10级大跨度建筑

实腹式框架结构体系的一种，其特点是屋盖及墙体
均采用压型钢板，结构主要承受自身的重量。
轻型门式刚架结构设计
门式刚架是一种有效利用材料的结构形式。 由于构件尺寸小，房屋高度相应降低，减轻了建
筑体积和重量。构件可以在工厂批量生产，工地
安装用高强螺栓连接，简便而迅速，施工期短。
同时，门武刚架造型简洁美观，在房屋建筑中可
（1）主体结构采用门式刚架，刚架可以是单跨、
双跨或多跨，还可带附跨。
把中柱做成摇摆柱体现了材料集中使用的原则。
（2）采用变化构件截面的手段以适应弯矩变化是
门式刚架轻型化的技术措施之一。柱脚常用铰接，
（当有桥式吊车时用等截面、柱脚固定）。
（3）刚架间距一般 6m 左右，亦可采用7.5~9m，
间距太大将增加檩条的用钢量。 温度区段长度： 纵向 300m； 横向 150m 。 当不超过以上数值时，一般情况下可不考虑温 度应力和温度变形的影响。 柱间支撑的纵向水平刚度较单独柱大得多（约
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荷载计算的特点
（1）新修订的《建筑结构荷载规范》将不上人的
屋面均布活荷载标准值统一规定为0.5kN/m2（原规范
分0.3、0.5、0.7kN/m2三级）。
对不上人的屋面均布活荷载，较早的荷载规范取
0.3kN/m2 ， 后 发 现 对 重 屋 面 偏 低 ， 74 规 范 改 为 0.5kN/m2。采用概率极限状态设计法后发现对以恒载 为主的结构（混凝土结构）可靠度下降，故又提高到 0.7kN/m2。
生产12.5mm厚的冷弯薄壁型钢。
（6）支撑体系： 必须设屋盖支撑系统和柱间支撑系统。屋盖支 撑布置在温度区段的两端或端部第二开间（此时第 一开间设刚性系杆）。
柱间支撑设在与屋盖支撑相同的柱间，无吊车
时，间距一般30~ 45m，不大于60m。有吊车时柱
间支撑宜设在温度区段中部。
支撑一般为十字交叉，截面采用张紧的圆钢或 小角பைடு நூலகம் 。
（1）角钢（或T型钢）桁架
一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架 弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复 杂时不可靠。国外有些规范（如美国AISC规范）规
定需进行计算。
88规范后的90年代，重庆钢铁设计研究院会同云
南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板
的试验，其中受拉试件16个，受压试件8个。从而总 结出用撕裂面法推导出来的公式。
的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹
杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。 适用跨度：4060m，更大的跨度由于耗钢量 过大而不经济。 重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系
的整体刚度是非常重要的。
大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨 度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形
和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般
为1/6～1/8。
常用形式： （1）角钢（或T型钢）桁架 （2） H型钢重型桁架* （3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）* 桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于35～ 40m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的， 以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反 力一般由屋架下弦的弹性变形产生。*
大跨建筑结构
参考书目：
1.《大跨空间结构》 张毅刚等编 机械工业出版社； 2.《大跨空间结构》完海鹰编 中国建筑工业出版社； 3.《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91； 4.《空间结构设计与施工》 东南大学出版社；
概 述
大跨与空间钢结构主要用于公共建筑，如大会
堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育 场、航空港等。 大跨度结构也用于工业建筑，如飞机制造厂的 总装配车间、飞机库、造船厂的船体结构车间等等。
（利用薄膜效应，即张力场）。设计中利用其屈曲
后强度，一般采用有效截面的方法进行强度计算。
（2）檩条的整体稳定计算分为两种情况： a. 风压力作用下，一般压型钢板（条件是有足 够的抗剪件）和受压区设置的檩间拉条能起侧向约 束作用。
b. 在风吸力作用下，下翼缘受压（连续设置 的檩条在风压力作用下也有类似情况），受力状
（2）《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 》
CECS 102：2002 对风荷载作用下的体型系数有特
殊规定。对刚架、檩条、屋面板、墙梁等均有专门
的规定。特别应注意房屋端区的风荷载体型系数不 同于中间区。
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檩条的设计特点
（1）檩条为薄壁构件，在受力状态其组成板件
可能丧失局部稳定而产生屈曲，但屈曲后仍能承载
适用于覆盖大面积的单跨、多跨等厂房、仓库和 各类公共建筑。
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建筑自重； （2）吊车吨位：
建筑特点
（1）轻型化，屋盖及墙体均为压型钢板，以减轻
A1~A5工作级别的桥式吊车
悬挂式起重机
20t；
3t。
（3）常用跨度：18 30m，高度4.5 ~ 9m。规程
规定跨度可作到36m。
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结构特点
（2）H型钢重型桁架
桁架节点铰接是一种近似，条件是杆件较细长， 以H型钢作弦杆或腹杆的重型桁架，设计时应注意 节点的次应力，或按刚接节点设计，对重要的节点
还应进行有限元分析。
（3）钢管桁架（圆管或矩形管）
钢管桁架节点受力复杂，原88规范只有直接焊 接的平面桁架式圆管结构的条文。近几年同济大学 对圆钢管空间桁架节点作了一些试验和分析；哈工
大对直接焊接的方管桁架结构（主管为方管，支管
为方管或圆管）的节点作了一些试验和分析，《钢
结构设计规范》修订时，其成果已部分纳入。
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框架结构体系
与梁式结构体系相比，框架式体系比较经济，
且横梁高度可以取得比梁式结构的高度小，刚度 也较大，常用于工业建筑。
框架柱柱脚可以作成铰接，也可以作成刚接。
无铰框架刚度更好，用钢量省、便于安装，但这
由于桁架节点板的外形往往不规则，同时，一些 受动力荷载的桁架还需要计算节点板的疲劳，用撕
裂面法推导出来的公式计算比较麻烦。故参照国外
多数国家的经验，规范建议对桁架节点板也可采用
有效宽度法进行承载力计算。
有效宽度法假定腹杆轴力Ｎ通过连接件在节点板 内按照应力扩散角度传至连接件端部与N 相垂直的 一定宽度范围内，称为有效宽度be 。
随着热轧H型钢在我国投产，剖分T型钢用于桁 架弦杆或腹杆的情况越来越多。T 型钢桁架的优点 是：无离缝、防腐易处理、用钢量省。 问题：
（1）节点施工不方便；
（2）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加 复杂，同时，对节点受力研究不够，故规范公式均 不适用； （3）板件的局部稳定难以满足规范的规定。
a. 在搭接檩条的螺栓连接处采用长圆孔；
b. 设置双柱。 此外，吊车梁与柱的连接宜采用长圆孔。
（4）刚架斜梁的坡度取决于屋面排水坡度，一 般i=1/8~1/20。
减小构件腹板厚度，一般腹板壁厚在4 ~ 10mm，
（4mm是规程规定的下限），主要利用腹板截面的
屈曲后强度。
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS 102：2002 推荐采用Q235、Q345钢材。
假定be范围内的节点板应力达 t· 到fu ，并令be·fu=Nu(节点板破坏
时的腹杆轴力)，按此法拟合的结
果，当应力扩散角=270时精度最
高，计算值与试验值的比值平均
为 98.9% ； 当 =300 时 ， 比 值 为 106.8%，考虑到国外多数国家对 应力扩散角均取为300，为与国际 =300。 接轨且误差较小，建议取
有效宽度法适用于腹杆与节点板采用侧焊、 围焊、铆钉、螺栓等多种连接情况，（采用铆钉
或螺栓连接时，be应取为有效净宽度）。
桁架节点板厚度选用表
一般的钢结构教科书和手册均列有“桁架节点板 厚度选用表”，但都系互相参考，缺乏科学依据。这 次该研究组先制作了N- t/b关系表（N为腹杆最大拉力
；t为节点板厚度；b为连接肢宽度），反映了侧焊缝
10～20倍），故厂房纵向温度变形的不动点接近于
柱间支撑的中点（有两道柱间支撑时，为两支撑距 离的中点）。
新规范增加：“当有计算依据时，温度区段长度
可适当加大”，是考虑到影响温度区段长度限值的因
素较多，在规范中无法逐一反映，让设计人员根据具
体情况考虑增减。 当温度区段长度超过规范规定的数值时，应进行 温度应力的计算或设置温度伸缩缝。 温度伸缩缝的两种做法：
这些建筑采用大跨结构是受装配机器（如船舶、飞
机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。
展览馆
日本大分体育公园综合竞技场
伦敦千年穹顶
大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家 标准《钢结构设计规范》、《网架结构设计与施工
规程》将60m以上定义为大跨度结构，计算和构造
均有特殊规定。我国目前最大跨度做到340m，以 钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。 大跨度结构主要是在自重荷载下工作，主要矛 盾是减轻结构自重，故最适宜采用钢结构。在大跨
焊脚尺寸hf1 、hf2 的影响。同时又在上述参数组合的
最不利情况下，重新整理出偏于安全的N—t表。相对
来说它比以往的N—t表更符合实际。
为保证节点板受压时的稳定，桁架杆件间间隙不 能太大，例如有竖腹杆的节点板（或自由边有加劲 的节点板）c 15t 235 / f y ，不能理解为c 值愈小愈 好。规范规定“弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间 隙，不应小于20mm”，是由于间隙过小，焊接残余 应力影响过大。而对吊车桁架，为避免疲劳破坏又 规定此间隙“不宜小于50mm”；同时还规定在工作 温度-20C地区的桁架，为防冷脆，“腹杆与弦杆相 邻焊缝焊趾间净距不宜小于2.5t ”。同样，这些规定 不能理解为杆件间间隙愈大愈好，在某些情况如出 现矛盾，应妥善处理。
度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材
料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。