大跨建筑结构(大跨平面结构)
大跨度与小跨度的划分及适用的结构体系
大跨度与小跨度的划分及适用的结构体系一、概述大跨度与小跨度的划分和对应的结构体系一直是建筑工程领域中一个备受关注的问题。
随着建筑设计和施工技术的不断进步，对大跨度和小跨度结构的需求也在不断增加。
正确的划分和选择适用的结构体系对于工程设计和实施具有重要的指导意义。
本文将就大跨度与小跨度的划分及适用的结构体系进行深入探讨。
二、大跨度与小跨度的定义1. 大跨度结构大跨度结构通常指的是在建筑或桥梁中跨度较大的结构。
一般来说，跨度大于50米的建筑或桥梁可以被称为大跨度结构。
大跨度结构由于其较大的跨度，需要考虑较多的内力、变形、振动等问题，因此在设计和施工中需要采取相应的措施来保证结构的安全和稳定。
2. 小跨度结构小跨度结构则是相对于大跨度结构而言的。
一般来说，跨度小于50米的建筑或桥梁可以被称为小跨度结构。
小跨度结构由于跨度较小，内力和变形等问题相对较少，因此在设计和施工中的考虑因素也相对较少。
三、大跨度与小跨度结构的区别1. 内力分布大跨度结构由于跨度较大，内力分布相对复杂。
在设计中需要考虑不同部位的受力情况，以保证结构的安全性。
而小跨度结构内力分布相对简单，设计上的考虑因素也相对较少。
2. 稳定性由于大跨度结构的跨度较大，其稳定性相对较差，需要采取相应的措施来保证结构的稳定性。
而小跨度结构由于跨度较小，其稳定性相对较好。
3. 振动问题大跨度结构在设计和施工中需要考虑振动等问题，以保证结构的使用安全性。
而小跨度结构由于跨度较小，振动问题相对较少。
四、大跨度与小跨度适用的结构体系1. 大跨度结构适用的结构体系钢结构体系是大跨度结构常用的结构体系之一。
钢结构具有自重轻、刚度大、施工速度快等优点，适用于大跨度建筑和桥梁的结构体系中。
索弦结构体系也是大跨度结构的常用结构体系，其富有弹性和变形能力，适用于跨度较大的结构。
2. 小跨度结构适用的结构体系混凝土结构体系是小跨度结构常用的结构体系之一。
混凝土结构具有承载能力强、耐久性好等优点，适用于小跨度建筑和桥梁的结构体系中。
大跨建筑结构设计要点
大跨建筑结构设计要点1. 引言大跨建筑是指跨度较大的建筑结构，通常用于场馆、机场、桥梁等重要工程。
大跨建筑结构设计要点涉及材料选择、结构布局、抗震设计等方面，本文将从这些方面介绍大跨建筑结构设计的要点。
2. 材料选择2.1 结构材料对于大跨建筑来说，结构材料的选择至关重要。
常见的结构材料包括钢材、混凝土和木材。
具体的选择需要考虑建筑的功能、负荷要求、耐久性和成本等因素。
钢材通常用于跨度较大、承载能力要求高的部位，混凝土用于提供更好的耐久性和抗震性能，木材则常用于轻型结构和装饰。
2.2 外墙材料外墙材料的选择需要考虑建筑的整体风格和环境要求。
常见的外墙材料包括玻璃、金属板、石材等。
玻璃材料可用于增加建筑的透明度和光亮感，金属板常用于现代风格的建筑，石材则常用于提供建筑的稳定感和质感。
3. 结构布局大跨建筑的结构布局需要考虑建筑的跨度、高度、稳定性和空间利用率等因素。
3.1 平面布局在平面布局上，大跨建筑可以采用单室或多室结构。
单室结构适用于跨度较大、建筑内部空间需求较大的场所，多室结构则适用于灵活分区、功能需求复杂的场所。
3.2 立面布局在立面布局上，大跨建筑可以采用平直或曲线形状。
平直形状适用于现代简约风格的建筑，曲线形状则适用于提供建筑的流畅感和美感。
4. 抗震设计大跨建筑需要进行有效的抗震设计，以确保建筑在地震等自然灾害中的安全性。
4.1 建筑地基合理的地基设计是抗震设计的基础。
在大跨建筑中，通常需要采用深基坑和深基桩等方式来提供足够的支撑和稳定性。
4.2 结构体系合理的结构体系可以提高建筑的整体稳定性。
对于大跨建筑，常见的结构体系包括框架结构、剪力墙结构和桁架结构等。
其中，桁架结构通常用于跨度较大的建筑，剪力墙结构则适用于提高建筑的抗震能力。
4.3 防震装置大跨建筑还可以采用防震装置来提高抗震能力。
常见的防震装置包括减震器和承载控制装置等。
5. 结论大跨建筑的结构设计要点包括材料选择、结构布局和抗震设计等方面。
大跨度建筑结构
大跨度建筑结构1单层刚架刚架是以横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。
1.1受力特点：梁柱合一的刚架仍是横向受弯为主的结构，但梁柱刚接的相互约束减少了梁跨中与柱内弯矩，内力虽然有轴力，但以弯矩为主，这是其承荷传力的基本特性。
刚架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥。
由于大多数刚架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且结构下部的空间增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利。
同时，倾斜的横梁使建筑屋顶形成折线形，建筑外轮廓富裕变化。
由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因此应用非常广泛。
但刚架结构的刚度较差，不宜用于吊车起吊重量超过100KN的厂房等建筑。
1.2刚架结构的类型刚架按结构组成的构造方式不同，分为无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架。
无铰刚架和两铰刚架是超静定结构，结构刚度较大，但当地基条件较差，发生不均匀沉降时，结构产生附加内力。
三铰刚架则属于静定结构，在地基产生不均匀沉降时，结构不会引起附加内力，但刚度不如前两种好。
一般来说，三铰刚架多用于跨度较小的建筑，前两者用于较大的建筑。
刚架按材料不同分为胶合木刚架、钢刚架和混凝土刚架。
胶合木刚架是利用短薄板的板材拼接而成，不受原木尺寸及缺陷的限制，具有较好的防腐和耐燃的性能。
轻钢门式刚架适用范围:用于跨度为9一36m，柱距为6m，柱高为4.5一9m，不设吊车或设有起重量较轻吊车的单层工业厂房或公共建筑:设置桥式吊车时起重量不宜大于20t、设置悬挂吊车时起重量不宜大于3t。
钢筋混凝土刚架一般适用于跨度小于18m，高度小于10m的无吊车和吊车荷载小于100KN的建筑中，最大跨度可达30m。
钢筋混泥土刚架构件截面一般为矩形，以便于叠层预制。
为省掉不必要的混泥土可做成空心界面、工字形截面或空腹式。
刚架按建筑体形分有平顶、坡顶、拱、单跨与多跨。
1.3刚架结构的建筑造型刚架结构常用钢筋混泥土建造，为了节约材料和减轻结构的自重，通常将刚架做成断面形式，柱梁相交处弯矩最大，断面增大，较接点处弯矩为零，断面最斜或外直内斜。
大跨度结构其结构体系有很多种
大跨度结构其结构体系有很多种，如网架结构、索结构、薄壳结构、充气结构、应力膜皮结构、混凝土拱形桁架等，常用于展览馆、体育馆、飞机机库等。
一.网架结构网架结构为大跨度结构最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网架。
其杆件多采用钢管或型钢，现场安装。
常见的为平面桁架、四角锥体和三角形锥体组成，其节点形式可分为焊接钢板节点和焊接空心球节点两种。
二.索结构索结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中，可以说是土木工程中结构形式互通互用的典型范例。
三.薄壳结构薄壳结构常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。
圆形圆顶结构是轴对称结构，在轴对称荷载作用下，将只产生两种力：径向力和环向力。
径向力为沿经线方向的力，因其要平衡垂直向下荷载，所以必定为压力。
环向力为沿纬线方向的力。
圆形屋顶在垂直荷载作用下，上部的圆顶部分将受压收缩，其直径将变小，而下部近支承部分直径将增大，即上部将产生环向压力，而下部将产生环向拉力，中间将有一截面，为环向压力向环向拉力转变的交界线，该处的环向力为0，该截面称为“过渡缝”。
悉尼歌剧院格拉加尼亚修道院教堂上页下页四.混凝土拱形桁架混凝土拱形桁架在以前的工程中应用较多，但因其自重较大，施工复杂，现已很少采用。
目前最大跨度的拱形桁架为贝尔格莱德的机库，为预应力混凝土桁架结构，跨度为135.8m。
日本姬路市中心体育馆五.充气结构充气结构又称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部充气形成一定的形状，作为建筑空间的覆盖物。
对角跨长200m,由室内地面至顶高6.07m的东京穹顶，是不用柱子，只依靠室内外气压差来制成的膜屋盖结构，也是在日本最初用于多功能全天候的体育场，约30,000平方米超大椭圆形屋顶，采用悬索加强的充气膜结构。
其双向各配置14根共28根钢索，在其上张拉着涂有特富龙的玻璃纤维布。
请看充气膜的充气过程：六.应力膜皮结构应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结构。
建筑结构 大跨度结构
一、刚架结构
单 层 刚 架 基 本 尺 度
第十一章 大跨度结构
二、桁架（屋架）结构
第十一章 大跨度结构
受力 特点
桁架（屋架）的受力以轴力为主，各杆是承受拉（压）力的二力杆
件，受力状态比梁合理，计算简单、施工方便、自重较轻、适应性强。 但结构高度大，侧向刚度小，为保证其侧向稳定而设置的支撑往往耗 费过多的材料，为了构造和制作的方便往往采取由最大内力控制的等 截面杆件而使材料未尽其用。
二、桁架（屋架）结构
桁 架 结 构 布 置 及 支 撑 体 系
第十一章 大跨度结构
二、桁架（屋架）结构
工 程 实 例
I 国 家 体 育 馆 鸟 巢
第十一章 大跨度结构
二、桁架（屋架）结构
第十一章 大跨度结构
工程实例-国家体育馆鸟巢
三、拱结构
第十一章 大跨度结构
受力 特点
拱结构杆轴为凸向外荷载的曲线，在竖向荷载作用下产生推力并以
四、薄壳结构
第十一章 大跨度结构
薄壳结构主要形式及尺度
• 双曲扁壳
双曲扁壳矢高与底面短边之比应不大于1/5，但也不能太扁以避免向平板 转化。当双面扁壳双面曲率不等时，较大曲率与较小曲率之比，以及底面 长边与短边之比，均不宜超过2。双曲扁壳允许倾斜放置，但壳体底平面 的最大倾角不宜超过10°，其它尺度要求同球壳。
为使悬索结构具有足够的形状稳定性，应在悬索体系内建立适当的 预应力，使悬索绷紧。
类型
单层悬索加重屋面 预应力“悬挂薄壳” 预应力双层索系、 预应力索网
劲性悬索 横向加劲平行索系——索-梁(桁)体系、索-拱体系
七、悬索结构
第十一章 大跨度结构
悬索结构尺度
• 单层索系：承重索垂跨比1/20～1/10
大跨度建筑的结构类型及造型
薄壳结构形式
筒壳 圆顶壳 双曲扁壳 双曲抛物面壳
双曲扁壳与双曲抛物面壳
北京火车站——双曲扁壳
薄壳结构的建筑造型
建筑造型是以各种几何曲面图形 为基本，有圆筒形、圆球形、双 曲抛物面形。 不简单重复上述基本形式，而是 巧妙地运用交贯、切割、改变参 数等方法，重新组合再创造。造 型独特新颖，突出建筑个性。
巴黎国家工业与技术中心陈列馆
三束锥状双曲面薄壳交 汇于屋顶中心，立面呈 抛物线形，上下双层壳 板组成空腔壳体，平均 厚度18CM,仅为跨度的 1/144。
美 国 麻 省 理 工 学 院 礼 堂
埃罗· 沙里宁，1/8球面薄壳，平面为曲边三角 形，边梁向上卷起，传递荷载至三个支座，地 下埋设水平拉杆，平衡推力，铜板覆盖，玻璃 幕墙曲面外墙。
肯尼迪机场候机楼
四片双曲面钢砼薄壳合围成 屋顶，展翅飞翔的大鸟。采 光带分开四部分，边梁朝支 座逐渐加宽，适应增大的内 力。模型实验，艺术与结构 的完美结合，没有生硬的几 何图形痕迹。
空间网格结构
多根杆件
以一定规律 节点连接
平板网架 曲面网壳 空间结构形式
1、多向受力结构，整体性强，稳定， 刚度大； 2、杆件主要承受轴向拉、压力，符合 材料特性，节省； 3、结构高度小，有效利用空间； 4、杆件规格统一，易于生产。
大跨度房屋结构
大跨度房屋结构摘要：随着经济的发展，大跨度结构在公共建筑中的应用越来越广泛。
关键词：大跨度;实腹式框架;格构式框架Abstract: with the development of economy, big span structure in the public buildings used more widely.Keywords: big span; Solid-web framework; Of lattice frame大跨度房屋结构常用于公共建筑。
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，市场，火车站，航空港等，受使用要求和建筑造型要求所制约，具有大的跨度。
它们是为了满足人类社会文化生活不断丰富的需求而产生的。
大跨度房屋结构也用于工业建筑。
特别是航空工业和造船工业中，更多地采用大跨度结构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。
这些建筑采用大跨度结构是受装配机器（如船舶，飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。
大跨度建筑物的用途，其使用条件以及对其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性------梁式的，框架式的，拱式的，空间式的以及悬挂-悬索式的。
梁氏及框架式体系，较常用于矩形平面的大跨建筑无盖；拱式体系具有建筑造型方面的优点，跨度在80m和更大时，这种体系比较经济；呈网格或实腹薄壳及褶板，平板网架结构，穹顶或篷盖状的空间体系，用钢量最为经济，多用于圆形或矩形的房屋平面。
悬挂结构体系中主要承重构件是用高强材料制作的受拉索缆（钢绞线，高强钢丝束等），轻巧是它的最大优点。
这种结构体系制造和安装都比较简单。
大跨度屋盖主要具有矩形平面。
但是公共建筑如影剧院，音乐厅，体育馆，展览馆等，除了矩形平面，也可能具有圆形或椭圆形平面。
采用普通矩形以外的平面，使屋盖结构的构成复杂化，这不便于使用定型结构构件。
大跨建筑物一般不属于大量建设项目，其建筑及结构方案极具个性，当然，这也在一定程度上限制了结构的定型化及工业化。
常见大跨度建筑的结构形式
常见大跨度建筑的结构形式结构类型：有拱、刚架以及桁架、折板结构、壳体结构、网架结构、悬索结构、充气结构、篷帐张力结构等。
拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。
由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。
常见方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。
很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。
拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。
古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢衍架拱，跨度可达百米以上。
拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。
刚架是由梁和柱组成的结构，各杆件主要受弯,刚架的结点主要是刚结点，也可以有部分铰结点或组合结点。
全部是钢材焊接的结构，一般用于超高层的办公大楼，或大型的会场和展厅。
桁架是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。
桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。
桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。
常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。
折叠折板屋顶结构一种由许多块钢筋混凝土板连接成波折形的整体薄壁折板屋顶结构。
这种折板也可作为垂直构件的墙体或其他承重构件使用。
折板屋顶结构组合形式有单坡和多坡，单跨和多跨，平行折板和复式折板等,能适应不同建筑平面的需要。
常用的截面形状有V形和梯形，板厚一般为5~10厘米,最薄的预制预应力板的厚度为3厘米。
跨度为6~40米，波折宽度一般不大于12米,现浇折板波折的倾角不大于30°;坡度大时须采用双面模板或喷射法施工。
大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型
大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型- 结构理论摘要：大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。
大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。
而大跨度结构的表现形式是多种多样的，具体如下文所示：关键词：大跨度空间结构；拱券结构及穹隆结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构一、拱券结构及穹隆结构从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看，人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。
古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，从建筑历史发展的观点来看，一切拱结构-包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆-的变化和发展，都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。
券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。
罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。
拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。
例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。
很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。
为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。
而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。
到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。
神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。
在大跨度结构中，结构的支点越分散，对于平面布局和空间组合的约束性就越强；反之，结构的支承点越集中，其灵活性就越大。
从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构；从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构，都表明由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。
大跨度建筑结构
悉尼超级穹顶体育馆
达 州 市 体 育 场 效 果 图
达州市体育场看台挑棚采用了在节点处相贯连接的圆钢 管空间桁架结构，拱顶为覆盖的膜结构。 管空间桁架结构，拱顶为覆盖的膜结构。 圆钢管空间桁架的主拱跨度为240m， 圆钢管空间桁架的主拱跨度为240m，与主拱垂直的次 拱最大跨度34m。 拱最大跨度34m。 主拱截面为菱形空间桁架，次拱为三角形空间桁架， 主拱截面为菱形空间桁架，次拱为三角形空间桁架，次 拱与主拱间均采用相贯连接。 拱与主拱间均采用相贯连接。
二、大跨度空间结构的分类
大跨空间结构的类型 和形式十分丰富多彩，习 惯上分为如下这些类型： 一、实体结构类--薄壳结 构，折板结构 二、网格结构类--网架结 构、网壳结构 三、张力结构—悬索结构、薄膜结构 四、其它新型大跨度空间结构-- 可展开折叠式结构、开合屋 盖、 张拉整体结构、 张弦结构、 整体张拉预应力拱架结构
日本名古屋，支承在看台框 架柱顶的屋盖直 径则有187.2m, 采用边长约10m 的钢管构成的三 向网格，每个节 点上都有六根杆 件相交，采用直 径为1.45m的加 肋圆环，钢管杆 件与圆环焊接,成 为能承受轴向力 与弯矩的刚性节 点
THE
END
悬挂在两个塔柱上 的两条中央悬索及 分列两侧的两片鞍 形索网是屋盖结构 的主要组成部分。 高耸的塔柱、下垂 的主悬索和流畅的 两片鞍形曲面组成 了雄伟别致的建筑 物
日本东京代代木体育馆 鞍形索网
悉尼超级穹顶体育馆是被作为
2000年奥林匹克运动会的多功能体育 馆进行设计的。 菲利普·考克斯与其合作者们把大 穹顶体育馆想象成一座庞大、水平且 半透明的建筑。建筑外形呈鼓状，由 24根钢柱支撑着的放射状网架结构形 成了遮盖赛场的轻型屋盖体系。为使 其尺度不至于过大，他们在两侧设置 了环抱体育场的轻质廊道，这就给这 个大尺度的表皮添上了一些人性化的 细部。但是要欣赏大穹顶还是需要一 定的角度和高度，所以他们在设计时 运用了一种类似桅杆的结构，就像是 一个花冠围绕在体育馆的周围。他们 以其纤细但不失强度的悬索和自由排 列的柱廊强调大穹顶的整体外观。支 撑柱廊的是树状的柱子，屋顶采用了 有拉索支撑的桁架结构，大尺度出挑 的屋檐为场馆提供了阴凉的空间。
常用大跨度结构
大跨度建筑构造--屋顶构造
彩色压型钢板屋面
——材料形式
大跨度建筑构造--屋顶构造
彩色压型钢板屋面
——材料形式
大跨度建筑构造--屋顶构造
彩色压型钢板屋面——构造层次与细部构造： 波高以35mm为界，纵向接缝搭接长度不小于100mm
彩色压型钢板屋面
大跨度建筑构造--中庭天窗构造
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
四、网架结构及其造型
Palacio de los Deportes, /wiki/Venues_of_the_1968_Summer_Olympics
四、网架结构及其造型
——设置排水槽，排水槽要保证必要的排水坡度，排水路径不能过长
3. 天窗应有良好的防水性能
——足够的排水坡度、排水路线短捷畅通、接缝严密
4. 防止眩光对室内的影响
——采用具有漫反射性能的透光材料、加设折光构件
大跨度建筑构造--屋顶构造
金属瓦屋面
——构造层次：檩条、木望板、干铺油毡（一层）、瓦材（防腐处理） ——屋面划分：瓦材尺寸不宜超过2m ——细部构造：拼缝、泛水、天沟、檐口等
大跨度建筑构造--屋顶构造
金属瓦屋面拼缝构造
金 属 瓦 屋 面 构 造 实 例
金 属 瓦 屋 面 构 造 实 例
五、折板结构及其造型
特点
L1/L2≤1 L1/L2≥1 短折板 长折板 L2：波长（不宜大于12m）， L1：跨度
f长折板=（1/10~1/15）L1，f短折板≥（1/8）L1
——薄、省材；预制装配（装配整体式）；构造简单
五、折板结构及其造型
大跨度建筑及构造设计
2 大跨度建筑结构类型及其造型、技术特点
大跨度建筑结构类型及造型、技术特点
网架结构
大跨度建筑结构的类型和形式丰富多彩，可按不同的分类方法来阐述。 按照所用材料及建造方式可分为：钢筋混凝土薄壳结构、网架结构、网壳结 构、轻钢结构、管桁架结构、悬索结构、膜结构和索—膜结构、混合结构等。
一 、网架结构
然而大跨度建筑真正得到迅速发展还是在19世纪后半叶以后，特别是 第二次世界大战后的几十年中。例如1889年为巴黎世界博览会建造的机械 馆，跨度达到115m，采用三铰拱钢结构；又如1912-1913年在波兰布雷斯 劳建成的百年大厅直径为65m，采用钢筋混凝土肋穹顶结构。目前世界上跨 度最大的建筑是美国底特律的韦恩县体育馆，圆形平面，直径达266m，为 钢网壳结构。我国大跨度建筑是在解放后才迅速发展起来的，20世纪70年 代建成的上海体育馆，圆形平面，直径110m，钢平板网架结构。我国目前 以钢索及膜材做成的结构最大跨度已达到320m。
大跨度建筑的发展及历史沿革
1983年建成的加拿大加里体育馆，采用采用双 曲抛物面索网屋盖，圆形平面直径135米，迄 今为止仍是世界上最大的索网结构。
蒙特利尔 奥运会体育中心---1976年 最大跨度172m，高32m
大跨度建筑的发展及历史沿革
充气结构构建简单方便，可快速装拆，使用与重量轻，运输体积小的 场合，特别适用于索网和薄膜结构的支撑构建。自重轻，仅为其他结构重 量的十分之一，因而容易跨越很大的空间，适用于体育馆、展会等大型公 共建筑。如1988年建的日本东京后乐园棒球场，直径204米，屋高61米， 总体积140万平方米。
有代表性。
大跨度建筑结构类型及造型、技术特点
网架结构
（一）网架结构的优缺点
建筑概论第8章 大跨建筑简介
中国国家游泳中心，平面尺寸177m×177m，是世界上最大的膜结构工程，总 建筑面积65000～80000平方米，见图8-33。除地面外，外表面都采用了膜材料— ETFE。
图30 阿拉伯塔酒店图
图31 水立方
（六）充气结构
充气结构是由薄膜材料制成的构件充入空气后形成的结构，具有自重轻、跨 度大、构造简单、建造方便外形灵活等优点。
图3 德国法兰克福机场机库
图4 马拉卡拉体育场
（5）首都人民大会堂，采用的是钢屋架，跨度达到60m，南北长336米，东西宽 206米，高46.5米，占地面积15万平方米，建筑面积17.18万平方米。比故宫的全 部建筑面积还要大。见图5。 （6）北京奥运会主场馆“鸟巢”，目前是世界上跨度最大的钢结构建筑，外形像 鸟巢，立面与结构达到了完美的统一，工程主体建筑呈空间马鞍椭圆形，南北长
深圳龙岗商业中心建筑面积114300平方米，2003年开工兴建，是我国也是 世界上第一个充气悬浮的建筑，见图32。
图32 深圳龙岗商业中心
（七）应力蒙皮结构
应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结 构。
1959年建于美国巴顿鲁治的应力膜皮屋盖，是第一个应力蒙皮大跨结构。屋 盖直径为117m，高35.7m，由一个外部管材骨架形成的短程线桁架系来支承804 个双边长为4.6m的六角形钢板片单元，钢板厚度大于3.2mm，钢管直径为 152mm，壁厚3.2mm，见图33。
大跨建筑结构(大跨平面结构)
温度伸缩缝的两种做法： 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。
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。 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。
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。
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。
也可采用构造要求，如设置隅撑。
檩条的构造处理——加隅撑*
5 构件设计的特点
（1）斜梁轴力较大，一般按压弯构件设计，须 满足强度、整体稳定、局部稳定的要求。工字形截 面的腹板也可按考虑屈曲后强度进行设计，但最大 高厚比不宜大于250。
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。
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（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
（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
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。*
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。
1
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。
2
结构特点
上海证券大厦
连接两幢主楼 的天桥桁架跨度 63m，共支承着从 17层至26层共8个
楼层，采用了H型
钢重型桁架。
上海浦东国际机场
上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m， 跨中高度超过11m，单榀屋架梁重55吨。
为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁
在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了
一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。
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
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。
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。
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。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
态类似弹性地基梁，有研究认为可按弹性地基梁
的压杆计算，受拉翼缘对其的约束作用视为弹性
地基梁的作用，截面扭转和侧向弯曲效应等效转
化为作用于下翼缘的侧向荷载，以简化计算。 也可采用构造要求，如设置隅撑。
檩条的构造处理——加隅撑*
5
构件设计的特点
（ 1 ）斜梁轴力较大，一般按压弯构件设计，须
满足强度、整体稳定、局部稳定的要求。工字形截
假定be范围内的节点板应力达 t· fu=Nu( 节点板破坏 到 fu ，并令 be·
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
（5）檩条采用冷弯薄壁型钢，截面一般为C型钢 或 Z 型钢 （坡度 较大时 ，可以 做到主 轴与地面平 行）。檩条壁厚一般1.5 ~ 3.0mm，1.5mm为规范规 定的下限。 新修定的国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规 范》GB50018-2002 已取消了壁厚 6mm 上限的规定，
板厚由设计者自行掌握（未试验），我国目前已能
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 小角钢 。
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
0 =30 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
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
（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
；t为节点板厚度；b为连接肢宽度），反映了侧焊缝
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。
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。
（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。
面的腹板也可按考虑屈曲后强度进行设计，但最大
高厚比不宜大于250。
工字形截面构件腹板考虑屈曲后强度的设计特点： （ a ）条款不适用于吊车梁，因有关资料不充分， 多次反复屈曲可能导致腹板边缘出现疲劳裂纹。
3
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。