網(wǎng)二（c）鞍形索網(wǎng)三（d）鞍形索網(wǎng)四索網(wǎng)結構的形式索網(wǎng)結構通常由兩組相互正交、曲率相反的鋼索直接交疊組成，形成負高斯曲率的曲面，常稱為鞍形索網(wǎng)。天津大學健身房（24m×36m）和浙江人民體育館（60m×80m）的屋蓋就采用了橢圓形平面的雙曲拋物面索網(wǎng)結構。63/37

2.2柔性結構體系英國倫敦千年穹頂建于英國倫敦泰晤士河畔格林威治半島上的千年穹頂是目前世界上跨度最大的懸掛式膜結構。膜結構通常分為充氣膜結構和張拉膜結構兩種形式。張拉膜結構包括懸掛式膜結構和骨架式膜結構。64/37

2.2柔性結構體系（a）軸線網(wǎng)格（b）屋頂平面圖（c）結構剖面圖佐治亞穹頂軸線網(wǎng)格圖、平面圖及剖面圖（240m×192m的橢圓）張拉整體結構是由一組互相獨立的受壓桿與一套連續(xù)的受拉索構成的自應力、自平衡的空間鉸接網(wǎng)格結構體系，它的幾何形狀和剛度與體系內(nèi)部的預應力大小直接有關。65/37

2.3雜交結構體系（什么樣的屬于雜交體系、eg.單層網(wǎng)殼+鋼索）北京石景山體育館三叉拱支雙曲拋物面網(wǎng)殼，平面為正三角形，邊長99.7m以拱等剛性構件（體系）作為網(wǎng)架或網(wǎng)殼的支承結構的雜交體系。利用拱結構具有整體剛度大、穩(wěn)定性好的特點，改善了網(wǎng)殼結構的整體性能，兼有單層和雙層網(wǎng)殼結構的優(yōu)點。網(wǎng)殼結構的整體穩(wěn)定性問題轉化為局部區(qū)段的穩(wěn)定性問題，增強了結構的整體性能，使得兩種結構形式能夠充分發(fā)揮各自的潛力，達到增大結構跨度同時又獲得較高經(jīng)濟效益的目的。66/37

2.3雜交結構體系

山西太舊高速公路舊關收費站塔式斜拉左右兩塊正放四角錐圓柱面網(wǎng)殼

斜拉網(wǎng)架與網(wǎng)殼結構通常由塔柱、拉索、網(wǎng)架與網(wǎng)殼結構組合而成，是大中跨度建筑中一種形式新穎、協(xié)同工作的雜交空間結構體系，它具有增加結構支點、減小結構撓度，降低桿件內(nèi)力、發(fā)揮高強拉索優(yōu)勢等特點。浙江黃龍體育中心斜拉網(wǎng)殼67/37

2.3雜交結構體系弦支穹頂?shù)男问?8/37

2.4折疊結構折疊結構（a）收起狀態(tài)（b）半展開狀（c）完全展開狀態(tài)逐步