大跨空间结构认知总结

钢结构参观认知

课程名称：钢结构-房屋建筑钢结构设计

题目：大跨空间结构认知

院（系）：西建大华清学院

专业班级：土木1306班

姓名：张茂晨

学号： 41号

2016年5月7日

大跨空间结构认知

2016年4月29日早上10点30分，在钢结构老师的带领下参观了大跨空间结构体系中的网架结构模型，首先说说大框结构概念，国际壳体结构与空间结构协会的创始人,已故著名薄壳结构专家托罗哈有一句名言：“最佳结构有赖于其自身受力之形体，而非材料制潜在强度”。所谓空间结构是指：具有不易分解为平面结构体系的三维形体，具有三维受力特性，在荷载作用下呈空间工作的结构。刚架结构和排架结构（单层工业厂房），钢筋混凝土框架结构，桁架结构，拱结构都是平面结构，网架结构是典型的三维受力体系结构。

大跨结构空间结构发展历程，在无力学与结构理论情况，凭借经验与大胆的探索，古罗马最著名的穹顶是万神殿，也是建筑史

上最早，最大跨度的拱结构，万神殿的底

平面直径也为43.4米，与高度相等。万神

殿下半部为空心圆柱形，从高度一半的地

方开始，上半部为半球形的穹顶，穹顶的

墙面厚度逐渐减小，其下方墙厚6米，与

万神殿下半部墙壁等厚，到顶部则递减为

1.5米。为使穹顶墙厚的递减更有利于万

神殿整体建筑的稳固，万神殿穹顶内壁被

整齐划分为5排28格，每一格皆被由上而下雕凿凹陷，不仅使墙厚的递减更为合理，也增加了万神殿内部的美观性。还有公元前537年东罗马帝国的圣索菲亚教堂（砌体结构），中央大厅32.6m×68.6m，由一个整园穹拱和两个半圆穹顶覆盖，穹窿之下，柱拱之间，推力逐步传给更小的半圆穹顶。随着19世纪工业革命的发展，材料的进步，生铁出现，当时铁价比木材低廉，采用铁方便灵活又具有截面小等特点，在欧洲兴盛起来，1851年伦敦海德公园举行首届国际博览会的展览馆水晶宫，用的是钢材和玻璃建造的第一栋房屋，中央大厅采用了筒拱顶，支撑在空心铸铁柱上。随着钢结构快速的发展，钢筋混凝土结构也开始成熟起来，1886年英国阿士普丁发明混凝土。1886年德国冠农通过圆拱和平板荷载试验确定了钢筋受拉，混凝土受压的理论。1892年法国亨奈比克用钢筋植入混凝土中，渐渐的运用在房屋建筑中。空间结构理论研究也在同步发展，1826～1831年法国人首创薄壳理论及周边支撑筒壳近似分析法，1892年的径向剪力与弯矩理论为以后壳体结构发展打下基础。1924年天象仪概念创始人鲍尔斯费尔德教授非结构专业，用纯数学计算出自己提出的用15m直径的半圆形网壳结构的每根杆的位置和长度，建成了公认的真正意义上的空间结构的德国耶拿市蔡斯工厂的天文馆。该结构以网壳与薄壳的组合结构。其表面用钢丝覆盖后喷浆，钢的求网壳在施工中当了模架，水泥硬化后成为球壳的配筋。1925年第一个真正薄壳诞生于德国耶拿Schiff玻璃工厂厂房的旋转对称的球壳屋顶。

分类：①实体结构薄壳结构主要形式：圆柱面壳，圆球壳，双曲扁壳，双曲抛物面扭壳，与传统平面结构相比，薄壳结构造型优美，传力路线直接，受力性能好，既是承重结构又是围屋结构材料节约。案列罗马小体育馆，美国西雅图金郡体育馆，北京网球馆;折板结构主要形式：V,II,Z形，折线形横截面，大大增加了空间刚度，能做梁受弯，拱受压，便于制作。案列美国伊利诺大学会堂，武钢外国专家招待所文娱室。

②网格结构杆件空间会交于节点，形成一个高次超静定结构。平板网架：外观为平板，多向传力，空间刚度大，整体性好，有良好的抗震性能，及适用大跨度建筑，也适用中小跨度房屋，能覆盖各种形状的平面；网壳：外观为曲面状，有单层和双层两类，主要承受压力，稳定问题比较突出，跨度较大时，不能充分发挥材料强度，杆件和节点的几何偏差，曲面偏离等初始缺陷对网壳内力和整体稳定影响较大。

网架结构分类

平面桁架系网架：两向正交正方，两向正交斜放，两向斜交斜放，三向，单向折线形四角锥体系网架：正方四角锥，正方抽空四角锥，斜放四角锥，棋盘形四角锥，星型四角锥

三角锥体系网架：三角锥，抽空三角锥，蜂窝形三角锥

斜放四角锥网架：组成

单元倒放四角锥，于正

放四角锥不同之处在于

四角锥底边的角于角相

连。上弦网架呈正交斜

放，下弦网格则与建筑

轴线平行或垂直呈正交

正放；上弦杆短承受压

力而下弦杆长承受拉

力，受力合理，充分发

挥截面作用，耗钢量较

省。

两向正交正方网架：组

成单元两个方向的平

面桁架互相垂直交叉

而成，两个桁架节间宜

布置成偶数，奇数时中

间做交叉腹杆，周边上

弦网格中设置附加斜

撑，传递水平力，当支

撑点在下弦节点时，下

弦杆也设置。

棋盘四角锥网架：组成单

元倒放四角锥，与斜放四角锥（水平转动45°）基本相同，下弦正交正方，上弦正交斜放，也具有上弦短下弦长特点，周边布置成满锥的情况下刚度较好，具有斜放四角锥的全部优点，屋面构造简单。

蜂窝型网架：组成单元倒放三角锥，各倒置三角锥底面的角于角相连，因其上弦是有规律的三角形与六边形，其图形与蜜蜂巢相似，故为蜂窝形三角锥，下弦网架呈单一的六边形。下弦杆与斜腹杆位于同一垂直平面内，每个节点有六个杆件会交，上弦短，下弦长受力比较合理，在各类网架中它的杆件数和节点数都比较少，轻型屋盖中小跨采用，有较好经济效果。

星型四角锥网架：组成单

元两个倒放的三角形小桁架正交形成，在交点处有一根共用的竖杆，形状像个星体。将单元体的上弦连接起来即形成网架上弦，将各星体顶点相连为网架下弦。上弦正交斜放，斜腹杆均与上弦位于同一垂直平面内。上弦短下弦长受力合理。竖杆受压内力等于上弦节点荷载，刚度稍差，不如正方四角锥，用于中小跨度周边支撑屋盖

两向正交斜放网架：组成单元两个方向的平面桁架互相垂直交叉而成，正交正方转动45°，每向桁架与建筑轴线交角不再正交成45°。两个方向平面桁架跨度有长有短，节点数有多又少，但网架是等高的，因此各榀桁架刚度各异，能形成良好空间受力体系。