第一章建筑結(jié)構(gòu)體系與選型

1第一章建筑結(jié)構(gòu)體系與選型第一節(jié)概述人類(lèi)社會(huì)在初期就出現(xiàn)了建筑物。人類(lèi)的祖先為了生存不得不和自然界展開(kāi)斗爭(zhēng)，房屋建筑就是人類(lèi)向自然界作斗爭(zhēng)的產(chǎn)物。建筑結(jié)構(gòu)(Buildingstructure)是房屋建筑的空間受力骨架體系，是建筑物得以存在的基礎(chǔ)（圖1．1）。．圖11建筑結(jié)構(gòu)的功能●首先是骨架所形成的空間能良好地為人類(lèi)生活與生產(chǎn)服務(wù)，并滿足人類(lèi)對(duì)美觀的需求，為此須選擇合理的結(jié)構(gòu)型式?！衿浯问菓?yīng)合理選擇結(jié)構(gòu)的材料和受力體系，充分發(fā)揮所用材料的作用，使結(jié)構(gòu)具有抵御自然界各種作用的能力，如結(jié)構(gòu)自重、使用荷載、風(fēng)荷載和地震作用等（圖此外，建筑結(jié)構(gòu)必須適應(yīng)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境，并與施工方法有機(jī)結(jié)合，因?yàn)槿魏谓ㄖこ潭际艿疆?dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卣?、?jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化、科技、法規(guī)等因素的制約，任何建筑結(jié)構(gòu)都是靠1．2）。2合理的施工技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，優(yōu)秀的建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（１）在應(yīng)用上，要滿足空間和功能的需求；（２）在安全上，要符合承載和耐久的需要；（３）在技術(shù)上，要體現(xiàn)科技和工程的新發(fā)展；（４）在造型上，要與建筑藝術(shù)融為一體；（５）在建造上，要合理用材并與施工實(shí)際相結(jié)合。本章的目的是使讀者了解各種房屋建筑結(jié)構(gòu)體系的基本類(lèi)型及其組成，了解和掌握建筑方案設(shè)計(jì)中空間形式對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響，更深入地理解和體會(huì)一些重要的結(jié)構(gòu)概念，學(xué)會(huì)用近似方法快速估算和比較各種設(shè)計(jì)方案，使得在房屋設(shè)計(jì)的最初階段就能保證建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基．圖12本協(xié)調(diào)。一、結(jié)構(gòu)體系的分類(lèi)建筑結(jié)構(gòu)是由許多結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成的一個(gè)系統(tǒng)，其中主要的受力系統(tǒng)稱為結(jié)構(gòu)總體系。結(jié)構(gòu)總體系雖然千變?nèi)f化，但總是由水平結(jié)構(gòu)體系、豎向結(jié)構(gòu)體系以及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系三部分組成（教材圖1．3）。水平結(jié)構(gòu)體系一般由板、梁、桁（網(wǎng)）架組成，如板一梁結(jié)構(gòu)體系和桁（網(wǎng)）架體系。水平結(jié)構(gòu)體系也稱樓（屋）蓋體系。其作用為：①在豎直方向，它通過(guò)構(gòu)件的彎曲變形承受樓面或屋面的豎向●荷載，并把它傳遞給豎向承重體系；②在水平方向，它起隔板作用，并保持豎向結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定?！褙Q向結(jié)構(gòu)體系一般由柱、墻、筒體組成，如框架體系、墻體系和井筒體系等。其作用為：①在豎直方向，承受水平結(jié)構(gòu)體系傳來(lái)的全部荷載，并把它們傳給基礎(chǔ)體系；②在水平方向，抵抗水平作用力，如風(fēng)荷載、地震作用等，也把它們傳給基礎(chǔ)體系?！窕A(chǔ)結(jié)構(gòu)體系一般由獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、交叉基礎(chǔ)、片筏基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)（一般3為淺埋）以及樁、沉井（一般為深埋）組成。其作用為：①把上述兩類(lèi)結(jié)構(gòu)體系傳來(lái)的重力荷載全部傳給地基；②承受地面以③限制整個(gè)結(jié)構(gòu)的沉上的上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的水平作用力，并把它們傳給地基；降，避免不允許的不均勻沉降和結(jié)構(gòu)的滑移。結(jié)構(gòu)水平體系和豎向體系之間的基本矛盾是，豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的距離愈大，水平結(jié)構(gòu)構(gòu)件所需要的材料用量愈多。好的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)應(yīng)該尋求到一個(gè)最開(kāi)闊、最靈活的可利用空間，滿足人們使用的功能和美觀的需求，而為此所付出的材料和施工消耗最少，而且能適合本地的區(qū)自然條件（氣候、地質(zhì)、水文、地形等）?！窠ㄖY(jié)構(gòu)的類(lèi)型劃分有：1．以組成建筑結(jié)構(gòu)的主要建筑材料劃分：有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、砌體（包括磚、砌塊、石等）結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)、塑料結(jié)構(gòu)、薄膜充氣結(jié)構(gòu)等。2．以組成建筑結(jié)構(gòu)的主體結(jié)構(gòu)型式劃分：有墻體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、深梁結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)、括折板）結(jié)構(gòu)、鋼索結(jié)構(gòu)、艙體結(jié)構(gòu)等，如教材圖l．4所示。3．以組成建筑結(jié)構(gòu)的體型劃分:有單層結(jié)構(gòu)（多用于單層工業(yè)廠房、食堂等）、多層結(jié)構(gòu)（一般拱結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、空間薄壁（包2～9層）、高層結(jié)構(gòu)（一般10層以上）、大跨結(jié)構(gòu)（跨度大約在40～50m）。二、影響建筑結(jié)構(gòu)選型的因素結(jié)構(gòu)選型是一個(gè)綜合性的科學(xué)問(wèn)題，不僅要考慮建筑上的使用功能，也要考慮結(jié)構(gòu)上的安全合理，施工上的可能條件，還應(yīng)注意結(jié)構(gòu)效益和藝術(shù)上的造型美觀。選擇一個(gè)最佳的結(jié)構(gòu)形式，往往需要進(jìn)行多方面的調(diào)查研究，結(jié)合具體建設(shè)條件作出多種方案進(jìn)行綜合分析，才能作出最終的選定。結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)考慮如下因素。（一）結(jié)合建筑物的使用功能要求做好結(jié)構(gòu)選型任何建筑物都具有對(duì)客觀空間環(huán)境的要求，根據(jù)這些要求可以大體確定建筑物的尺度、規(guī)模與相互關(guān)系。①首先，結(jié)構(gòu)選型時(shí)應(yīng)注意盡可能降低結(jié)構(gòu)構(gòu)件的高度，選擇與建筑物使用空間相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式。例如：鋼桁架構(gòu)造高度約為跨度的1/8～1/12，平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的構(gòu)造高度僅為跨度的1/20～1/25，選擇適當(dāng)，可使室內(nèi)空間得到較充分的利用。②其次，建筑物的使用要求應(yīng)與結(jié)構(gòu)的合理幾何體型相結(jié)合。例如：某散裝鹽庫(kù)在結(jié)構(gòu)選型中比較了兩種方案，4方案Ⅰ為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)（圖1．5a），方案Ⅱ?yàn)楣敖Y(jié)構(gòu)（圖1．5b）。方案Ⅰ的主要缺點(diǎn)是3/5的建筑空間不能充分利用，而方案Ⅱ采用落地拱，由于選擇了合適的矢高和外形，使建筑空間得到了比較充分的利用。③此外，結(jié)構(gòu)選型時(shí)還應(yīng)注意結(jié)構(gòu)的幾何體型對(duì)聲學(xué)效果的影響、對(duì)采光照明的影響以及對(duì)屋面排水的影響。（a）排架結(jié)構(gòu)（b）拱結(jié)構(gòu)圖1．5兩種結(jié)構(gòu)方案比較（二）建筑結(jié)構(gòu)型式對(duì)建筑風(fēng)格和建筑藝術(shù)的影響建筑結(jié)構(gòu)型式對(duì)建筑風(fēng)格和建筑藝術(shù)的影響極為明顯。教材圖1．6為三幢使用功能相同的食堂建筑，它們都具有較大跨度的室內(nèi)空間，但由于結(jié)構(gòu)型式的不同，便產(chǎn)生了完全不同的建筑風(fēng)格和形成了完全不同的立面效果。（三）建筑結(jié)構(gòu)材料及其它因素對(duì)結(jié)構(gòu)選型的影響比較梁式結(jié)構(gòu)和軸心受力結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)：梁的截面應(yīng)力分極布不均勻，除邊緣纖維達(dá)到最大許用應(yīng)力外，大部分材料的應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于許用應(yīng)力，即材料強(qiáng)度并未充分利用，而軸心受力狀態(tài)因截面應(yīng)力分布均勻更能充分利用材料強(qiáng)度。為節(jié)約材料可把梁截面中和軸附近的材料減少到最低程度，從而形成了工字形截面構(gòu)件，它比矩形截面構(gòu)件獲得了更大的抗彎慣性矩。設(shè)想再進(jìn)一步把梁腹部的材料挖去，就由梁式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為了平面桁架結(jié)構(gòu)。由于桁架的各桿件均為軸向受力，可以認(rèn)為桁架結(jié)構(gòu)比梁式結(jié)構(gòu)更能充分利用材料強(qiáng)度。若將桁架的外形與簡(jiǎn)支梁的彎矩圖圖形相吻合，則桁架內(nèi)各弦桿內(nèi)力將保持一致而腹桿內(nèi)力接近零，這樣就最大限度地節(jié)約了材料。圖1．7為結(jié)構(gòu)形式由簡(jiǎn)支梁到桁架的變化過(guò)程。（a）（b）（c）（d）圖1．7由簡(jiǎn)支梁發(fā)展成為桁架影響建筑結(jié)構(gòu)形式的因素還包括建筑施工的生產(chǎn)技術(shù)水平以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等。衡量結(jié)構(gòu)方案經(jīng)濟(jì)性的手段是進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)分析。所謂綜合經(jīng)濟(jì)分析就是要從以下幾個(gè)方面綜合考慮問(wèn)題：（１）不但要考慮某個(gè)結(jié)構(gòu)方案付諸實(shí)施時(shí)的一次投資費(fèi)用，還要考慮其全壽命期費(fèi)用。（２）除了以貨幣指標(biāo)核算結(jié)構(gòu)的建造成本外，還要從節(jié)省材料消耗和節(jié)約勞動(dòng)力等各項(xiàng)指標(biāo)來(lái)衡量。此外從人類(lèi)長(zhǎng)遠(yuǎn)利益考慮，還要特別考慮資源的節(jié)約。5（３）在結(jié)構(gòu)方案比較時(shí)還應(yīng)綜合考慮一次性初始投資和建設(shè)速度的關(guān)系，以便較快地回收投資資金，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。第二節(jié)混合結(jié)構(gòu)體系混合結(jié)構(gòu)體系又稱磚混結(jié)構(gòu)，是指房屋的墻、柱和基礎(chǔ)等豎向承重構(gòu)件采用砌體結(jié)構(gòu)，而屋蓋、樓蓋等水平承重構(gòu)件則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（或鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)）所組成的房屋承重結(jié)構(gòu)體系。墻體是混合結(jié)構(gòu)房屋中的主要豎向承重結(jié)構(gòu)，也是圍護(hù)結(jié)構(gòu)。混合結(jié)構(gòu)廣泛用于層數(shù)不多的多層建筑。一、混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用范圍混合結(jié)構(gòu)是我國(guó)有史以來(lái)使用時(shí)間最長(zhǎng)、應(yīng)用最普遍的結(jié)構(gòu)體系。在多層建筑結(jié)構(gòu)體系中，多層磚房約占85%，它廣泛應(yīng)用于住宅、學(xué)校、辦公樓、醫(yī)院等建筑。（１）混合結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)缺點(diǎn)：●主要優(yōu)點(diǎn)①主要承重結(jié)構(gòu)（墻體）是用磚砌，取材方便；②造價(jià)低廉、施工簡(jiǎn)單，有很好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；③保溫隔熱效果較好。●主要缺點(diǎn)①由于磚砌體強(qiáng)度較低，故利用磚墻承重時(shí)，房屋層數(shù)受到限制；②由于抗震性能較差，它在地震區(qū)使用限制更加嚴(yán)格。③混合結(jié)構(gòu)墻體主要靠手工砌筑，工程進(jìn)度慢。④磚材料取土可能破壞農(nóng)田耕地，且消耗大量能源。因此，磚混結(jié)構(gòu)在未來(lái)發(fā)展中將會(huì)逐步受到限制。（２）應(yīng)用范圍：①非抗震區(qū)：10～12層以下；②抗震區(qū)：6～7層以下。二、混合結(jié)構(gòu)房屋的墻體布置應(yīng)根據(jù)建筑功能要求選擇合理的承重體系。按墻體承重體系，其布置大體可分為以下幾種方案：1．橫墻承重方案由橫墻直接承受屋蓋、樓蓋傳來(lái)的豎向荷載的結(jié)構(gòu)布置方案稱橫墻承重方案，外縱墻主要起圍護(hù)作用（見(jiàn)圖1．8）?！駲M墻承重方案特點(diǎn)：圖1．8橫墻承重方案（１）橫墻是主要承重墻，6縱墻主要起圍護(hù)、隔斷和將橫墻連成整體的作用。（２）與縱墻承重方案相比，橫墻承重方案房屋的橫向剛度大、整體性好，對(duì)抵抗風(fēng)荷載、地震作用和調(diào)整地基不均勻沉降均更為有利?！駲M墻承重體系適用于房間開(kāi)間尺寸較規(guī)則的住宅、宿舍、旅館等。2．縱墻承重方案由縱墻直接承受屋蓋和樓蓋豎向荷載的結(jié)構(gòu)布置方案稱縱墻承重方案（見(jiàn)圖1．9）。●縱墻承重方案樓面荷載（豎向）傳遞路線為：板→梁（或屋面梁）→縱墻→基礎(chǔ)→地基?！窨v墻承重方案（１）、縱墻特點(diǎn)：是主要承重墻，橫墻主要是為了滿足房屋使用功能以及空間剛度和整體性要求而布置的，橫墻的間距可以較大，以使室內(nèi)形成較大空間，有利于使用上的靈活布置。（２）、相對(duì)于橫墻承重體系來(lái)說(shuō)，縱向承重體系屋中蓋、樓蓋的用料較多，墻體用料較少，因橫墻數(shù)量少，房屋的橫向剛度較差。圖1．9縱墻承重方案●縱墻承重體系適用于使用上要求有較大開(kāi)間的房屋。3．縱橫墻承重方案根據(jù)房間的開(kāi)間和進(jìn)深要求，有時(shí)需要縱橫墻同時(shí)承重，即為縱橫墻承重方案。這種方案的橫墻布置隨房間的開(kāi)間定，橫墻間小，所以房屋的橫向剛度比縱墻承重方案有所提高（見(jiàn)圖1．10）?！衿錁敲婧奢d（豎向）傳遞路線為：需要而距比縱墻承重方案的圖1．10縱橫墻承重方案●縱橫墻承重方案特點(diǎn)：房屋的平面布置比橫墻承重時(shí)靈活；房屋的整體性和空間剛度比縱墻承重時(shí)更好。4．內(nèi)框架承重方案內(nèi)框架承重體系是在房屋組成（圖1．11）。結(jié)構(gòu)布置是樓板鋪設(shè)在梁上，內(nèi)部設(shè)置鋼筋混凝土柱，與樓面梁及承重墻（一般為房屋的外墻）梁端支承在外墻，梁間中支承在柱上。7●當(dāng)承重梁沿房屋的橫向布置時(shí)，其豎向荷載的傳遞路線為：●內(nèi)框架承重體系的特點(diǎn)為：（１）由于內(nèi)縱墻由鋼筋混凝土框架代替，僅設(shè)置橫墻以保證建筑物的空間剛度；同時(shí)，由于增設(shè)柱后不增加梁的跨度，使得樓蓋和屋蓋的結(jié)構(gòu)高度較小，因此在使用上可以取得較大的室內(nèi)空間和凈高，材料用量較少，結(jié)構(gòu)也較經(jīng)濟(jì)。（２）由于豎向承重構(gòu)件材料性質(zhì)的不（a）圖1．11內(nèi)框架承重方案（b）同，外墻和內(nèi)柱容易產(chǎn)生不同的壓縮變形，基礎(chǔ)也容易產(chǎn)生不均勻沉降。因此，如果設(shè)計(jì)處理不當(dāng)，墻、柱之間容易產(chǎn)生不均勻的豎向變形，使構(gòu)件(主要是梁和柱）產(chǎn)生較大的附加內(nèi)力。另外，由于墻和柱采用的材料不同，也會(huì)對(duì)施工增加一定（３）由于橫墻較少，房屋的空間剛度較小，使得建筑物的抗震能力較差?！駜?nèi)框架承重體系適用于旅館、商店和多層工業(yè)建筑。的復(fù)雜性。5．底部框架承重體系房屋有時(shí)由于底部需設(shè)置大空間，在底部則可用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)同時(shí)取代內(nèi)外承重墻，成為底部框架承重方案，如圖1．12所示?！窨蚣芘c上部結(jié)構(gòu)之間的樓層為結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，其豎向荷載的傳遞路線為：“上部幾層梁板荷載→內(nèi)外墻體→結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化層鋼筋混凝土梁→柱→基礎(chǔ)→地基”圖1．12底部框架承重體系●底部框架體系的特點(diǎn)是：（１）、墻和柱都是主要承重構(gòu)件。以柱代替內(nèi)外墻體，在使用上可以取得較大的使用空間。（２）、由于底部結(jié)構(gòu)形式的變化，房屋底層空曠。橫墻間距較大，其抗側(cè)剛度發(fā)生了8明顯的變化，成為上部剛度較大，底部剛度較小的上剛下柔多層房屋，房屋結(jié)構(gòu)沿豎向抗側(cè)剛度在底層和第二層之間發(fā)生突變，對(duì)抗震不利。因此《建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范》對(duì)房屋上、下層抗側(cè)移剛度的比值做了規(guī)定?！竦撞靠蚣艹兄伢w系適用于底層為商店、展覽廳、食堂而上面各層為宿舍、辦公室等的房屋。混合結(jié)構(gòu)不同承重體系的房屋，墻體布置各有特點(diǎn)，材料用量和結(jié)構(gòu)空間剛度也有較大差別。至于某個(gè)具體工程應(yīng)當(dāng)采用哪種體系，首先要滿足建筑物的使用要求和考慮建筑設(shè)計(jì)特色，然后從地、基抗震、材料、施工和造價(jià)等因素上進(jìn)行綜合比較，力求做到結(jié)構(gòu)安全可靠、技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理。第三節(jié)單層剛架結(jié)構(gòu)體系凡是梁、柱之間為剛性連接的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱為剛架。當(dāng)梁與柱之間為鉸接的單層結(jié)構(gòu)，般稱為排架?？绲膭偧芙Y(jié)構(gòu)則常稱為框架，梁式和折線橫梁式兩種，它的選擇主要服從建筑排水和建筑造型的考慮。一的結(jié)構(gòu)，其內(nèi)力小于排架結(jié)構(gòu)，梁柱截面高度小，造型輕巧，內(nèi)部?jī)艨蛰^大，故被廣泛應(yīng)用于中小型廠房、體育館、禮堂、食堂等中小跨度的建筑中。一多層多單層剛架也稱為門(mén)式剛架。門(mén)式剛架外形有水平橫單層剛架為梁柱合一、門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、種類(lèi)與適用范圍剛架結(jié)構(gòu)的受力優(yōu)于排架結(jié)構(gòu)，因剛架梁柱節(jié)點(diǎn)處為剛接，在豎向荷載作用下，由于柱對(duì)梁的約束作用而減小了梁跨中的彎矩和撓度。在水平荷載作用下，由于梁對(duì)柱的約束作用減少了柱內(nèi)的彎矩和側(cè)向變位，如圖1．13所示。因此，剛架結(jié)構(gòu)的承載力和剛度都大于排架結(jié)構(gòu)，故門(mén)式剛架能夠適用于較大的跨度。a）排架結(jié)構(gòu)b）無(wú)鉸剛架c)兩鉸剛架d）三鉸剛架圖1．13剛性連接與鉸接的彎矩比較門(mén)式剛架的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖，按構(gòu)件的布置和支座約束條件可分成無(wú)鉸剛架、兩鉸剛架、三鉸剛架三種。１．鋼筋混凝土無(wú)鉸剛架9無(wú)鉸剛架和排架相比，當(dāng)跨度和荷載相同，且跨度不大于18m時(shí)，剛架比排架結(jié)構(gòu)輕巧，可節(jié)省鋼材約10％，混凝土約20％。無(wú)鉸剛架和兩鉸剛架、三鉸剛架相比，前者基礎(chǔ)承受彎矩較大，因此基礎(chǔ)大、耗料多，不夠經(jīng)濟(jì)；此外，由于這種剛架屬于超靜定結(jié)構(gòu)，和三鉸剛架相比，對(duì)地基的不均勻沉降和溫度變化引起的內(nèi)力變化較大。所以地基條件較差時(shí)，必須考慮其影響。２．鋼筋混凝土兩鉸剛架兩鉸剛架也是超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)地基不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力也必須考慮，但兩鉸剛架基礎(chǔ)材料用量較少和三鉸剛架相比，其結(jié)構(gòu)剛度較大，所以適用跨度較大。３．鋼筋混凝土三鉸剛架三鉸剛架為靜定結(jié)構(gòu)。當(dāng)基礎(chǔ)有不均勻沉降時(shí)，對(duì)結(jié)構(gòu)不引起附加內(nèi)力。但是當(dāng)跨度較大時(shí)，半榀三鉸剛架的懸臂太長(zhǎng)，吊裝內(nèi)力較大，而且三鉸剛架的剛度也較差，所以它適用于跨度較小及地基較差的情況。由于門(mén)式剛架的桿件較少，制作方便，而且結(jié)構(gòu)內(nèi)部空較間大，便于用于工業(yè)廠房和體育館、禮堂、食堂等建筑。鋼達(dá)40m左右，最適宜是18m左右。由于門(mén)式剛架剛度較差，受荷后產(chǎn)生撓度，故用于工業(yè)廠房時(shí)，吊車(chē)起重量不宜超過(guò)10t。利用，所以它廣泛筋混凝土門(mén)式剛架的跨度可二、門(mén)式剛架的型式及截面尺寸門(mén)式剛架從構(gòu)件材料看，可分成鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)；從構(gòu)件截面看，可分成實(shí)腹式剛架、空腹式剛架、格構(gòu)式剛架、等截面與變截面；從建筑型體看，有平頂、坡頂、拱頂、單跨與多跨（見(jiàn)圖1．14）；從施工技術(shù)看，有預(yù)應(yīng)力剛架和非預(yù)應(yīng)力剛架。１．鋼剛架結(jié)構(gòu)鋼剛架結(jié)構(gòu)可分為實(shí)腹式和格構(gòu)式兩種（見(jiàn)圖1．15）。實(shí)腹式剛架適用于跨度不很大的結(jié)構(gòu)，常做成兩鉸式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)外露，外形可以做得比較美觀，制造和安裝也比較方便。實(shí)腹式剛架的橫截面一般為焊接工字形。國(guó)外多采用熱軋H形或其他截面形式的型鋼，可減少焊接工作量，并能節(jié)約材料。當(dāng)為兩鉸或三鉸剛架時(shí)，構(gòu)件應(yīng)為變截面，一般是改變截面的高度使之適應(yīng)彎矩圖的變化。實(shí)腹式剛架的橫梁高度一般可取跨度的1/12～1/20。當(dāng)跨度大時(shí)，可在支座水平面內(nèi)設(shè)置拉桿，并施加預(yù)應(yīng)力對(duì)剛架橫梁產(chǎn)生卸荷力矩及反拱，如圖1．15所示。這時(shí)橫梁高度可取跨度的1/30～1/40，并由拉桿承擔(dān)了剛架支座處的橫向推力，對(duì)支座和基礎(chǔ)都有利。圖1．14單層剛架的形式10c)圖1．15格構(gòu)式剛架結(jié)構(gòu)及實(shí)腹式雙鉸剛架格構(gòu)式剛架結(jié)構(gòu)的適用范圍較大，且具有剛度大、耗鋼省等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)跨度較小時(shí)可采用三鉸式結(jié)構(gòu)，當(dāng)跨度較大時(shí)可采用兩鉸式或無(wú)鉸結(jié)構(gòu)，如圖1．15所示。格構(gòu)式剛架的梁高可取跨度的1/15～1/20，為了節(jié)省材料，增加剛度，減輕基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，也可施加預(yù)應(yīng)力，以調(diào)整結(jié)構(gòu)中的內(nèi)力。預(yù)應(yīng)力拉桿可布置在支座鉸的平面內(nèi)，也可布置在剛架橫梁內(nèi)僅對(duì)橫梁施加預(yù)應(yīng)力，也可對(duì)整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力。２．鋼筋混凝土剛架鋼筋混凝土剛架一般適用于跨度不超過(guò)18m、檐高不超過(guò)10m的無(wú)吊車(chē)或吊車(chē)起重量不超過(guò)100kN的建筑中。構(gòu)件的截面形式一般為矩形，也可采用工字形截面。剛架構(gòu)件的截面尺寸可根據(jù)結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的彎矩圖的大小而改變，一般是截面寬度不變而高度呈線性變化。對(duì)于圖1．16廣州體育館，鋼筋混凝土剛架結(jié)構(gòu)兩鉸或三鉸剛架，立柱上大下小，為楔形構(gòu)件，橫梁為直線變截面，如圖1．16所示。鋼筋混凝土剛架的桿件一般采用矩形截面，也可采用I字形截面。其截面尺寸為：（１）、梁高可按連續(xù)（２）、柱底截面高度hl，一般不小于300mm；柱頂截面高度為（2～3）hl；、梁截柱面寬度b(鋼架厚度)，應(yīng)保證屋面構(gòu)件的擱置長(zhǎng)度，并應(yīng)滿足平面外剛度的要求，一般取b≥H/30(H為高柱)，且b≥200mm;梁確定，一般取h=（1/15～1/20）L，但不宜小于250mm;（３）（４）、橫梁的加腋長(zhǎng)度一般取自柱邊算起為（0.15～0.25）L；（５）、拱式門(mén)架的起拱高度（矢高）f，一般取為（1/9～1/7）L。11三、剛架的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)造（一）結(jié)構(gòu)布置剛架結(jié)構(gòu)為平面受力體系，當(dāng)多榀剛架平行布置時(shí)，為保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，應(yīng)在縱向柱間布置連系梁及柱間支撐，同時(shí)在橫梁的頂面設(shè)置上弦橫向水平支撐。柱間支撐和橫梁上弦橫向水平支撐宜設(shè)置在同一開(kāi)間內(nèi)，如圖1．17所示。剛架的縱向柱距一般為圖1．17剛架結(jié)構(gòu)的支撐6m，橫向跨度以m為單位取整數(shù)，一般為3m的整倍數(shù)，如24m、27m、30m以至更大的跨度。其跨度由工藝條件確定，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)的考慮。1．等間距、等跨度的結(jié)構(gòu)布置方案一般情況下，矩形平面建筑都采用等間距、等跨度的剛架布置方案。2．主次結(jié)構(gòu)在置方案奧地利維也納市大會(huì)堂（見(jiàn)圖1．18）供體育、集會(huì)、電影、戲劇、音樂(lè)、文藝演出、展覽等活動(dòng)用的多功大能廳。其平面呈八角形，東西長(zhǎng)98m，南北長(zhǎng)109m，最大容量為15400人。屋蓋的主要承重結(jié)構(gòu)是中距為30m的兩榀東西向93m跨的雙鉸門(mén)架，矢高7m，門(mén)架頂高28m。其上支承8榀全長(zhǎng)105m的三跨連續(xù)桁架。3．門(mén)式剛架的高跨比圖1．18奧地利維也納市大會(huì)堂門(mén)式剛架的高度與跨度之比，決定了剛架的基本型式，也直接影響結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。設(shè)想有一條懸索在豎向均布荷載作用下，在平衡狀態(tài)將形成一條懸垂線即所謂的索線，這時(shí)懸索內(nèi)僅有拉力。將索上下倒置，即成為拱的作用，索內(nèi)的拉力也變成圖1．19剛架的跨高比對(duì)內(nèi)力的影響12為拱的壓力，這條倒置的索線即為推力線。圖1．19給出了三鉸剛架和兩鉸剛架的推力線及其在豎向均布荷載作用下的彎矩圖。從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)看，由于剛架高度的減小將使支座處水平推力增大;從推力線來(lái)看，對(duì)三鉸門(mén)架來(lái)說(shuō)，最好的形式是高度大于跨度；但對(duì)兩鉸門(mén)架來(lái)說(shuō)，由于跨中彎矩的存在，跨度稍大于高度就成為合理的了?？偟膩?lái)說(shuō)，高跨比h/l0.75比較合理。（二）剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造剛架結(jié)構(gòu)的形式較多，其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和連接形式也是多種多樣的，但其設(shè)計(jì)要點(diǎn)基本相同。設(shè)計(jì)時(shí)既要使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖一致，又要使制造、運(yùn)輸、安裝方便。1．鋼剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造門(mén)式實(shí)腹式剛架，一般在梁柱交接處及跨中屋脊處設(shè)置安裝拼接單元，用螺栓連接。拼接節(jié)點(diǎn)處，有加腋與不加腋兩種。在加腋的形式中又有梯形加腋與曲線形加腋兩種，通常采用梯形加腋，如圖1．20所示。加多腋連接既可使截面的變化符合彎矩圖形的要求，又便于連接螺栓的布置。1．20實(shí)腹式剛架的拼接節(jié)點(diǎn)2．鋼筋混凝土剛架節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造在實(shí)際工程中，大多采用預(yù)制裝配式鋼筋混凝土剛架。剛架拼裝單元的劃分一般根據(jù)內(nèi)力分布決定，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)受力可靠，制造、運(yùn)輸、安裝方便。一般可把接節(jié)點(diǎn)或彎矩為零的部位整個(gè)剛架結(jié)構(gòu)劃分成形、Y接頭位置設(shè)置在鉸，把形拼裝單元，如圖1．21所示單跨三鉸剛架可分成兩個(gè)“”形拼裝單元，鉸結(jié)點(diǎn)設(shè)在基礎(chǔ)。和頂部中間拼接點(diǎn)部位。兩鉸剛架的拼接點(diǎn)一般設(shè)在橫梁圖1．21剛架拼裝單元的劃分零彎點(diǎn)截面附近，柱與基礎(chǔ)連接處做成鉸結(jié)點(diǎn)；多跨剛架常采用“”形和“Y”形拼裝單元，見(jiàn)圖1．21。剛架承受的荷載一般有恒載和活載兩種。在恒載作用下彎矩零點(diǎn)的位置是固定的，在活13載作用下，對(duì)于各種不同的情況，彎矩零點(diǎn)的位置是變化的。因此，在劃分結(jié)構(gòu)單元時(shí)，接頭位置應(yīng)根據(jù)剛架在主要荷載作用下的內(nèi)力圖確定。四、單層剛架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例我國(guó)某地曾擬建中型民航客機(jī)的維修車(chē)間。修理“伊爾一24”和“安一24”型客機(jī)。機(jī)身長(zhǎng)24m，翼寬32m，尾高8.4m，槳高5.1m。機(jī)翼距地3m。設(shè)計(jì)過(guò)程曾做三種結(jié)構(gòu)方案比較，如教材圖１．桁架方案機(jī)尾高8.4m,屋架下弦不能低于8.8m。由于建筑形式與機(jī)身的形狀尺寸不相適應(yīng)，使整個(gè)廠房普遍增高，室內(nèi)空間不能充分利用。因此，這個(gè)方案不經(jīng)濟(jì)。２．雙曲拋物面懸索方案這個(gè)方案的特點(diǎn)是：建筑形式符合機(jī)身的形狀尺寸，建筑空間能夠充分利用。較小，采用懸索方案不經(jīng)濟(jì)，要求高強(qiáng)度的鋼索，材料價(jià)格高；同時(shí)對(duì)施工條件和技術(shù)的要求較高，因此這個(gè)方案不宜采用。３．剛架結(jié)構(gòu)方案這個(gè)方案的特點(diǎn)是，不夠充分利用；而且對(duì)材料和施工都沒(méi)有特別要求。根據(jù)本工程的具體條件，選用了剛架結(jié)構(gòu)見(jiàn)教材圖1．22c。1．22（Ｐ15）所示。但是跨度僅建筑形式符合機(jī)身的形狀尺寸，尾部高，兩翼低．建筑空間能方案，第四節(jié)桁架結(jié)構(gòu)體系桁架結(jié)構(gòu)一般由豎桿，水平桿和斜桿組成（見(jiàn)圖1．23）。在房屋建筑中，桁架承重結(jié)構(gòu)，這時(shí)常稱為屋架?！裼糜谖萆w的桁架（1）、平面桁架，用于平面屋架（2）、空間桁架，用于空間網(wǎng)架。這兩類(lèi)桁架的共同特點(diǎn)是它們都由一系列只受同向拉力或壓力的桿件連接而成。作為桁架結(jié)構(gòu)的整體來(lái)說(shuō)，它們?cè)诤奢d作用下受彎、受剪；但作為桁架結(jié)構(gòu)中的桿件來(lái)說(shuō)，只承受軸向力，不承受彎矩、剪力和扭矩。常用來(lái)作為屋蓋體系有兩類(lèi)：；圖1．23桁架結(jié)構(gòu)●桁架結(jié)構(gòu)的最大特點(diǎn)：把整體受彎轉(zhuǎn)化為局部構(gòu)件的受壓或受拉，從而有效地發(fā)揮出材料的潛力并增大結(jié)構(gòu)的跨度。●屋架的主要橫向推力，因●屋架的主要缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)高度大，側(cè)向剛度小。結(jié)構(gòu)高度大，增加了屋面及圍護(hù)墻的用料，同時(shí)也增加了采暖、通風(fēng)、采光等設(shè)備的負(fù)荷，并給音響控制帶來(lái)困難。側(cè)向剛度小，對(duì)于鋼屋架特別明顯，受壓的上弦平面外穩(wěn)定性差，也難以抵抗房屋縱向的側(cè)向力，這就需要設(shè)置支撐。優(yōu)點(diǎn)：桁架結(jié)構(gòu)受力合理、計(jì)算簡(jiǎn)單、施工方便、適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)支座沒(méi)有而在結(jié)構(gòu)工程中得到了廣泛的應(yīng)用。14●桁架是較大跨度建筑的屋蓋中常用的結(jié)構(gòu)型式之一。在一般情況下，當(dāng)房屋的跨度大于18m時(shí)，屋蓋結(jié)構(gòu)采用桁架比梁經(jīng)濟(jì)。屋架按其所采用的材料區(qū)分，有鋼屋架、木屋架、鋼木屋架和鋼筋混凝土屋架等。鋼筋混凝土屋架當(dāng)其下弦采用預(yù)應(yīng)力鋼筋時(shí)，稱為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架。目前，我國(guó)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土屋架的跨度已做到60多米，鋼屋架的跨度已做到70多米。一、桁架結(jié)構(gòu)的型式與受力特點(diǎn)屋架結(jié)構(gòu)的型式很多，按屋架外形的不同，有三角形屋架、梯形屋架、拋物線屋架、折線型屋架、平行弦屋架等。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力的特點(diǎn)及材料性能的不同，也可采用橋式屋架、無(wú)斜腹桿屋架或剛接桁架、立體桁架等。我國(guó)常用的屋架有三角形、矩形、（a）三角形屋架（b）平行弦屋架（矩形）（c）梯形屋架（再分式）梯形、拱形和無(wú)斜腹桿（d）拱形屋架（e）下?lián)问轿菁埽╢）無(wú)斜腹桿屋架屋架等多種型式，見(jiàn)圖圖1．24常用的屋架型式1．24。盡管桁架結(jié)構(gòu)中以軸力為主，其構(gòu)件的受力狀態(tài)比梁的結(jié)構(gòu)合理，但在桁架結(jié)構(gòu)各桿件單元中，內(nèi)力的分布是不均勻的。屋架的幾何形狀有矩形的（即平行弦屋架）、三角形、梯形、折線形的和拋物線形的等等。它們的內(nèi)力分布隨形狀的不同而變化。在一般情況下，屋架的主要荷載類(lèi)型是均勻分布的結(jié)點(diǎn)荷載。我們首先分析在結(jié)點(diǎn)荷載作用下平行弦屋架的內(nèi)力分布特點(diǎn)，見(jiàn)教材圖1．25（Ｐ17）。然后，引伸至其它形式的屋架。從教材圖1．25中可以得出如下結(jié)論：１．弦桿軸力：上弦受壓，下弦受拉，其軸力由力矩平衡方程式得出（矩心取在屋架結(jié)點(diǎn)）。MN0h式中：（負(fù)值表示上弦受壓，正值表示下弦受拉）M一一簡(jiǎn)支梁相應(yīng)于屋架各結(jié)點(diǎn)處的截面彎矩；0h一一屋架高度。從上式可以看出，上下弦的軸力N與M成正比，與h成反比。由于屋架的高度h值不0變，而M愈接近屋架兩端愈小，所以中間弦桿軸力大，愈向兩端弦桿軸力愈小，見(jiàn)圖1．25。0２．腹桿內(nèi)力15屋架內(nèi)部的桿件稱為腹桿，包括豎桿與斜桿。腹桿的內(nèi)力可以根據(jù)隔離體的平衡法則，由力的豎向投影方程求得：YV0Y一一式中：斜桿的豎向分力和豎桿的軸力;V一一簡(jiǎn)支梁相應(yīng)于屋架節(jié)間的剪力。0從圖1．26可以看出，V0值在跨中小兩端大，所以相應(yīng)的腹桿內(nèi)力也是中間桿件小而兩端桿件大，其內(nèi)力圖見(jiàn)圖1．26。以上的分析可以看出：從整體來(lái)看，屋架相當(dāng)于一個(gè)受彎構(gòu)件，弦桿承受彎矩，腹桿承受剪力，而從局部來(lái)看，屋架的每個(gè)桿件只承受軸力（拉力或壓力）。用同樣的方法可以分析三角形和拋物線形屋架的內(nèi)力分布情況，見(jiàn)圖1．26d、c所示。由于這兩種屋架上弦結(jié)點(diǎn)的高度中間大，愈向兩端愈小，所以，雖然上弦仍受壓下弦仍受拉，但是內(nèi)力大小的分布是各不相同的。從圖1-26可以看出，屋架桿件內(nèi)力與其形式有著密切的關(guān)系。（１）平的勻，弦桿內(nèi)力由兩端向跨增大，腹桿內(nèi)力由中間向兩端大；（２）三角形屋架內(nèi)力分布也是不均的勻，弦桿的內(nèi)力由中間向圖1．26不同形式的桁架及內(nèi)力圖增大，腹桿內(nèi)力由兩端向中間增大；（３）拋物線屋架的內(nèi)力分布比較均勻，從受力角它的形狀與同跨度同荷載簡(jiǎn)支梁的彎矩圖形相似，也就是說(shuō)，其形狀符合內(nèi)力變化的規(guī)律。行弦屋架內(nèi)力是不均度中間增兩端度看，它是比較好的屋架形式，因?yàn)槎⑽菁芙Y(jié)構(gòu)的選型、基本尺寸及布置（一）屋架結(jié)構(gòu)的選型屋架型式的選擇一般與建筑物的使用要求、跨度和荷載大小，以及材料供應(yīng)和施工技術(shù)水平等因素有關(guān)，選擇屋架型式的一般原則是適用、經(jīng)濟(jì)、美觀和制造簡(jiǎn)單。16１．屋架結(jié)構(gòu)的受力：從結(jié)構(gòu)受力來(lái)看，●拋物線狀的●拱式結(jié)構(gòu)●折線型屋架，●梯形屋架，拱式結(jié)構(gòu)受力最為合理。上弦為曲線，施工復(fù)雜。與拋物線彎矩圖最為接近，故力學(xué)性能良好。因其既具有較好的力學(xué)性能，上下弦均為直線施工方便，故在大中跨建筑中被廣泛應(yīng)用。●三角形屋架與矩形屋架力學(xué)性能較差。三角形屋架一般僅適用于中小跨度，矩形屋架常用作托架或荷載較特殊情況下使用。２．屋面防水構(gòu)造：屋面防水構(gòu)造決定了屋面排水坡度，進(jìn)而決定屋蓋的建筑造型?！癞?dāng)屋面防水材料采用粘土瓦、機(jī)制平瓦或水泥瓦時(shí)，應(yīng)選用三角形屋架、陡坡梯形屋架?！癞?dāng)屋面防水采用卷材防水、金屬薄板防水時(shí)，應(yīng)選用拱形屋架、折線形屋架和緩坡梯形屋架。３．材料的耐久性及使用環(huán)境：木材及鋼材均易腐蝕，維修費(fèi)用較高?！駥?duì)于相對(duì)濕度較大而又通風(fēng)不良的建筑，或有侵蝕性介質(zhì)的工業(yè)廠房，不宜選用木屋架和鋼屋架，宜選用預(yù)應(yīng)力混凝土屋架，可提高屋架下弦的抗裂性，防止鋼筋腐蝕。４．屋架結(jié)構(gòu)的跨度●跨度在18m以下時(shí)，工吊裝方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好。可選用鋼筋混凝土一鋼組合屋架；這種屋架構(gòu)造簡(jiǎn)單、施●跨度在36m以下時(shí)，宜選用預(yù)應(yīng)力混凝土屋架，既可節(jié)省鋼材，又可有效地控制裂縫寬度和撓度?！駥?duì)于跨度在36m以上的大跨度建筑或受到較大振動(dòng)荷載作用的屋架，宜選用鋼屋架，以減輕結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)的耐久性與可靠性。（二）屋架結(jié)構(gòu)的基本尺寸屋架結(jié)構(gòu)的基本尺寸包括屋架的矢高、坡度、節(jié)間長(zhǎng)度。１．矢高：屋架矢高主要由結(jié)構(gòu)剛度條件確定，屋架的矢高直接影響結(jié)構(gòu)的指標(biāo)?！袷父叽蟆⑾覘U受力剛度與經(jīng)濟(jì)小，但腹桿長(zhǎng)、長(zhǎng)細(xì)比大、易壓曲，用料反而會(huì)增多。矢高則弦桿受力大、截面大、且屋架剛度小、變形大。因此，矢高不宜過(guò)小，大也不宜過(guò)小。●屋架的矢高也要根據(jù)屋架的結(jié)構(gòu)型式?！褚话闶父呖扇】缍鹊?/10～1/5。２．坡度：屋架上弦坡度的確定應(yīng)與屋●當(dāng)采用瓦類(lèi)屋面時(shí)，屋架上弦坡度應(yīng)大些，一般不小于1/3，以利于排水?！癞?dāng)采用大型屋面板并做卷材防水時(shí)，屋面坡度可平緩些，一般為1/8～1/12。３．節(jié)間長(zhǎng)度：屋架節(jié)間長(zhǎng)度的型式，材料及受荷條件有關(guān)?！褚话闵舷沂軌?，節(jié)間長(zhǎng)度應(yīng)小些，下弦受拉，節(jié)間長(zhǎng)度可大些。面防水構(gòu)造相適應(yīng)。大小與屋架的結(jié)構(gòu)17●屋面荷載應(yīng)直接作用在節(jié)點(diǎn)上，以優(yōu)化桿件的受力狀態(tài)?！駷闇p少屋架制作工作量，減少桿件與節(jié)點(diǎn)數(shù)目，節(jié)間長(zhǎng)度可取大些。但節(jié)間桿長(zhǎng)也不宜過(guò)大，一般為1.5～4m。屋架的寬度主要由上弦寬度決定。鋼筋混凝土屋架當(dāng)采用大型屋面板時(shí)，上弦寬度主考慮屋面板的搭接要求，一般不小于20cm?？缍容^大的屋架將產(chǎn)生較大的撓度。因此，制作時(shí)要采取起拱的辦法抵消荷載作用下產(chǎn)生的撓度。跨度大于18m的三角形屋架和跨度大于24m的梯形屋架，起拱度一般為跨度1/500。（三）屋架結(jié)構(gòu)的布置屋架結(jié)構(gòu)的布置，包括屋架結(jié)構(gòu)的跨度、間距、標(biāo)高等，主要考慮建筑外觀造型及建筑使用功能方面的要求來(lái)決定。對(duì)于矩形的建筑平面，一般采用等跨度、等間距、等標(biāo)高布置的同一種類(lèi)的屋架，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)構(gòu)造、方便結(jié)構(gòu)施工。為了構(gòu)造簡(jiǎn)單，制作方便，屋架的弦桿通常設(shè)計(jì)成盡量使弦桿沿全長(zhǎng)的內(nèi)力分布基本相同。如果各節(jié)間的內(nèi)力相差太大，容易屋架的腹桿布置要合理，盡量避免非結(jié)點(diǎn)荷載。并盡量使長(zhǎng)腹桿受拉，短腹桿受壓，腹桿數(shù)目宜少，使結(jié)點(diǎn)匯集結(jié)點(diǎn)構(gòu)造要簡(jiǎn)單合理。桿件的交角不宜太小，一般在25度～75度之間。等截面的。所以確定屋架的形式時(shí)應(yīng)造成材料的浪費(fèi)。的桿件少，構(gòu)造簡(jiǎn)單。１．屋架的跨度屋架的跨度應(yīng)根據(jù)工藝使用和建筑要求確定，一般以3m為模數(shù)。對(duì)于用常屋架型式的常用跨度，我國(guó)都制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖集可供查用，從而可加快設(shè)計(jì)及施工的進(jìn)度。對(duì)于矩形平面的建筑，一般可選用同一種型號(hào)的屋架，僅端部或變形縫兩側(cè)屋架中的預(yù)埋件稍有不同。對(duì)于非矩形平面的建筑，各根屋架或根架的跨度就不可能一樣，這時(shí)應(yīng)盡量減少其類(lèi)型以方便施工。２．屋架的間距屋架一般宜等間距平行排列，與房屋縱向柱列的間距一致，屋架直接擱置在柱頂。間距的大小除考慮建筑平面柱網(wǎng)布置的要求外，還要考慮屋面結(jié)構(gòu)及吊頂構(gòu)造的經(jīng)濟(jì)合理性。屋架的間距同時(shí)即為屋面板或檁條、吊頂龍骨的跨度，最常見(jiàn)的為6m，有時(shí)也有7.5m、9m、12m等。３．屋架的支座屋架支座的標(biāo)高由建筑外形的要求確定，一般為在同層中屋架的支座根屋架兩端支座的標(biāo)高不一致時(shí)，要注意可能會(huì)對(duì)支座產(chǎn)生水平推力。屋架的支座力學(xué)上可簡(jiǎn)化為鉸接支座。實(shí)際工程中，當(dāng)跨度較小時(shí)，一般把屋架直接擱置在墻、垛、柱生轉(zhuǎn)動(dòng)的要求。取同一標(biāo)高。當(dāng)一形式，在或圈梁上。當(dāng)跨度較大時(shí)，則應(yīng)采取專門(mén)的構(gòu)造措施，以滿足屋架端部發(fā)（四）屋架結(jié)構(gòu)的支撐屋架支撐的位置在有山墻時(shí)設(shè)在房屋兩端的第二開(kāi)間內(nèi)，對(duì)無(wú)山墻（包括伸縮縫處）的房屋設(shè)在房屋兩端的第一開(kāi)間內(nèi)；在房屋中間每隔一定距離（一般≤60m）亦需設(shè)置一道支18撐，對(duì)于木屋架，距離為20～30m。支撐體系包括上弦水平支撐、下弦水平支撐與垂直支撐，它們把上述開(kāi)間相鄰的兩桁架連結(jié)成穩(wěn)定的整體。在下弦平面通過(guò)縱向系桿，與上述開(kāi)間空間體系相連，以保證整個(gè)房屋的空間剛度和穩(wěn)定性。支撐的作用有三個(gè)：（１）、保證屋蓋的空間剛度與整體穩(wěn)定；（２）、抵抗并傳遞由屋蓋沿房屋縱向傳來(lái)的側(cè)向水平力，如山墻承受的風(fēng)力、縱向地震作用等；（３）、防止桁架上弦平面外的壓曲，減少平面外長(zhǎng)細(xì)比，并防止桁架下弦平面外的振動(dòng)。三、屋架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)例1.貝寧體育館位于貝寧科托努市的貝寧友誼體育場(chǎng)的多功能綜合體育館，如教材圖1．27（Ｐ21）所示。體育館可容納觀眾5000名，總建筑，采用梭形立體桁架，跨度為65.3m，高跨比為1/13，中間起拱1/330。上弦及腹用Q235無(wú)縫鋼管，下弦用Q345無(wú)縫鋼管2.上海大劇院上海大劇院是由上海市人民政府投資上海大劇院工程用地面積21644m，占地面積11530m地上6層，高度為40m。該工程通過(guò)國(guó)際招標(biāo)，法國(guó)建筑師構(gòu)思，獨(dú)特的立面造型，如教材圖1．28（Ｐ22）。最引人注目的是呈反拱的月牙形屋蓋，縱向長(zhǎng)100.4m，橫向?qū)?4m，縱向懸挑26m，橫向懸挑30.9m，反拱圓弧半徑R=93m，拱高11.5m。由于其獨(dú)特的建筑和特殊的功能及工藝要求，大劇院的屋蓋體系采用交叉剛接鋼桁架結(jié)構(gòu)。屋蓋結(jié)構(gòu)縱向?yàn)閮砷麒旒芗皟砷舞旒?，在每根主桁架下各設(shè)三個(gè)由電梯井筒壁形成的薄壁柱，作為整個(gè)屋架結(jié)構(gòu)的支座，次桁架僅起到保證屋蓋整體性的作用。橫向?yàn)?2榀半月牙形無(wú)斜腹桿屋架。面積14015m2，屋蓋結(jié)構(gòu)考慮到當(dāng)?shù)氐氖┕l件及實(shí)際情況桿采。的大型歌舞劇院，位于上海市中心人民廣，總建筑，地下兩層，面積62800m以其“天地呼應(yīng)，中西合壁”的場(chǎng)西北側(cè)。222而中標(biāo)方案中造型第五節(jié)拱式結(jié)構(gòu)體系在房屋建筑一種十分古老而現(xiàn)代仍在大量應(yīng)用的結(jié)構(gòu)型式。它是以受軸向壓力為主的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于混凝土、磚、石等材料是十分適宜的，特別是在沒(méi)有鋼材的年代，它可充分利用這些材料抗壓強(qiáng)度高的特點(diǎn)，避免它們抗拉強(qiáng)度低的缺點(diǎn)。而且能獲得較好的經(jīng)濟(jì)和建筑效果。因而很早以前，拱就得到泛的應(yīng)用。在我國(guó)，很早就成功地采用了拱式結(jié)構(gòu)。公元605～616年隋代人在河北橋一安濟(jì)橋（又稱趙州橋），橫越交河，跨度37.37m。它距今近1400年，雖經(jīng)多次地震，，是馳名中外的工程技術(shù)與建筑藝術(shù)完美結(jié)合的杰作。在古代的西方，建造了許多體型龐大、氣魄雄偉的拱式建筑。在建筑規(guī)模、空間組合、建筑技術(shù)與建筑藝術(shù)等方面都取得了輝煌的成就，并對(duì)歐洲與世界建筑的影響?！窆帕_馬最著名的穹頂（半圓拱）結(jié)構(gòu)，當(dāng)推公元前27～14年建造，后因焚毀并于公和橋梁工程中，拱是了十分廣趙縣建造的單孔石拱而巍峨挺立產(chǎn)生巨大19元120～123年重建的羅馬萬(wàn)神廟（見(jiàn)教材圖1．29Ｐ23）,其中央內(nèi)殿為直徑43.5m的半圓球形穹頂，穹頂凈高距地面也是43.5m。它是古羅馬穹頂技術(shù)的最高代表作，也是世界建筑史上最早、最大的大跨結(jié)構(gòu)。●近、現(xiàn)代的拱式結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍很廣，而且型式多種多樣。例如著名的澳大利亞悉尼歌劇院（圖1-30，始建于1957年）是大家熟知的建筑，處于深入海中的半島上。建筑形象的基本元素一一拱殼，不但是主要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，而且是一個(gè)符號(hào)，一種象征，一個(gè)母題，它既象“白帆”、“浪花”，又象盛開(kāi)的巨，蓮使人產(chǎn)生豐富的聯(lián)想。一、結(jié)構(gòu)的類(lèi)型及其受力特點(diǎn)拱的類(lèi)型很多，按結(jié)構(gòu)組成和支承方式，拱可分為三鉸拱、兩鉸拱、和無(wú)鉸拱三種，如圖1．31。三鉸拱為靜定結(jié)構(gòu)，兩鉸拱和無(wú)鉸拱為超靜定結(jié)構(gòu)。拱結(jié)構(gòu)的傳力路線較短，因此拱是較經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)型式。與剛架相仿，只有在地基良好或兩側(cè)拱腳處有穩(wěn)固邊a)三鉸拱）兩鉸拱b）無(wú)鉸c拱1．31拱結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖跨結(jié)構(gòu)時(shí)，才采用無(wú)鉸拱。一般，無(wú)鉸拱有用于橋梁的，卻很少用于房屋建筑?？烧w預(yù)制。跨度大者，可沿拱軸線分段預(yù)制，雙鉸拱應(yīng)用較多。跨度小者拱重不大，現(xiàn)場(chǎng)地面拼裝好后，再整體吊裝就位。如北京崇文門(mén)菜場(chǎng)的32m跨雙鉸拱，就是由五段工字形截面拱段拼裝成的。雙鉸拱乃一次超靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)支座沉降差，溫度差及拱拉桿變形等都較敏感。為適應(yīng)軟弱地基上永久性鉸后也便于分段制作，對(duì)大跨三鉸拱，由于地基為I～Ⅱ級(jí)濕陷性黃土，密度小壓縮大，不構(gòu)，故采用了靜定結(jié)構(gòu)的鋼三鉸拱。拱與梁的主要?jiǎng)e是拱的主要內(nèi)力是軸向壓力，而支座沉降差及拱拉桿變形，最好采用靜定結(jié)構(gòu)的三鉸拱。度拱更為有利。例如西安秦涌博物館展覽廳的67m跨的宜用象雙鉸拱、網(wǎng)架等超靜定結(jié)在跨中央設(shè)區(qū)彎矩和剪力很小或?yàn)榱?；但拱有水平反力，一般稱為水平推力（簡(jiǎn)稱推力）。從圖1．32可以看出，粱在荷載P的作用下，要向下?lián)锨?；拱在下，拱（a）簡(jiǎn)支粱受力特點(diǎn)（b）拱的受力特點(diǎn)（c）拱的傳力絡(luò)線圖1．32拱與粱的受力分析同樣荷載P作用20腳支座產(chǎn)生水平反力H。它起著抵消荷載P引起的彎曲作用，從而減少了拱的彎矩峰值?，F(xiàn)以三鉸拱為例，進(jìn)一步說(shuō)明拱的受力特點(diǎn)：三鉸拱和簡(jiǎn)支梁相比，在跨度與荷載相同條件下１．拱腳處的水平推力（1）、在豎向荷載作用下，拱腳支座內(nèi)將產(chǎn)生水平推力。拱腳水平推力的大小等于相同跨度簡(jiǎn)支梁在相同豎向荷載作用下所產(chǎn)生的在相應(yīng)于頂鉸C截面上的彎矩除以拱的矢高f。M0cM0（2）、當(dāng)結(jié)構(gòu)跨度與荷載條件一定時(shí)，為定值，拱腳水平推力H與拱的矢高cf成反比。２．拱身截面的內(nèi)力（1）、拱身內(nèi)的彎矩小于跨度相同荷載作用下簡(jiǎn)支梁內(nèi)的彎矩。而且，水平推力H與y的乘積越大，拱桿截面的彎矩越小。因此在一定荷載作用下，可以改變拱的軸線，使其各截面的彎矩為零，這樣拱桿就只受軸力作用。（2）、拱身截面內(nèi)的剪力小于相同跨度相同荷載作用下簡(jiǎn)支梁內(nèi)的剪力。（3）、拱身截面內(nèi)存在有較大的軸力，而簡(jiǎn)支梁中是沒(méi)有軸力的。二、拱軸的形式確定拱軸的形式主要有兩點(diǎn)，一是拱的合理軸線，是二拱的矢高。1.拱的合理軸線在一定的荷載作用下，使拱截面內(nèi)僅有軸力沒(méi)有彎矩，滿足這一條件的拱軸線稱為合理拱軸線。了解個(gè)概念，有助于我們選擇拱的合理形式。結(jié)構(gòu)型式（三鉸拱無(wú)鉸拱），在不同的荷載作用下，拱的合理軸線是不同的。對(duì)于三餃拱，在沿水平方向均布的豎向荷載作用下，軸線為一拋物線，見(jiàn)圖1．35a。在垂直于拱軸的均布?jí)毫ψ饔幂S線為圓弧線，見(jiàn)圖1．35b。對(duì)于不同的圖1．35拱的合理軸線、兩鉸拱和合理拱下，合理拱2.拱的矢高不同的建筑對(duì)拱的形式要求不同，有的要求扁平，矢高?。挥械膭t要求矢高大。合理拱軸的曲線方程確定之后，可以根據(jù)建筑的外形要求定出拱軸的矢高。以三鉸拱為例，在沿水平方向均布的豎向荷載作用下，拱的合理軸線為二次拋物線，當(dāng)矢高f不同時(shí)，拱軸形狀也不相同。由此可見(jiàn)，矢高對(duì)拱的外形影響很大。它直接影響建筑造型和構(gòu)造處理。矢高還影響拱因此，設(shè)計(jì)時(shí)確定矢高大小,不僅要身軸力和拱腳推力的大小。水平推力H與失高f成反比。21考慮建筑外形要求，還要考慮結(jié)構(gòu)的合理性。三、平衡拱腳水平推力的結(jié)構(gòu)處理手法拱是有推力結(jié)構(gòu)，因此拱腳支座必須能夠可靠地承受傳遞水平推力，否則拱式結(jié)構(gòu)的受力性能無(wú)法保證。如果能將結(jié)構(gòu)處理的手法與建筑功能和藝術(shù)形象融合起來(lái)，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的袒露和藝術(shù)來(lái)收到建筑造型優(yōu)美的效果則更佳。一般，抗推力結(jié)構(gòu)的處理方案有下列四種。（一）水平推力由拉桿直接承擔(dān)這是最安全可靠的方案，能確保拱在任何情況下正常工作。另一優(yōu)點(diǎn)是，其支承結(jié)構(gòu)（墻、柱、剛架等）頂部無(wú)水平推力H作用，只承擔(dān)豎向力，故支承結(jié)構(gòu)的用料最省、最經(jīng)濟(jì)（如圖1．36）。帶拉桿（尤其預(yù)應(yīng)力拉桿較粗）拱的主要缺點(diǎn)，是其室內(nèi)空間（凈高與內(nèi)景）欠佳，（a）室內(nèi)拉桿拱（b）地下拉桿拱圖1．36拱腳水平推力由拉桿承擔(dān)故其應(yīng)用受到限制，多用于食堂、禮堂、倉(cāng)庫(kù)、車(chē)間等建筑。（二）推力由水平結(jié)構(gòu)承擔(dān)本方案的目標(biāo)是盡量少設(shè)拉桿，讓水平推力由拱腳標(biāo)高平面內(nèi)的水平結(jié)構(gòu)（圈梁、挑檐板、邊跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓屋蓋等）承擔(dān)（如圖1．37），使拱腳以下的墻、柱、剛架等豎向結(jié)構(gòu)頂部不承受水平推力。本方案比上一方案用圖1．37拱腳水平推力由山墻內(nèi)的拉桿承擔(dān)(北京展覽館電影廳)料較多，造價(jià)較高，但由于拱內(nèi)無(wú)拉桿，可獲得較大的室內(nèi)建筑空間。（三）推力由豎向結(jié)構(gòu)承擔(dān)拱腳推力H與豎載q的合力是斜向的，在拱腳處與拱軸曲線相切。在該力與其它力作用變形要求比強(qiáng)度要求更嚴(yán)。豎向結(jié)構(gòu)有應(yīng)極大剛度，極小變形。其基礎(chǔ)應(yīng)擴(kuò)大，使地基應(yīng)力盡量趨于均勻，其最大與最小應(yīng)力相差不能過(guò)大，不致使豎向結(jié)構(gòu)傾斜，以保證拱腳水平位移極小，避免拱內(nèi)彎矩變化過(guò)大。這是對(duì)總要求。幾種型式下，對(duì)豎向結(jié)構(gòu)的豎向結(jié)構(gòu)的抗推力豎向結(jié)構(gòu)有下列：⒈斜柱墩：跨度較大、拱腳推力較大時(shí)，采用斜柱墩方案,既傳力直接，用料經(jīng)濟(jì)合理，又造型輕巧22新穎。近年來(lái)，我國(guó)一些體育、展覽建筑采用雙鉸拱或三鉸拱（尤其鋼拱較多）,不設(shè)拉桿支承在斜柱墩上，這種結(jié)構(gòu)最早用于云南體育館，后又陸續(xù)用于內(nèi)蒙、天津、沈陽(yáng)等地田徑練習(xí)館中，跨度40～53m。⒉邊跨結(jié)構(gòu)：當(dāng)拱跨較大，且其旁側(cè)有邊建筑（如走廊、辦公室、休息小廳、大廳等）時(shí)，就可讓拱腳推力傳給邊跨結(jié)構(gòu)、靠它把推力均勻傳布開(kāi)去。這些抗推力的邊跨豎向結(jié)構(gòu)，可以是單層或多層的墻體，也可以是單層或多層的、單跨或多跨的剛架，或其它各種結(jié)構(gòu)。而這些抗推力豎向結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度要足夠大，以保證其在推力下側(cè)移小極。⒊推力直接傳給基礎(chǔ)─落地拱：對(duì)于落地拱，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件較好或拱腳水平推力較小時(shí)，拱的水平推力可直接作用在基礎(chǔ)上，通過(guò)基礎(chǔ)傳給地基。為了更有效地抵抗水平推力，斜坡?tīng)睢Ｂ涞毓暗纳喜孔魑萆w，下部作外墻柱，不僅省去了抵抗拱腳推力的水平結(jié)構(gòu)與豎向結(jié)構(gòu)，防止基礎(chǔ)滑移，也可將基礎(chǔ)底面做成而且由于拱腳推力的標(biāo)高一直下降到鉸基礎(chǔ)，使基礎(chǔ)處理大大簡(jiǎn)化。這是落地拱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也是其所以經(jīng)濟(jì)有效的根源，對(duì)大跨度拱尤其顯著。故一般大跨度拱幾乎全都采用落地拱。無(wú)論是雙鉸的或三鉸的落地拱，其拱軸線形都采用懸鏈線或拋物線。當(dāng)拱腳推力較大，或地基過(guò)于軟弱時(shí)，為確保雙鉸拱的彎矩不致因基礎(chǔ)位移而增大，或?yàn)榇_?；A(chǔ)在任何情況下都能承受住拱腳推力，一般在拱腳兩基礎(chǔ)間設(shè)置地下預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿。四、拱結(jié)構(gòu)的型式與主要尺寸（一）拱的主要尺寸1．拱的矢高綜合考慮結(jié)構(gòu)的合理性和建筑外形的要求，拱的矢高可按下列關(guān)系取用：a．兩鉸、三鉸拱，一般矢高f取為：f(1/3~1/2)L，且fL/10；f(1/7~1/3)L；fL/7；經(jīng)濟(jì)高度：有拉桿時(shí)可?。篺(1/5~1/2)L；無(wú)拉桿時(shí)可?。篵．落地拱，一般矢高f取為：f(1/7~1/3)L２．拱身截面拱身一般采用等截面，對(duì)于無(wú)鉸拱，由于內(nèi)力從拱頂向拱腳逐漸增加，因此一般做成變截面的形式。拱身的截面寬度b視其截面高度而定。為保證平面外的剛度與穩(wěn)定，拱身應(yīng)有足夠的截面寬度，一般取b=h/2左右。拱身截面高度h，可按下列關(guān)系取用：23a．鋼筋混凝土肋形拱h(1/40~1/30)Lb．鋼結(jié)構(gòu)實(shí)腹式拱肋h(yuǎn)(1/80~1/50)Lc．鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)式拱肋h(yuǎn)(1/60~1/30)L（二）拱的型式拱式結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，型式多樣。從力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)圖看，可分成無(wú)鉸拱、兩鉸拱和三鉸拱；按應(yīng)用材料分類(lèi)，有鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)、鋼拱結(jié)構(gòu)、膠合木拱結(jié)構(gòu)、磚石砌體拱結(jié)構(gòu)；從拱身截面看，有格構(gòu)式和實(shí)腹式拱，等截面和變截面拱。一般，拱身承受彎矩比較容易滿足要求。但拱在平面外會(huì)產(chǎn)生壓曲現(xiàn)象。為充分發(fā)揮抗壓材料的強(qiáng)度，拱身截面需有足夠?qū)挾?，最好能把拱身做成立體型式，以解決拱身平面外剛度與穩(wěn)定問(wèn)題。據(jù)此，拱身可分為兩大類(lèi)（梁式拱與板式拱）共有下面幾種:1、梁式拱a．肋形拱：拱身為一矩形截面曲桿。b．格構(gòu)式拱：當(dāng)拱截面較高h(yuǎn)＞1500mm時(shí)，可目前我國(guó)最大跨度的拱結(jié)構(gòu)之一西安秦俑博物館展覽廳即采用67m格構(gòu)式軸為二次拋物線形，矢高為1/5。做成格構(gòu)式鋼拱。箱形組合截面鋼三鉸拱。拱2、板式拱拱身向立體化發(fā)展的另一方法，也是最好的型式，是把屋面的板與拱合二為一，既是承重的拱結(jié)構(gòu)，其本身又是屋面板。這就是板式截面拱。不僅省料后重輕，且平面外剛度極大，造型優(yōu)美。板式拱的種類(lèi)很多，有下列幾種。a．筒拱：最簡(jiǎn)單的板式拱截面是平板式的，稱筒拱。b．雙波拱：這種拱的橫截面呈有凹有凸的波浪形。c．箱形拱：澳大利亞悉尼歌劇院采用預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土落地三鉸拱結(jié)構(gòu)。度特別大的箱形拱。其拱身是尺五、拱結(jié)構(gòu)布置1．拱式結(jié)構(gòu)的支撐系統(tǒng)：拱為平面受壓或壓彎結(jié)構(gòu)，或大型屋面板體系來(lái)保證拱在軸線平面外的受壓穩(wěn)定性。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的縱向剛度，傳遞作用于山墻上的風(fēng)荷載，還應(yīng)設(shè)置縱向支撐與橫向支撐形成整體。拱撐系統(tǒng)的布置原則與單層剛架結(jié)構(gòu)類(lèi)似。2．并列布置：一般情況下，矩形平面建筑多采用等間距、等跨度、并列布置的平面拱結(jié)構(gòu)，需要靠支撐解決其縱向抗側(cè)力的能力與側(cè)向穩(wěn)定性。3．徑向布置：對(duì)于非矩形平面（如正多邊形、圓形、扇形等）建筑，拱較多，如徑向、環(huán)向、井式、多叉等布置方案，但都已是非平面結(jié)構(gòu)，間拱結(jié)構(gòu)。由平面拱組合構(gòu)成的空間拱結(jié)構(gòu)，因其各拱肋已相互交叉連接，具有空間剛度與穩(wěn)定性，也就無(wú)需支撐?？臻g拱結(jié)構(gòu)可以是落地拱，也可以支承在墻柱或剛架頂上的圈梁上。因此必須設(shè)置橫向支撐并通過(guò)檁條支的結(jié)構(gòu)布置方案而成為空244．環(huán)向布置：古羅馬的拱結(jié)構(gòu)很多采取環(huán)向布置方案，各拱沿周圈排列、拱腳互抵，推力相消。5．多叉布置：古羅馬的半圓拱、筒拱與十字拱，經(jīng)拜占庭的帆拱，發(fā)展到羅馬風(fēng)的肋形拱，以至哥特式的尖券肋形拱，已具備了圍繞一個(gè)中心點(diǎn)，經(jīng)向布置輻射狀的4～8根拱多叉拱的是15世紀(jì)上半葉，意大利佛倫薩市主教堂的圓頂。肋的多叉拱特。平面適應(yīng)性非常之強(qiáng)，幾乎能適應(yīng)任何平面形狀。多叉拱最杰出的代表作第六節(jié)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系一、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)與適用范圍網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種新型大跨度空間結(jié)構(gòu)。它具有剛性大、變形小、應(yīng)力分布較均勻、能大幅度地減輕結(jié)構(gòu)且具有多樣的形式，使用靈活方便，可適應(yīng)于多種形式的建筑平面的要求，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多大跨度公共建筑中或工業(yè)建筑均普遍地采用這種新型的大跨度空間結(jié)構(gòu)來(lái)覆蓋巨大的自重和節(jié)省材料等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以用木材、鋼筋混凝土或鋼材來(lái)做，并種多空間。1976年在美國(guó)路易斯安拉州建造的世界上最大的體育館，就是采用鋼網(wǎng)架屋頂圓形平面的直徑達(dá)207.3米。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可分為單層平面網(wǎng)架、單層曲面網(wǎng)架、雙層平板網(wǎng)架和雙層穹窿網(wǎng)架等多種形式（圖1．52）。單層平面網(wǎng)架多由兩組互相正交的正方形網(wǎng)格組成，可以正放，也可以斜放。這種網(wǎng)架比較適合于正方形或接近于正方形的短形平面建筑。如果把單層平面網(wǎng)架改變?yōu)榍嬉还盎蝰妨W(wǎng)架，將可以進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)的剛度并減小構(gòu)件所承受的彎曲力，從而增大結(jié)構(gòu)的跨度。平板雙層鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是大跨度建筑中應(yīng)用得最普遍的一種結(jié)構(gòu)形式，近年來(lái)我國(guó)建造的大型體育館建筑，如北京首都體育館、上海市體育館、南京市五臺(tái)山體育館（b）雙層平板型網(wǎng)架（b）單層殼型網(wǎng)架（雙曲）（c）單層殼型網(wǎng)架(單曲)圖1．52網(wǎng)架型式等都是采用這種形式的結(jié)構(gòu)。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（１）網(wǎng)架是多向受力的空間結(jié)構(gòu)，比單向受力的平面桁架適用跨度更大，跨度一般可達(dá)到30～60m，甚至60m以上。網(wǎng)架是高次超靜定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)安全度特別大。倘若某一構(gòu)受壓屈曲，也不導(dǎo)致破壞。（２）由于網(wǎng)架的整體空間作用，桿件互相支持，剛度大，穩(wěn)定性好，網(wǎng)架具有各向件受25力性能，應(yīng)力分布均勻，在節(jié)點(diǎn)荷載作用下，網(wǎng)架的桿件主要承受軸向拉力或軸向壓力。因此能夠充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，用料方面可比桁架結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材30％左右。（３）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的各個(gè)桿件，既是受力桿，又是支撐桿，不需單獨(dú)設(shè)置支撐系統(tǒng)，而且整體性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，空間剛度大，是一種良好的抗震結(jié)構(gòu)型式。（４）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)能夠利用較小規(guī)格的桿件建造大跨度結(jié)構(gòu)，而且具有桿件類(lèi)型化，適合于工廠化生產(chǎn)、地面拼裝和整體吊裝或提升。（５）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的靈活性與通用性;高跨比小，能有（６）平板網(wǎng)架是一種無(wú)推力的空間結(jié)構(gòu)，一般簡(jiǎn)支在支座上，邊緣構(gòu)件比較由于網(wǎng)架具有上述優(yōu)點(diǎn)，所以它的應(yīng)用范圍很廣，不僅適用于中小跨度的工業(yè)與民用建筑，而且尤其適用于大跨度的體育館、展覽館、影劇院、大會(huì)堂等屋蓋結(jié)構(gòu)。對(duì)建筑平面的適應(yīng)性強(qiáng)，造型表現(xiàn)力相當(dāng)豐富，這給建筑設(shè)計(jì)帶來(lái)極大效地利用建筑空間；還能適應(yīng)發(fā)展需要。簡(jiǎn)單。二、平板式空間網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)型式平板網(wǎng)架架體系網(wǎng)架由兩向交叉或三向交叉的桁架等組成。后者剛度更大，受力性能更好。都是雙層的，按桿件的構(gòu)成形式又分為交叉桁架體系和角錐體系兩種。交叉桁組成；角錐體系網(wǎng)架，由三角錐、四角錐或六角錐（一）交叉桁架體系這類(lèi)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是由許多上下弦平行的平面桁架相互交叉聯(lián)成一體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。一般講，斜桿較長(zhǎng)設(shè)計(jì)成拉桿，豎向腹桿較短設(shè)計(jì)成壓桿，以利于充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度。交叉桁架體系網(wǎng)架的主要型式可分為以下幾種：１．兩向正交正放網(wǎng)架這種網(wǎng)架由兩個(gè)方向的分別平行于建筑平面的邊線，因而稱為正放，如教材圖1．53（Ｐ35）所示。這種網(wǎng)架一般適用于平面桁架交叉而成，其交角為900，故稱為正交。兩個(gè)方向的桁架正方形或接近正方形的矩形建筑平面，這樣兩個(gè)方向的桁架跨度相等或接近，才能共同受力發(fā)揮空間作用。２．兩向正交斜放網(wǎng)架這種網(wǎng)架也是由兩組相互交叉成900的平面桁架組成，但每片桁架與建筑平面邊線的交角為450，故稱為兩向正交斜放網(wǎng)架，如教材圖1．54（Ｐ36）所示。從受力上看，當(dāng)這種網(wǎng)架周邊為柱子支承時(shí)，兩向正交斜放網(wǎng)架中的各片桁架長(zhǎng)短不一，而網(wǎng)架常常設(shè)計(jì)成等高度的，因而四角處的短桁架剛度較大，對(duì)長(zhǎng)桁架有一定嵌固作用，長(zhǎng)桁架在其端部產(chǎn)生負(fù)彎矩，從而減少了跨度中部的正彎矩，改善了網(wǎng)架的受力狀態(tài)，并在網(wǎng)架四角隅處的支座產(chǎn)生上拔力，故應(yīng)按拉力支座進(jìn)行設(shè)計(jì)。使３．三向交叉網(wǎng)架三向交叉網(wǎng)架一在平面中組成正三角形，如教材圖1．55（Ｐ36）所示。三向交叉網(wǎng)架比兩向網(wǎng)架的空間剛度大內(nèi)力均勻，故適合在大跨度工特別適用于三角形、梯形、正六邊形、多邊形、圓形平面的建筑中。但三向交叉網(wǎng)架桿件種般是由三個(gè)方向的平面桁架相互交叉而成，其交角互為600，故上下弦桿、桿件程中采用，26類(lèi)多，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，在中小跨度中應(yīng)用是不經(jīng)濟(jì)的。（二）角錐體系網(wǎng)架角錐體系網(wǎng)架是由四角錐單元、三角錐單元、或六角錐單元（如教材圖1．56Ｐ37）所組成的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，分別稱作四角錐網(wǎng)架、三角錐網(wǎng)架、六角錐網(wǎng)架。角錐體系網(wǎng)架比交叉桁架體系網(wǎng)架剛度大，受力性能好。若由工廠預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)錐體單元，則堆放、運(yùn)輸、安裝都很方便。角錐可并列布置，也可抽空跳格布置，以降低用鋼量。1、四角錐網(wǎng)架一般四角錐體網(wǎng)架的上弦和下弦平面均為方形網(wǎng)格，上下弦錯(cuò)開(kāi)半格，用斜腹桿連接上下弦的網(wǎng)格交點(diǎn)，形成一個(gè)個(gè)相連的四角錐體。四角錐體網(wǎng)架上弦不易設(shè)置再分桿，因此網(wǎng)格尺寸受限制，不宜太大。它適用于中小跨度。目前，常用的四角錐體網(wǎng)架有兩種．a(chǎn)．正放四角錐體網(wǎng)架（教材圖1．57Ｐ37）正放四角錐網(wǎng)架是向下布置，將錐的底邊相連成為網(wǎng)架的所示。也可錐尖向上布置，這時(shí)由錐尖的連桿作為網(wǎng)架的的下弦桿。正放四角錐網(wǎng)架的上下弦桿長(zhǎng)度相等。并列滿格布置的正放四角錐網(wǎng)架的較大，但由于桿件數(shù)量多，用鋼量指標(biāo)較高。為了降低用鋼量，簡(jiǎn)化構(gòu)造，以及便于屋面設(shè)置采光通風(fēng)天窗，根據(jù)網(wǎng)架指錐的底邊與相應(yīng)的建筑平面周邊平行。正放四角錐網(wǎng)架尖的連桿為網(wǎng)架的下弦桿，如教材圖1．57a上弦桿，由錐的底邊相連成為網(wǎng)架一般為錐尖上弦桿，錐剛度當(dāng)跨度較小時(shí)網(wǎng)架的的支承條件和內(nèi)力分布情況，可適當(dāng)抽掉一些四角錐體，成為正放抽空四角錐網(wǎng)架，如教材圖1．57b所示。正放四角其它桿件的內(nèi)力也比較均勻。屋面板規(guī)格比較統(tǒng)一。上下弦桿等長(zhǎng)，無(wú)豎桿，構(gòu)造這種網(wǎng)架適用于平面接近正方形的中、小跨度周邊支承的建筑，也適用于大跨網(wǎng)的點(diǎn)椎體網(wǎng)架桿件內(nèi)力比較均勻。當(dāng)為點(diǎn)支承時(shí)，除支座附近的桿件內(nèi)力較大外，比較簡(jiǎn)單。支承、有懸掛吊車(chē)的工業(yè)廠房和屋面荷載較大的建筑。b．斜放四角錐網(wǎng)架（教材圖1．58aＰ38）斜放四角錐網(wǎng)架由錐尖向下的四角錐體所組成。與正放四角錐網(wǎng)架不同的是，各個(gè)錐體不再是錐底的邊與邊相連，而是錐底的角與角相接。所謂斜放，是指網(wǎng)架的上弦(即錐底邊)而連接各錐頂?shù)南孪覘U則仍平行于建筑構(gòu)線，如教材圖1．58a所與建筑平面邊線成45示。角，0由于網(wǎng)架從鋼桿件受力性能來(lái)看，這種布置方式比正放四角錐網(wǎng)架更為合理，而且每個(gè)節(jié)點(diǎn)形式新穎，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好，構(gòu)造簡(jiǎn)單，因此近年來(lái)用得較多。度和矩形平面的建筑。的它支承方式可以是周邊支承或邊支承與點(diǎn)支承相結(jié)合。受壓的上弦桿長(zhǎng)度小于受拉的下弦桿，交匯的桿件數(shù)量也較少，因此用鋼量較少。斜放它適用于中小跨四角錐體網(wǎng)架2、六角錐體網(wǎng)架（教材圖1．58bＰ38）這種網(wǎng)架由組成，如教材圖1．58b所示。當(dāng)錐尖向下時(shí)，上弦為正六邊形網(wǎng)格下弦為正三角格；與此相反，當(dāng)錐尖向上時(shí)，上弦為正三角形網(wǎng)格下弦為正六邊形網(wǎng)六角錐單元形網(wǎng)格。27這種型式的網(wǎng)架桿件多，結(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜，屋面板為六角形或三角形，施工也較困難。因此僅在建筑有特殊要求時(shí)采用，一般不宜采用。3、三角錐體網(wǎng)架（教材圖1．59Ｐ39）三角錐體網(wǎng)架是由三角錐單元組成。這種網(wǎng)架受力均勻，剛度較前述網(wǎng)格型式好，是目前各國(guó)在大跨度建筑中廣泛采用的一種型式。它適合于矩形、三邊形、梯形、六邊形和圓形等建筑平面。三角錐體網(wǎng)格常見(jiàn)的型式有兩種。一種是上、下弦平面均為正三角形的網(wǎng)格，如教材圖1．59a所示。另一種是抽空三角錐體網(wǎng)格，其上弦為三角形網(wǎng)格，下弦為三角形和六角形網(wǎng)格，如教材圖1．59b所示。抽空三角錐網(wǎng)架的用料較省，同時(shí)桿件減少，構(gòu)造簡(jiǎn)單，但空間剛度不如前者。三、平板網(wǎng)架的支承方式和支座常用的平板網(wǎng)架支承方式有兩類(lèi)：1．周邊支承（教材圖1．60Ｐ39）周邊支承可以由網(wǎng)架直接支承在邊柱上，網(wǎng)架的支座位架支承，圈梁再支承在若干個(gè)邊柱上。這里的圈梁，即支承網(wǎng)架的托梁當(dāng)于四邊簡(jiǎn)支雙向板（如教材圖1．60）。于柱頂，也可以在圈梁上做成網(wǎng)。周邊支承的網(wǎng)架相2．四點(diǎn)或多點(diǎn)支承（教材圖1．61Ｐ39）四點(diǎn)或多點(diǎn)支承如教材圖1．61所示。當(dāng)采用四點(diǎn)或多點(diǎn)支承時(shí)，也可將網(wǎng)架沿周邊挑出，形成伸臂結(jié)構(gòu)，挑出長(zhǎng)度以1/4柱距為宜。四點(diǎn)或多點(diǎn)支承的網(wǎng)架相當(dāng)于四角支承雙向板或無(wú)梁樓蓋的平板。四、平板網(wǎng)架的桿件與節(jié)點(diǎn)（教材圖1．62Ｐ40）網(wǎng)架常用的桿件有鋼管和角鋼兩種。鋼管一般取直徑70～160，管壁厚1.5mm～10mm。鋼管的受力性能比角鋼更為合理，并能取得更加經(jīng)濟(jì)的效果（鋼管網(wǎng)架一般可比角鋼網(wǎng)架節(jié)材30％～40％）,因而它的應(yīng)用更為廣泛。對(duì)于形式比較簡(jiǎn)單、平面尺寸較小的網(wǎng)架，則可采用角鋼作為桿件。約鋼在平板網(wǎng)架的節(jié)點(diǎn)上匯交了很多桿件，一般有10根左右，呈立體幾何關(guān)系。因此，在進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，合理地選擇節(jié)點(diǎn)型式和相互連接的方法，對(duì)整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力性能，制造安裝、用鋼量和造價(jià)的影響都很大。網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)的連接可以采用焊接或螺栓連接（如教材圖1．62）。螺栓連接適用于高空安裝。五、平板網(wǎng)架的主要尺寸網(wǎng)架尺寸取決建筑平面形狀、支承條件、跨度大小、屋面材料、荷載件等因素有密切關(guān)系采用鋼筋混凝土屋面板時(shí)，因屋面構(gòu)件較重，吊裝于網(wǎng)架的跨度、屋面材料和屋面做法。它與網(wǎng)架的型式、網(wǎng)架高度、腹桿布置及大小、有無(wú)懸掛吊車(chē)、施工條。不易，所以網(wǎng)格尺寸不宜超過(guò)3m×3m。28當(dāng)采用輕型屋面時(shí)，網(wǎng)格尺寸一般可以取3～6m之間。若網(wǎng)架的構(gòu)件采用鋼管時(shí)，由于桿件長(zhǎng)細(xì)比的考慮，網(wǎng)格尺寸不宜過(guò)大。網(wǎng)格尺寸跨度的比值一般取為：1．平板網(wǎng)架的高跨比跨度小于30m時(shí)，約為1/10～1/13；跨度30m～60m時(shí)，約為1/12～l/16；跨度大于60m時(shí)，約為l/14～1/20。2．平板網(wǎng)架網(wǎng)格尺寸與網(wǎng)架短向跨度比跨度小于30m時(shí)，約為1/8～1/12；跨度30～60m時(shí)，約為1/11～1/14；跨度大于60m時(shí)，約為1/13～1/18。3．腹桿布置腹桿布置應(yīng)盡量使受壓桿件短，受拉桿件長(zhǎng)，減少壓桿的長(zhǎng)細(xì)比，充分發(fā)揮桿件截面的強(qiáng)度，使網(wǎng)架受力合理。對(duì)交叉桁架體系網(wǎng)架，腹桿傾角一般在40斜腹桿的傾角宜采用60～50之間。對(duì)角錐網(wǎng)架，000，這樣可以使桿件標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于大跨度網(wǎng)架，因網(wǎng)格尺寸較大，為了減小上弦長(zhǎng)度，宜采用再分式腹桿。這樣可以避免上弦的局部彎曲，并減少其長(zhǎng)細(xì)比，使受力更為合理。4．網(wǎng)架的起拱跨度較大者宜起拱≤l/40。雙向正放桁架宜雙坡起拱，雙向斜放桁架及三向桁架宜四坡起拱。起拱后屋面坡度不宜超過(guò)5％，需要較大排水坡度者，應(yīng)在網(wǎng)架上弦節(jié)點(diǎn)上按坡度要求架設(shè)屋面支托(即短豎桿）。起拱后的網(wǎng)架，桿件長(zhǎng)度復(fù)雜化了，只有保持上、下弦平行才能求得較好的效果。六、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例1．上海體育館（教材圖上海體育館比賽館是一個(gè)圓形的建筑屋蓋的直徑為125m。屋蓋采用平板型三向網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格尺寸取直徑的1/18。上弦設(shè)置了再分式腹桿，以減少上弦壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度，節(jié)省上弦的用鋼量，并且由于上弦的桿斷面減小，使得節(jié)點(diǎn)鋼球的直徑也可以減少，因此也件采用直徑為48～159mm、壁厚為4～12mm的鋼管，焊接空心球節(jié)點(diǎn)，鋼球直徑為14mm，。網(wǎng)架與柱子之間采用雙面弧形壓力支座,在滿足支座轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，能使網(wǎng)架有適量的自由伸縮，以適應(yīng)溫差引起的變形要求。1．6３Ｐ41），直徑為110m，能容納18000多人；屋蓋挑出7.5m，整個(gè)減少了節(jié)點(diǎn)的用鋼量。網(wǎng)架的桿為400mm，壁厚2．廣州自云機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)（教材圖為檢修波音747飛機(jī)而建造的。根據(jù)波音747飛機(jī)機(jī)身長(zhǎng)、機(jī)翼寬的特點(diǎn)，機(jī)庫(kù)平面形狀機(jī)尾高、機(jī)身矮的特點(diǎn)，機(jī)庫(kù)沿高度方向設(shè)計(jì)成高低跨，機(jī)尾高跨部分下弦標(biāo)高為26m，機(jī)身低跨部分下弦標(biāo)高只有17.5m，因此，機(jī)庫(kù)屋蓋選用了高低整體式折線形網(wǎng)架。1．64Ｐ42）廣州白云機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)是設(shè)計(jì)成“凸”字形。根據(jù)飛機(jī)29第七節(jié)薄壁空間結(jié)構(gòu)一、薄殼結(jié)構(gòu)的概念殼體結(jié)構(gòu)一般是由上下兩個(gè)幾何曲面構(gòu)成的空間薄壁結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)曲面之間的距離稱為殼體的厚度t。當(dāng)厚度t遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑時(shí)，稱為薄殼。一般在建筑工程中所遇到的殼體，常屬于薄殼結(jié)構(gòu)的范疇。（a）平板結(jié)構(gòu)（b）曲面結(jié)構(gòu)（殼）圖1．65面結(jié)構(gòu)在面結(jié)構(gòu)中，平板結(jié)構(gòu)主要受彎曲內(nèi)力，包括雙向彎矩和扭矩，如圖1．65a。薄壁空間結(jié)構(gòu)如圖1．65b所示的殼體，它的厚度t遠(yuǎn)小于殼體的其它尺寸（如跨度），屬于空間受力狀態(tài)，主要承受曲面內(nèi)的軸力（雙向法向力）和順剪力作用，彎矩和扭矩都很小?！癖”诳臻g結(jié)構(gòu)，由于它主要承受曲面內(nèi)的軸力作用，所以材料強(qiáng)度得到充分利用；同時(shí)由于它的空間工作，所以具有很高的強(qiáng)度及很大的剛度。薄殼空間結(jié)構(gòu)內(nèi)力比較均勻，是一種強(qiáng)度●薄壁空間結(jié)構(gòu)常用于中民用建筑中也常采用薄殼結(jié)構(gòu)。●薄壁空間結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，由于它體形復(fù)雜，一般費(fèi)模板、費(fèi)工時(shí)，往往因此而影響它的推廣。同時(shí)在設(shè)計(jì)方面，薄壁空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算過(guò)于復(fù)高、剛度大、材料省、既經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)型式。、大跨度結(jié)構(gòu)，如展覽大廳，飛機(jī)、庫(kù)工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等。在一般的采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，所以雜。二、薄殼空間結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)中曲面的按其形成的幾何特點(diǎn)可以分成以下三類(lèi)：形式，1．旋轉(zhuǎn)曲面（教材圖1．66Ｐ43）線（或直線）作母線繞其平面內(nèi)的一在薄壁空間結(jié)構(gòu)中，常用的旋轉(zhuǎn)曲面有球形曲面、旋轉(zhuǎn)拋物（橢圓）面轉(zhuǎn)雙曲面等。2．直紋曲面（教材圖一根直母線，其兩端各沿兩固定曲導(dǎo)線（或?yàn)橐还潭ㄇ鷮?dǎo)線，一而成的曲面，稱為直紋曲面。一般有：（1）、柱曲面（一根直母線沿兩根曲率大小相同的豎向曲導(dǎo)線移動(dòng)而成）或柱狀根直母線沿兩根曲率方向相同但大小不同的豎向曲導(dǎo)線始終平行于導(dǎo)平面移動(dòng)而成）它們又都稱單曲柱面，分別見(jiàn)教材圖1．67。（2）、錐面（一根直母線一端沿一豎向曲導(dǎo)線，另端通過(guò)一定點(diǎn)移動(dòng)而成）或錐狀面（由一平面曲根軸線旋轉(zhuǎn)而成的曲面，稱為旋轉(zhuǎn)曲面。、圓錐曲面、旋1．67Ｐ44）固定直導(dǎo)線）平行移動(dòng)方向和曲面（一同30上，但另端為一直線，母線移動(dòng)時(shí)始終平行于導(dǎo)平面）,后者又稱劈錐曲面，分別見(jiàn)教材圖1．67。（3）、扭面（一直紋曲面模板易于制作，常被采用。根直母線在兩根相互傾斜又不相交的直導(dǎo)線上平行移動(dòng)而成）,見(jiàn)圖1．67。建造時(shí)3．平移曲面（教材圖1．68Ｐ44）由一根豎向曲母線沿另一豎向曲導(dǎo)線平移而成。其中，母線與導(dǎo)線均為拋物線且曲率方向相同者稱橢圓拋物面，因?yàn)檫@種曲面與水平面的截交曲線為一橢圓；母線與導(dǎo)線均為拋物線。4．切割或組合曲面（教材圖1．69、圖1．70Ｐ45）由上述三類(lèi)曲面切割組合形成的曲面建筑師能根據(jù)平面及空間的需要，通過(guò)對(duì)曲面的切割或組合，形成千姿百態(tài)的建筑造型。曲面切割的形式有著名建筑師薩瑞南的設(shè)計(jì)的美國(guó)麻省理工學(xué)院大會(huì)堂的建筑造型（圖1．69a），著名建筑結(jié)構(gòu)大師托羅哈1933年建造的西班牙Algeciras市場(chǎng)的建筑造型（如教1．69b）。又如，雙曲拋物面可近似看作用一系列直線相連的兩個(gè)圓盤(pán)以相反方向旋轉(zhuǎn)而扭面實(shí)際上是雙曲拋物面紋方向切割出的一部分（如教材圖1．69c）。曲面的組合多種多樣。教材圖1．70a是兩個(gè)柱形曲面正交的造型；教材圖1．70b是八個(gè)雙曲拋物面1．70c是六個(gè)扭殼組合后如教材材圖成，中沿直組合后的造型；教材圖的造型。三、薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力對(duì)于一般的殼體結(jié)構(gòu)，中曲面單位長(zhǎng)度上的內(nèi)力一共有8對(duì)，它們是軸向力N、N；xy順剪力SVVS；橫剪力、；彎矩M、M以及扭矩MMxxyxyyxyyx，見(jiàn)圖1．71。xy上述內(nèi)力可以分為兩類(lèi)，作用于中曲面內(nèi)的薄膜內(nèi)力和作用于中曲面外的彎曲內(nèi)力。理想的薄膜在荷載作用下只能產(chǎn)生軸向力Nx、Ny和順剪力Sxy=Syx，見(jiàn)圖1-71b。因此，這三對(duì)a)殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖1．71殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力）薄膜b內(nèi)力內(nèi)力通稱為薄膜內(nèi)力。彎曲內(nèi)力是由于中曲面的曲率和扭率的改變而產(chǎn)生的，它包括有橫剪力V、V；彎矩M、M以及扭矩yxyxMM。xyyx理論分析表明：當(dāng)曲面結(jié)構(gòu)的壁厚t小于其最小主曲率半徑R的１／２０并能滿足下列條件時(shí)，薄膜內(nèi)力是殼體結(jié)構(gòu)中的主要內(nèi)力：（１）殼體具有均勻連續(xù)變化的曲面（２）殼體上的荷載是均勻連續(xù)分布的；（３）殼體的各邊界能夠沿著曲面的法線方向自由移動(dòng)，；支座只產(chǎn)生阻止曲面切線方向31位移的反力。四、筒殼結(jié)構(gòu)歷史上出現(xiàn)的第一種殼體是筒殼。其外形似圓筒，故名圓筒殼，又似圓柱體，故又名柱面殼。筒殼外形簡(jiǎn)單，是單曲面殼體。其縱向?yàn)橹本€，有其橫向剛度小的缺點(diǎn)，但卻由于它的幾何形狀簡(jiǎn)單，模板制作方便，易于施工，省工省料，這是其最大優(yōu)點(diǎn)。也是筒殼在歷史上最早出現(xiàn)，并在近代仍大量應(yīng)用的根本原因。（一）筒殼的結(jié)構(gòu)組成筒殼由殼身、側(cè)邊構(gòu)件及橫隔三部分所組成（見(jiàn)圖1．72）。側(cè)邊構(gòu)件可理解為殼體“邊框”，兩個(gè)橫隔之間的距離稱為筒殼的跨度，以l表示；兩個(gè)側(cè)邊構(gòu)件1之間的距離稱為筒殼的波長(zhǎng)，以l表示。l沿跨度2稱為筒殼的縱向，沿波長(zhǎng)1方向l方向則稱為筒殼的橫向。2筒殼殼身橫截面的邊線可為圓弧形、橢圓形，或其他形狀的曲線，一般用采圓弧形圖1．72筒殼結(jié)構(gòu)的組成較多，它方便施工。殼身包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度稱為筒殼的截面高度，以h表示。不包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度稱為筒殼的矢高，以f表示。側(cè)邊構(gòu)件（邊梁）與殼身共同工作，向受拉鋼筋，另一方面可提供較大的剛度，減少殼身的布產(chǎn)生影響。常見(jiàn)的側(cè)邊構(gòu)件型式如教材圖1．73（Ｐ46）所示，其案最為經(jīng)濟(jì)。橫隔是筒殼的橫向支承，缺順剪力并將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)上去。常見(jiàn)的筒殼橫隔整體受力。它一方面作為殼體的豎向位移及水平位移，并中以教材圖1．73a受拉區(qū)集中布置縱對(duì)殼身的內(nèi)力分截面的方少它，殼身的形體就要破壞。橫隔的功能是承受殼身傳來(lái)的型式如教材圖1．74（Ｐ4７）所示。（二）筒殼的分類(lèi)及受力特點(diǎn)筒殼的空間工作是由殼板、側(cè)邊構(gòu)件似，在殼身內(nèi)產(chǎn)生環(huán)向的壓力，而在縱向則同時(shí)發(fā)揮著梁的作用，梁的作用傳給橫隔。因此，筒殼結(jié)構(gòu)是橫向拱的作用與縱向梁的作用的綜合。在由于建筑布置的不同，使跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)有著大小不同的比例，跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值不同時(shí)，筒殼的受力狀態(tài)也不一樣。當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值增加到一定程度時(shí)，筒殼就會(huì)像弧形和橫隔三者共同完成的。筒殼在橫向的作用與拱相把上部豎向荷載通過(guò)縱向?qū)嶋H設(shè)計(jì)中，截面梁一樣受力；當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值減小時(shí)，筒殼的間工作的影響?？臻g工作性能（拱的作用）就愈來(lái)愈明顯，這主要反映了橫隔對(duì)空因此，工程中按跨度與波長(zhǎng)的比值將筒殼分為三類(lèi)：1．長(zhǎng)筒殼：當(dāng)跨長(zhǎng)l與波長(zhǎng)l的比值l/l3時(shí)，稱為長(zhǎng)筒殼。12122．短筒殼：當(dāng)跨長(zhǎng)l與波長(zhǎng)l的比值l/l1/2時(shí)，稱為短筒殼。1212323．中長(zhǎng)筒殼：當(dāng)跨長(zhǎng)l與波長(zhǎng)l的比值121/2l/l3時(shí)，稱為中長(zhǎng)筒殼。12（三）筒殼的結(jié)構(gòu)布置1．結(jié)構(gòu)構(gòu)造a．短殼：短殼的殼板矢高一般不應(yīng)小于波長(zhǎng)的1/8。b．長(zhǎng)殼：長(zhǎng)殼的截面高度建議采用跨長(zhǎng)l的1/10～1/15，1其殼板的矢高不應(yīng)小于波長(zhǎng)l的1/8。2筒殼的天窗孔及其他孔洞建議沿縱向布置于殼體的上部。在橫向，洞口c．天窗的布置：尺寸建議不大于(1/4~1/3)l。在縱向，洞口尺寸可不受限制，但在孔洞四周應(yīng)2設(shè)邊梁收口并沿孔洞縱向每隔2～3m設(shè)置橫撐加強(qiáng)。當(dāng)殼體具有較大的不對(duì)稱荷載時(shí)，除設(shè)置橫撐外，尚需設(shè)置斜撐，形成平面桁架系統(tǒng)。2.筒殼的結(jié)構(gòu)布置方式a．折縫（教材圖1．78Ｐ49）單曲板的剛度雖比平板好。但不如雙曲板。如何加強(qiáng)單曲板（筒殼）的側(cè)向剛度是個(gè)重要問(wèn)題。正如前述的橫隔和加勁肋都為解決該缺點(diǎn)而設(shè)。此外，還可形成折縫。平板的出平面剛度很小，若是折一下，在直線折縫處，卻能獲得很大的剛度，可以作為平板的剛勁支座。同樣，筒殼也可以通過(guò)組合（如并列、交貫等）形成曲線或直線折（縫見(jiàn)教材圖1．78a），稱為加勁折。這不但與加勁肋的作用完全一樣，并且加勁作用更強(qiáng)。因?yàn)榧觿爬叩睦吒哂邢蓿劭p兩側(cè)的