第四章-大跨建筑结构选型PPT课件

1）组成：壳面、支承环 2）几何尺寸 ① 跨度：可达100米，多用60米以下 ② 失高：f≥(1/8～1/4)跨度 ③ 壳板厚：现浇式≥40
装配式≥30 3）支承环：同筒壳边梁
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7.3.3 双曲扁壳
1）组成：壳面、边缘构件 2）几何尺寸 ① 跨度：经济跨度30～60米 ② 失高：f≥(1/5～1/6)短边长度 ③ 壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～100 3）边缘构件
1）体系构成
① 覆盖膜面
② 支撑结构
胞体仿生 → 建筑结构
2）薄膜材料
① 聚脂织物加聚氯乙烯涂层：适用于中小跨度的临时性建筑屋盖。
② 无机织物加聚四氟乙烯涂层：适用于大跨度永久性建筑屋盖。
3）结构类型
① 充气薄膜结构
② 悬挂薄膜结构
③ 骨架支撑薄膜结构
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9.1.2 结构体系类型
1）充气薄膜结构
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第四章 大跨度建筑结构选型----6 折板结构
6.2 折板结构的主要尺寸
1）折板类型 ①长折板：L/B>1，f≥(1/10～1/15)L ②短折板：L/B≤1，f≥1/8L 2）跨度：普通砼可达到21米，预应力砼可达到27米 3）一般尺寸：B=2～3米，f=0.5～1.2米，板厚≥B/40
L≥24米，B=1～2米，板厚25～45
4.2 桁架结构的型式
1）按材料：木、钢砼、钢、组合式
2）按外形：① 三角形 L≤18m，i=1/5～1/2
② 梯 形 L=18～36m，≤72m，f/L=1/6～1/8
③ 拱 形 L=18～36m，≤60m，f/L=1/6～1/8
④ 折线形
⑤ 平行弦
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第四章 大跨度建筑结构选型----4 桁架结构
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6）设置横向水平桁架和纵墙体系平衡内拉力
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8.4 悬索结构的混合体系
拱—索
梁—索
悬臂梁—索
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板—索
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悬索结构屋顶实例
柏林会堂 代代木体育馆
华盛顿杜勒斯机场
耶鲁大学冰球馆
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
3）骨架支撑膜结构
以桁架、拱、空间网架等 作为结构骨架，再在其上覆盖 膜材料，并使之张紧成型。
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慕尼黑奥运馆
索膜.结构
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索膜.结构
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8 悬索结构
8.1 体系特征
1）体系构成 ① 索网 ② 支承结构
2）特点 ① 跨度大，空间灵活 ② 利用钢索受拉、砼受压，自重轻，节省材料 ③ 施工方便 ④ 造型新颖，适用性广 ⑤ 由于风力作用而容易失稳
3）适用范围
用于跨度60～150米 方形、矩形、圆形、椭圆形平面
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第四章 大跨度建筑结构选型----8 悬索结构
3）从交叉拱到拱肋结构
交叉拱：屋面自重较大
拱 肋：结构高直轻巧
4）从穹窿结构到帆拱
穹隆：圆形平面
帆拱：方形平面
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3
1.2.2 平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）
特征：“桁架、刚架、拱结构”
1）从梁到桁架 2）从梁到刚架 3）从梁到拱
平面大跨结构
• 从梁到桁架 • 从梁到刚架 • 从梁到拱肋
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1.2.3 新型大跨结构（二战～）
2）角锥体系 ① 三角锥体 ② 四角锥体 ③ 六角锥体
3）平板网架的主要尺寸
网架短向跨度 <30m
30～60m >60m
高跨比 1/10～1/13 1/12～1/15 1/14～. 1/18
网格尺寸与短跨比 1/8～1/12 1/11～1/14 1/13～1/1819
5.4 平板网架杆件与节点
1）杆件 ① 角钢 ② 钢管
3.1 刚架结构的特点
1）内力分布均匀 2）结构轻巧，节省材料，制作方便 3）空间高度大 4）结构刚度差
3.2 刚架结构的型式
1）按组成 ① 三铰刚架 ② 两铰刚架 ③ 无铰刚架
2）按断面 ① 实腹式
② 格构式
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第四章 大跨度建筑结构选型----3 刚架结构
3.2 刚架结构的主要尺寸
1）跨度
① 实腹式：50～60米
5.2 网架结构的型式
1）按材料：木、钢砼、钢、组合式
2）按外形：① 平板网架 a.交叉桁架体系 b.角锥体系
② 曲面网架 a.球面网壳
b.柱面网壳
c.双曲面网壳 .
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第四章 大跨度建筑结构选型----5 网架结构
5.3 平板网架
1）交叉桁架体系 ① 两向正交正放: 适用于正方形平面 ② 两向正交斜放：适用于矩形平面 ③ 三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面
建筑结构选型
第四章 大跨度结构选型
1 大跨度建筑概况
2 拱结构
3 刚架结构
4 桁架结构
5 网架结构
6 折板结构
7 薄壳结构
8 悬索结构
9 其它结构型式 .
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1 大跨度建筑概况
1.1 大跨度建筑定义
按网架结构设计规范规定
≤30米，小跨度
30～60米，中跨度
>60米，大跨度
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第四章 大跨度建筑结构选型----1大跨度建筑概况
f≥L/40
L
B.
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7 薄壳结构
7.1 定义
曲面厚度/曲率半径≤1/20时称为薄壳 建筑工程结构中常为1/50～1/100
7.2 特点
1）受力主要是面内力（薄膜内力） 2）可覆盖大空间而不设柱 3）自重轻，刚度大，整体性好，利于抗震 4）节省材料，经济效果好 5）造型美观，活波新颖
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第四章 大跨度建筑结构选型----7 薄壳结构
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14400
4400
126000
4400
索网 塔柱
曲线边梁
斜拉索
主悬索
锚块
拉杆
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索结.构屋顶
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悬索.结构
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悬索.结构
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悬索.结构
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9 其它结构型式
9.1 薄膜结构体系
9.1.1 结构体系概述
① 气压式薄膜：膜构成管或囊 充气保持形状 承受外部荷载
气压薄膜工作原理 气承薄膜工作原理
② 气承式薄膜：薄膜构成气球 不断向内充气 抵御外部荷载 维持形态稳定
③ 混合式薄膜： a 气压式与气承式混合 b 充气结构与其他结构结合
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波士顿艺术中心剧场
直径44m圆盘形充气屋盖， 美国密执中安心州高庞6提m亚，克体育馆 平双面层尺屋寸面2是2用0m拉×链1连68起m来，的失，高 固定在支承于柱15子.2上m的，受压钢环上
2）节点 ① 十字钢板节点：用于角钢杆件，焊接或螺栓 ② 球节点：用于钢管杆件 a.实心球：螺栓连接 b.空心球：焊接连接 3）网架上弦起坡
排水坡度要求 2～5% ① 结构起拱：跨度>60m时，起拱1/300 ② 上弦加柱：按坡度变高
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5.5 平板网架构造
1）支承方式 ① 四边支承：四边设圈梁，支于列柱 ② 柱支承：四点或多点柱支承 ③ 三边支承：三边支于列柱
1.2 大跨度建筑的发展过程
1.2.1 古典大跨结构（2000多年前～文艺复兴）
特征： “砖石结构”
1）从梁到三角璇 梁：受弯，砖石不宜 拱：受压，发挥材料特性
古典大跨结构
• 从梁到三角璇 • 从筒拱到交叉拱 • 从交叉拱到拱肋结构 • 从穹隆到帆拱
2）从筒拱到交叉拱
筒 拱：墙承重，平面狭长 交叉拱：柱承重，空间贯通
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3.4 刚架结构节点构造
1）顶点铰
钢销栓

2）实腹刚架支座
① 固定支座
细石砼填实
② 铰支座
沥青麻丝填
3）格构刚架支座
① 板式支座
支反力≤100t
② 臼式支座
支反力>100t
③ 平衡支座
支反力≤100t
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4 桁架结构
4.1 桁架结构的特点
1）将受弯杆件转化为轴力杆件 2）充分利用三角形的刚性特点 3）充分利用材料特性，以小杆件拼合跨越大空间
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1.3.2 大跨结构是梁结构的改造和演变
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1.3.3 新型大跨结构的特点
① 整体上是空间结构 ② 跨度大，可覆盖巨大的室内空间 ③ 矢高小、曲率平缓，可有效利用空间 ④ 厚度薄、自重轻，节省材料 ⑤ 形式多样，可适合于各种形状的平面组合
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2 拱结构
2.1 拱结构的特点
1）拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力 2）拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩 3）拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大
特征：“薄壳、悬索、网架” 新型大跨结构
1）鸡蛋壳—薄壁结构
合理的外形，充分发挥材料受压性能，以较 薄的壳体跨越很大的空间，而具有足够
• 从鸡蛋壳到薄壁结构 • 从蜘蛛网到悬索结构 • 从蜜蜂巢到网架结构
的强度和刚度。
2）蜘蛛网—悬索结构
纤细的索网，充分发挥钢材抗拉性能，轻盈 活波，适宜与大跨度
3）蜜蜂巢—网架结构
② 格构式两铰刚架： 60～120米 ③ 格构式无铰刚架：120～150米 ④ 折线弓形刚架：40～50米
高15～20米
2）断面
① 实腹式梁高 h=(1/12～1/20)L 设预应力拉杆 h=(1/30～1/40)L
② 格构柱宽同横梁节间 5～7米 ③ 折线弓形刚架梁高、柱宽 (1/15～1/25)L
薄腹梁 拉杆拱 桁架 密柱曲梁
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30
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7.3.4 双曲抛物面壳
1）组成：壳面、边缘构件
2）几何尺寸
① 跨度：单块柱网可达30x30米 ② 失高：f≥(1/5～1/8)短边长度 ③ 壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～100 3）边缘构件：桁架、密柱边梁、刚性墙
7.3.5 自由曲面壳
1）自由山丘型 2）低压薄膜型 3）悬挂布型
采用单层玻璃纤维薄膜结构，
膜片固定在按对角布置的钢壳上， 共18根，间距约13m60
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英国千禧帐篷 直径320米
薄膜.结构
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薄膜.结构
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薄膜.结构
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千禧帐篷展厅布置内景
薄膜.结构
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9.1.2 结构体系类型
2）悬挂薄膜结构
通过桅杆、边缘索和锚索 等对膜施加预应力，使其形成 并保持反向双曲面特征，具有 一定刚度，维持结构形态的相 对稳定，适合于中小跨度的建 筑物。
4.3 桁架结构节点构造
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1）支座 ① 平板支座 ② 滚轴支座
2）屋架端部 ① 内天沟式 ② 自由落水 ③ 外天沟式
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5 网架结构
5.1 网架结构的特点
1）整体刚度大，稳定性好，为空间多向受力状态 2）杆件受力合理，能充分利用材料特性 3）高跨比小，能有效利用空间 4）杆件规格少，便于工厂化、装配化 5）建筑造型新颖，可适合于多种平面
2.4 拱结构屋盖布置
1）跨度40～60米时 拱间距6～10米，设上弦横向支撑及纵向支撑
2）跨度70～120米时 拱间距9～15米，采用相距3～6米的成对拱
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拱结构屋盖布. 置
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2.5 拱结构支座处理
1）由拉杆承受推力 2）由框架承受推力 3）基础承受推力 4）刚性水平构件承受推力
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3 刚架结构
2.2 拱结构的型式
1）按受力 ① 三铰拱 ② 两铰拱 ③ 无铰拱
2）按外形 ① 双折线型
② 圆弧线型 ③ 抛物线型
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第四章 大跨度建筑结构选型----2 拱结构
2.3 拱结构的主要尺寸
1）跨度：公建主体30～40米，可达到95～200米， 经济跨度80～100米
2）矢高：与建筑外形、使用要求、屋面构造、内力计算有关 屋盖结构 f=(1/10～1/5)L 公建主体 f=(1/5～1/2)L
自由边加托梁、边桁架、拱
2）支座构造 ① 平板铰支座：用于跨度较小 ② 转动弧形支座：用于跨度大 ③ 摇摆支座：用于跨度大、温差大
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5.6 网壳简介 1）球面网壳
2）柱面网壳
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曲面网壳应用
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6 折板结构
6.1 折板结构的组成
1）折板：由钢砼或钢网水泥平板组成 2）横隔构件：可用横隔板、横隔梁、横隔桁架 3）边梁：当跨度较大时设边梁，以减小折板倾角
7.3 薄壳结构型式及构造
7.3.1 筒壳
1）组成：壳面、边梁、横隔 2）几何尺寸 ① 跨度/波长：长壳=1.5～2.5；短壳=1～0.5 ② 失高：f≥(1/10～1/15)跨度 ③ 壳板厚：现浇式≥50
装配式≥30 小跨度=50～60，大跨度≥80 3）边梁形式 4）横隔形式
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7.3.2 球面壳
利用小型杆件，组合成整体结构，刚度大， 变形小，自重轻，材料省
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1.3 大跨度建筑的结构特征
1.3.1 大跨建筑主要承受竖向荷载 1）高层结构 荷载：水平荷载为控制因素 构件：竖向悬臂构件—柱(线)，墙(面)，筒(体) 变形：水平侧移
2）大跨结构 荷载：竖向荷载为控制因素 构件：水平简支构件 变形：竖向挠曲
8.2 结构型式
1）单层单曲面索 2）双层单曲面索 3）轮辐式索 4）鞍形索网
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8.3 悬索结构支承处理
1）采用斜向牵索将悬索拉到基础上
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2）设置对称的斜撑体系平衡内拉力
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3）设置对称的斜拱体系平衡内拉力
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4）设置封闭环梁活马鞍形环梁平衡内拉力
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5）设置竖拱和扁圆环梁平衡内拉力