第九章 大跨屋盖结构
大跨厂房结构的结构形式和构造特点
大跨厂房结构的结构形式和构造特点大跨厂房结构是指跨度较大的工业厂房的结构形式。
由于大跨厂房需要满足较高的承重能力和稳定性要求，因此在结构形式和构造特点上有着一些独特之处。
一、结构形式：1. 刚性框架结构：大跨厂房常采用刚性框架结构，通过竖向的柱子和横向的梁构成一个稳定的刚性框架。
这种结构形式具有承载能力强、刚度大的优点，能够满足大跨度厂房的载荷要求。
2. 梁柱结构：大跨厂房的主要承重结构由梁和柱组成，梁与柱之间通过连接件连接起来，形成一个稳定的结构体系。
梁柱结构能够有效地承担水平和垂直荷载，具有承载能力强、施工方便等优点。
3. 空间网架结构：在大跨度厂房中，为了减小结构的自重和提高承载能力，常采用空间网架结构。
空间网架结构由桁架或钢管构成，具有结构轻巧、刚度好的特点，适用于大跨度厂房的特殊要求。
二、构造特点：1. 钢结构：由于大跨厂房需要承受较大的荷载，常常采用钢结构作为主要承重结构。
钢材具有较高的强度和刚度，能够满足大跨厂房的要求。
同时，钢结构还具有施工方便、工期短、可拆装等优点。
2. 预应力技术：为了增加大跨厂房的承载能力和稳定性，常常采用预应力技术。
预应力技术通过施加预应力，使结构构件在荷载作用下具有较好的抗弯和抗剪能力，提高了整个大跨厂房的承载能力。
3. 抗震设计：大跨厂房需要具备一定的抗震能力，以应对地震等自然灾害的影响。
因此，在大跨厂房的设计中，常常考虑抗震设计，采用增加剪力墙、设置减震器等方式来提高结构的抗震性能。
4. 防火设计：大跨厂房的结构在设计时还需要考虑防火要求。
为了保证厂房的安全性，常采用防火涂料、防火隔墙等防火措施，以提高大跨厂房的防火性能。
总结：大跨厂房结构形式主要包括刚性框架结构、梁柱结构和空间网架结构，具有钢结构、预应力技术、抗震设计和防火设计等构造特点。
这些特点使得大跨厂房具有较好的承载能力、稳定性和安全性，能够满足工业厂房的使用要求。
大跨楼屋盖结构建模教学
大跨楼屋盖结构建模教学1.概述网架本身具有：重量轻、刚度大、抗震性能好、空间大等自身的优势,所以越来越受到大家的青睐.大跨度楼盖和屋盖的应用也越来越普遍,也越来越多的出现在大家的视线中,比如：加油站、门厅、大型展厅,都喜欢采用这种混搭结构形式.但是大部分设计师,对于这种结构如何建模及进行整体计算非常困惑,本篇文章将详细讲解,如何在结构设计软件PKPM中快速完成这类结构的建模及相关参数的设置.2.网架独立计算的缺点和整体计算的必要性大家对于这种结构,有一些很简化的处理方法.一般都是先对网架单独进行计算分析,然后把支座力以集中力的形式,加到下部主体结构中,以此来考虑网架荷载对下部结构的影响.另外,因为网架的面内刚度很大,所以设计师一般采用一些近似的方法,模拟网架刚度对主体结构的影响,比如：用虚梁、用等代梁、用刚性杆件、用刚性楼板模拟等.但这些模拟方法都是不准确的,因为不管用什么方法模拟,都没有真实的把上部网架建到模型中,更无法实现上部网架和下部主体结构的整体计算分析,尤其是网架单独分析与整体分析在动力特性上的差异.所以这些简化处理方法,都无法真实反映出网架的刚度、没有反映出网架真实的变形及振动、无法准确考虑竖向地震的影响、无法考虑上下部的相互作用,以及大屋盖结构和下部结构的整体效应.简言之,这些近似的处理方法都是不准确的,网架与下部结构整体计算是十分必要的.3.相关的规范条文规范中对于该类结构的规定很多,下面列出其中几处,供大家参考：《建筑抗震设计规范》10.2.7中提到：屋盖结构抗震分析的计算模型,应符合下列要求：1、应合理确定计算模型,屋盖与主要支承部位的连接假定应与构造相符.2、计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用.《建筑抗震设计规范》10.2.7条文说明：屋盖结构自身的地震效应是与下部结构协同工作的结果.由于下部结构的竖向刚度一般较大,以往在屋盖结构的竖向地震作用计算时通常习惯于仅单独以屋盖结构作为分析模型.但研究表明,不考虑屋盖结构与下部结构的协同工作,会对屋盖结构的地震作用,特别是水平地震作用计算产生显著影响,甚至得出错误结果.即便在竖向地震作用计算时,当下部结构给屋盖提供的竖向刚度较弱或分布不均匀时,仅按屋盖结构模型所计算的结果也会产生较大的误差.因此,考虑上下部结构的协同作用是屋盖结构地震作用计算的基本原则.考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算.因此对于不规则的结构,抗震计算应采用整体结构模型.当下部结构比较规则时,也可以采用一些简化方法(如等效为支座弹性约束)来计入下部结构的影响.但是,这种简化必须依据可靠且符合动力学原理.透过以上内容,可以非常清晰的看到,对于这种结构结构进行整体分析的必要性.4.应用PKPM整体建模方法为了实现这种结构形式的快速建模,V3以后的版本,利用PMSAP核心的集成设计,即图1.图1因为该产品线是PM和Spas的结合,对于下部的标准层依然可以在PM 中正常建模,只有上部的空间网架需要采用Spas的建模方式.具体的操作流程如下：1、新建工程目录,并且在左侧选择第二条产品线：PMSAP核心的集成设计.然后直接进入【结构建模】模块中；2、此时会进入PMCAD建模界面,设计师可以在该界面下,建立下部主体结构模型,如图2所示；图23、建完下部主体结构后,开始建立空间网架；进到空间层有两条路径：路径一,点击：【基本丨工具】>【空间建模】菜单,程序即可自动进入空间建模模块,如图3所示；图3路径二,点击【添加新标准层】>【空间标准层】,也可以进入空间层建模功能,如图4所示：图44、进入空间层功能后,程序会弹出图5的对话框.图5设计师可以根据工程需要,选择显示部分楼层,或者显示全部楼层（对于楼层比较多的工程,可以选择显示部分楼层,使得后续操作更方便）；5、创建上部网架模型.对于上部网架,程序支持：自己创建或者外部导入两种方式；方法一,围区网架：如果是非常规则的网架,可以使用程序提供的【围区网架】功能,如图6所示.图6具体操作步骤如下：a）选择【围区网架】命令；b）沿逆时针依次选择节点,直至形成封闭围区,然后右键确定.c）选择与网架网格平行的两点,会弹出图7所示的对话框.图7设置相应的参数后,即可形成图8所示的网架；最后按照实际截面进行构件布置即可.图8方法二,外部导入：a）先用pmsap打开已经建好的网架,点击图9中的【设基点】命令,再点击网架中的某一点.这样,下次导入该网架时,就会以刚刚设置的点左右对位基点；图9b）【PMSAP核心的集成设计】打开已经建好的下部结构,然后进入空间标准层；c）点击【导入子结构】,然后根据定位基点,把网架拼到下部结构中即可,如图10所示.图106、对下部主体结构和上部空间网架层,进行组装：1）点击【返回】键,回到PM建模界面,如图11所示；图112）点击：【楼层组装】>【空间层组装】,会弹出图12所示的空间层组装对话框；图123）根据实际工程情况,选择“空间标准层号”,以及对应的“标准层号”,本实例的空间层以及标准层号都是1；4）设置好对应关系后,点击“添加”即可完成空间层的组装.拼装后的完整模型,如图13所示：图135.几个关键点说明如果设计师看的仔细的话,会发现刚才导入的网架中,有一根竖向的短线；其实这根短线是用来模拟支座的.因为网架和下部结构之间需要通过支座连接,所以这里通过一根短柱来模拟支座.下面说一下支座的建模,以及支座和下部结构的连接如何模拟；1）支座的模拟：模拟支座的小短柱,可以按照实际支座的高度建模即可（一般是300-600mm之间）；支座的截面宽度,可以定在300-400mm左右.如果把支座层单独建成一个标准层,并且与下部结构一起组装的话,因为该层柱子太短,刚度较大,为了规避掉这个问题,建议设计师把该短柱层,直接建到上部网架层中；本例题即是采用的这种建模方法.2）支座层与下部结构的连接形式：根据实际工程情况不同,网架与下部结构的连接形式,也可能有所不同,比如：滑动、铰接等.设计师可以根据自己的工程情况,在程序中设置相应的参数,即可达到不同的约束效果,如图14所示;图14图14中,K11、K22、K33,表示三个方向的平动约束刚度；Kθ1、Kθ2、Kθ3,表示三个方向的转动约束刚度；如果按照上图的约束刚度填写,即是常见的铰接形式.因为每个节点有三个平动、三个转动六个自由度,设计师可以根据自己的工程情况,进行约束刚度的填写,进而可以达到不同的约束情况.另外：对于一般不会产生附加阻尼的支座,图14中的阻尼系数填零即可.约束形式定义好后,即可布置到模型中,如图15所示：图15到此,上部网架和下部主体结构已经完整拼接到一起；设置好相应的计算参数后,就可以对结构进行整体计算和分析了.6.小结本文较为详细的介绍了底部结构与顶层网架这种常见结构形式的建模方法、参数设置等,希望会对设计师能够有所帮助.。
大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构是建筑中常见的一种结构形式，它能够支撑大面积的屋面，使得室内空间更加开阔。
在大跨度屋盖结构中，有以下几种形式：
1. 悬索屋盖结构：这种结构形式采用钢索或钢缆来支撑屋顶，使得屋顶悬浮在上方。
这种结构形式可以实现大跨度的无柱空间，但需要注意的是，由于悬索的受力性质，需要对地基进行较为严格的要求。
2. 钢桁架屋盖结构：钢桁架结构是一种经济、实用的结构形式，在大型体育馆、展览馆等场馆中应用广泛。
这种结构形式的优点在于，可以实现大跨度、高强度、大空间。
3. 桥式屋盖结构：这种结构形式是将桥梁结构用于屋盖上，形成一种类似于桥梁的结构形式。
这种结构形式可以实现大跨度、高强度、大空间，并且具有美观的外观。
4. 双曲面屋盖结构：双曲面屋盖结构是一种美观、流线型的结构形式，它可以实现大跨度、高强度、大空间的要求。
这种结构形式的优点在于，可以实现较为均匀的载荷分布，适用于大型体育馆、展览馆等场馆。
以上几种形式都是在大跨度屋盖结构中比较常见的形式，每一种形式都有其优点和适用范围，建筑设计者需要根据具体的空间要求和功能需求，选择合适的结构形式。
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(完整版)第九章大跨屋盖结构
4、在抗震设防烈度为7度的地区，可不进行网架结构 水平抗震验算；
在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨 度网架可不进行水平抗震验算；
在抗震设防烈度为9度的地区，对各种网架结构均应进 行水平抗震验算。
旧金山金门大桥
塔高227米，每根钢索重6412公吨，由 27000根钢丝绞成，重2.45万吨 。
这种悬吊结 构体系，在 国内尚属罕 见，在境外 也只有德国 宝马汽车大 厦、香港汇 丰银行等极 少个案。
广东省博物馆新馆采用巨型桁架悬吊结构体系，在中部沿边长67.5米的方 形四周布置钢骨混凝土剪力墙，在剪力墙上端设置8榀跨度为67.5米且两 端各悬挑23米、高6.5米的大型空间钢桁架，沿悬臂桁架外端设4榀封口桁 架，再在封口桁架下伸边长6米的箱型钢吊杆，悬吊3～4层楼面体系。
一般情况的选型可遵循下列原则： ①平面形状为矩形的周边支承网架，当其长边/短边
小于或等于1．5时，宜选用： A、正放或斜放四角锥网架； B、棋盘形四角锥网架； C、正放抽空四角锥网架； D、两向正交斜放或正放网架。 E、对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形
三角锥网架。 ②平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比（长
④平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边 支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角 锥网架。对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架。
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四、网架结构的支承
网架的支承方式有周边支承、点支承、周边支承与点 支承相结合，两边和三边支承等。
(1)周边支承：网架四周全部或部分边界节点设置支座， 支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边 支承板，是常用的支承方式。为了减小弯矩，也可 将周边支座略为缩进，接近于点支承。
大跨钢结构屋盖的认识和理解
大跨钢结构屋盖的认识和理解一、结构形式和特点大跨钢结构屋盖是一种广泛应用于大型建筑和公共设施的结构形式，其特点在于能够提供大空间、高强度、轻质、耐久的建筑结构。
这种结构形式主要包括钢梁、钢柱、钢支撑、钢桁架等构件，通过精确的计算和设计，能够实现复杂的空间结构和优美的建筑造型。
大跨钢结构屋盖能够适应不同的气候条件和环境因素，因此在现代建筑中具有广泛的应用前景。
二、力学性能大跨钢结构屋盖的力学性能是其重要特性之一。
这种结构形式具有较高的承载能力和抗风、抗震性能。
钢材料的强度高、自重轻，能够有效地分散和吸收地震和风力等自然灾害产生的能量，从而保证了建筑物的安全性和稳定性。
同时，大跨钢结构屋盖还具有良好的延性和塑性，能够在较大的变形下保持结构稳定，不易破坏。
三、设计与建造大跨钢结构屋盖的设计与建造是其复杂性和技术性的重要体现。
设计师需要根据建筑要求和实际情况进行精确的计算和设计，确定合理的结构形式和构件尺寸，以确保结构的安全性和稳定性。
在建造过程中，需要采用先进的施工技术和管理手段，保证构件的精度和质量，同时需要严格遵守施工规范和安全标准，确保施工过程的安全性和可靠性。
四、维护与保养大跨钢结构屋盖的维护与保养对于保证其使用寿命和安全性具有重要意义。
由于钢材料易受腐蚀和氧化，因此需要定期进行清洁和维护，防止构件表面出现锈蚀和裂纹。
同时，需要对结构进行定期的检查和检测，确保其结构和构件的正常使用。
如果发现任何异常或损坏，需要及时进行修复和加固，以防止问题扩大和保证结构的安全性。
五、案例分析为了更好地理解大跨钢结构屋盖的应用和发展趋势，以下将介绍几个典型的案例分析。
（1）国家体育馆“鸟巢”北京奥运会主场馆“鸟巢”采用了大跨钢结构屋盖，其独特的结构和造型成为了北京的地标性建筑之一。
该场馆采用了双向倾斜的钢桁架屋盖，具有独特的外形和视觉效果，同时也体现了大跨钢结构屋盖的优点和发展趋势。
（2）上海中心大厦上海中心大厦是世界上最高的建筑之一，其采用了大跨钢结构屋盖，实现了超大空间和高度的建筑目标。
大跨度建筑屋顶
1.1大跨度建筑屋顶的结构类型与特点
1.大跨度钢结构、膜 结构、索结构、复合材料结构等。 按照结构的空间布置形式分类：平面结构和空间结构，平面结构包 括桁架结构、刚架结构、拱结构等，空间结构包括网架结构、壳体结 构、膜结构、悬索结构、气囊结构等。 按照力的改向以及传递的特有机制进行分类：形态作用结构体系 （包括悬索结构、帐篷结构、气囊结构、拱结构），向量作用结构体 系（包括平面桁架、刚架结构、空间桁架等），截面作用结构体系 （包括梁结构、框架结构、板结构等），面作用结构体系（包括折板 结构、薄壳结构等）。
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大跨度建筑屋顶
（3）拱结构
拱是受轴向压力为主的结构型式，此结构是抗压材料理想的型式。
分类：
按照铰的设置方式-------三铰拱、两铰拱和无铰拱， 按照截面形式--------等截面拱和变截面拱， 按照构件形式-------实心拱和格构拱， 按照结构材料-------混凝土拱、钢拱、砌体拱、木拱、胶合木拱等。 ➢拱的轴线形状越接近恒荷载条件下的理想压力曲线，就越能取得 经济的效果。 ➢拱结构所用材料有金属、钢筋混凝土、木、砖、石等。
优点——按其自身重量与跨度的比值而言，拱结构是跨越空间最
经济的结构体系之一。
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大跨度建筑屋顶
（4）网架结构
平板网架结构可以看做是格构化的板，结构所用材料一 般为钢材，也可用木材。 分类： 按网格组成-------交叉桁架体系、三角锥体系、四角锥体系、 六角锥网架、蛛网式网架、折板型网架、组合网架、斜拉网 架等。 按弦杆层数-------双层网架、三（多）层网架。 按网格构成方式-------交叉桁架体系、角锥体系、其它体系： 蛛网式网架，折板型网架、组合网架、斜拉网架等。 优点——网架结构平面形状灵活、结构自重轻、结构高度小、 耗材省、空间刚度大、稳定性强、抗震性能优越，且杆件与 节点比较规格化，利于工业化制作，安装方便。
3_2 大跨屋盖结构
网格尺寸确定原则
网架的网格尺寸与高度关系密切，斜腹杆与弦 杆夹角应控制在400-550之间为宜。如夹角过小， 节点构造困难。 网格尺寸要与屋面材料相适应，网架上直接铺 设钢筋混凝土板时，网格尺寸不宜过大，一般 不超过3m，否则安装困难。当屋面采用有檩体 系时，檩条长度一般不超过6m。 对周边支承的各类网架高度及网格尺寸可按表 3-1选用。
运动场看台
图3.10正放抽空四角锥网架
特点：将正放四角锥 网架适当抽掉一些 腹杆和下弦杆。
特点： 保持正放四角锥网架 周边四角锥不变，中 间四角锥间隔抽空， 下弦杆呈正交斜放， 上弦杆呈正交正放。 克服了斜放四角锥网 架屋面板类型多，屋 面组织排水较困难的 缺点。 图3.11 棋盘形四角锥网架
特点： 上弦网格呈正交斜放， 下弦网格为正交正放。 网架上弦杆短，下弦 杆长，受力合理。 适用于中小跨度周边 支承，或周边支承与 点支承相结合的矩形 平面。
图 3.12 斜放四角锥网架
图3.13 星形四角锥网架 星形网架上弦杆比下弦杆短，受力合理。竖杆受压， 内力等于节点荷载。星形网架一般用于中小跨度周 边支承情况。
四角锥体系网架
三角锥体系网架
水平斜撑杆
选用原则：在矩 形建筑平面中， 网架的弦杆垂直 于及平行于边界。 图3.4两向正交正放网架
水平斜撑杆
水平斜撑杆
图3.5 周边支承网架水平斜撑布置方式之一
图3.6 两向正交斜放网架 两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受 力有利角部产生拔力，常取无角部形式。 两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的 情形受力性能欠佳，节点构造较复杂
当W>0网架为几何可变体系； W=0网架无多余杆件，如杆件布置合理，为静 定结构； W<0网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超 静定结构。
大跨屋盖结构论文：大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究
大跨屋盖结构论文:大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究【中文摘要】大跨屋盖结构一般是大型机场、车站或体育馆建筑的首选形式，而这类结构通常具有柔度大、阻尼小、质量轻等特点，风荷载成为作用在结构上的主要控制荷载，如何更精确的计算风荷载成为主导结构是否安全的最重要指标。
由于大跨屋盖的结构形式不完全相同，规范中并没有统一的计算方法来确定其风荷载数值,而提供的体形系数和风振系数还不能囊括所有的大跨形式，因此，有必要对不同的大跨结构做深入的抗风分析和研究。
木文结合青岛火车站站房屋盖的大跨结构形式，运用其刚性模型进行风洞试验,并建立有限元模型，从风压分布特性分析、风振系数的确定、静风荷载的加载等方面讨论结构对风荷载的响应，进而讨论结构的安全性。
本文第二章详细分析了屋盖上不同分区的测点平均风压系数和脉动风压系数的分布情况，并选取典型测点进行分析，进而总结风压分布规律，得出了有关大跨度屋盖结构表而风压分布的一些具有共性的规律，得岀各分区风压系数。
本文第三章讨论了风致响应的计算方法。
由风洞试验中得到的测点风压系数时程，经过一系列转换和修正，得到节点的脉动风荷载时程，通过对结构的前十阶振型的分析，讨论分区风振系数的取值，并最终得到屋盖整体的统一的风振系数。
第四章分析了屋盖结构的静风响应，选取作用在结构上的两种不同的荷载，由前两章的数据经过比较和筛选，最确定结构上每棍组合钢在自重作用下和在自重与静风组合荷载作用下的受力和变形，筛选最大应力和变形处与规范相关数值比较，最终确定结构的安全性。
最后，对进一步的结构设计和分析提出建议，本文所得结论对结构的设计和施工有参考意义，可作为相似结构设计的参考。
【英文摘耍】It is generally the first choice for large-scale airport, station and gymnasium to use long-span roof struetures with high flexibility, low damping and mass・ Wind loading is usually a dominated one acting on struetures, so it is the most important factor to judge the safety of structure under wind load accurately. However there is no general method of calculating wind load in the code because of configuration difference of long-span roof structures・ In the other hand the shape coefficient and the gust response coefficient suggested by the code can， t embrace all forms of long-span structures, so it is necessary to analyze and discuss the wind resistance character of different long-span structures in depth .Based on the stiff model of long-span structure in Qingdao railway station, wind tunnel test is carried out and finite element model is established, this paper discusses the structure? s response for the wind and the structure' s safety by analyzing the wind pressure distribution character, confirming the gust response coefficient, and exerting the static wind load. The second chapter of this paper discusses the distribution of mean wind pressure coefficients and fluctuating wind pressurecoefficients in different areas of the roof, typical points foranalyzing are selected, the regularity of wind pressuredistribution is summarized, and partition wind pressure coefficients are obtained. The third chapter discusses the computing method of wind responsive. After a series of conversion and amendment, the nodes' fluctuating wind load history-time can be gotten from the measured wind pressure coefficient history-time, and the partition values of gust response coefficient are discussed by analyzing the first ten vibration modes, finally, the unified gust response coefficient of the whole roof is got, which is prepared for the next step of loading the static wind load. The forth chapter einalyzes the responsc for static wind load on the roof, two different loads loading on the structure are selected, and the former two chapters' data are chosen and screened, then the carrying capability and deformation for the combined steel column of each rank under the dead load only and combination of the dead load and the wind load are confirmed, the maximum stress and deformation are chosen to compare with the code, finally thestructures safety is assessed. Finally, thefurther structure design and analysis are suggested, the conclusions of this paper can be referred to the structure f s design and construetion, particularly for similar long-span roof structures・【关键词】大跨屋盖结构风洞试验平均风压系数风振系数风荷载特性【英文关键词】long-span roof structure wind tunnel test mean wind pressure coefficient gust response coefficient wind load character【目录】大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究摘要6-7Abstract7第1章绪论11-211. 1选题背景11T31. 2基本理论13-201.2. 1近地风特性13-171. 2. 2风荷载研究手段17-201. 2. 2. 1 现场实测17-181. 2. 2. 2风洞试验18-191. 2. 2. 3数值模拟19-201. 3 本文进行的工作20-21第2章大跨度屋盖结构风压分布特性分析21-352. 1引言21-222. 2刚性模型风洞试验方法22-242. 3试验数据处理24-252. 4试验结果分析25-332. 4. 1屋面轮廓形状对风压分布的影响25-272.4. 2典型测点的平均风压系数随风向角的变化27-292. 4. 3典型测点的脉动风压系数随风向角变化规律29-302. 4. 4 风压系数的空间分布特点30-332. 5本章小结33-35第3章大跨度屋盖结构的风致振动特性研究35-523. 1引言35-373. 2结构风振响应的一般计算方法37-423. 3结构风振响应的时程分析法42-433. 4 青岛火车站站房屋盖的风振响应分析43-513. 4. 1结构有限元模型及动力特性43-493. 4. 2风振系数计算分析49-513. 5本章小结51-52 第4章大跨度屋盖结构的风荷载分布分析52-614. 1引言524. 2结构体系与分析模型52-554. 2. 1结构体系52-534. 2. 2结构分析模型53-544. 2. 3节点静力风荷载的计算54-554. 3最不利风向角的确定55-574. 4大跨屋盖结构的静风效应57-604. 5本章小结60-61第5 章结论与展望61-635. 1本文工作总结615.2进一步工作展望61-63致谢63-64参考文献64-66。
第九章 大跨度建筑结构
• 使用环境需要 • 屋架结构的跨度
4.桁架结构的布置 •桁架跨度：3m为模数
•桁架间距：6m、7.5m、9m、12m
三. 拱结构
拱结构
1. 受力特点和水平推力的处理方式
杆件为压弯构件，产生水平推力 H=M/f
• 拱轴形式的选择： • 合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩 • 均布荷载：二次抛物线
辐射形布置： 内环受拉、外环受压
网状布置：
双层悬索体系
特点：
稳定性好，整体刚度大，反向曲率的索系可以承
受不同方向的 荷载作用。 适宜采用轻屋面，如铁皮、铝板、石棉板等屋面 材料和轻质高效的保温材料，以减轻屋盖自重、 节约材料、降低造价。
分类：单曲面、双曲面、 1．单曲面双层拉索体系
常用于矩形平面的单跨或多跨建筑
短向跨度L=30~60m时，取（1/12~1/16）L 短向跨度L>60m时，
取（1/14~1/20）L
腹杆布置
交叉桁架体系：腹杆倾角40~55度 角锥网架：腹杆倾角60度 大跨度网架：再分式腹杆
4. 平板网架的支承方式
周边支承于柱 每个结点都设置柱 周边不设置边桁架 用钢量省
适用范围：大跨 度和中等跨度
横隔：6 ～ 12m
球壳
f < 1/5 L1
L2/L1 < 2
t ～1/600R 且 > 40mm
五. 折板结构
巴黎，联合国教科文组织会议厅（1953～1958）
六. 网架结构
1. 网架结构的特点、优点与适用范围
• 特点：平面桁架相互交叉结合而成 • 优点： • 多向受力的空间结构，跨度大 • 刚度大，稳定性好
气压式薄膜
气承式
大跨度建筑屋盖结构
施工过程管理
总结词
施工过程管理是确保大跨度建筑屋盖 结构施工顺利进行的重要保障。
详细描述
建立完善的施工管理体系，明确各岗 位的职责和要求，加强施工现场的协 调与监控，确保施工进度、质量和安 全等目标的实现。
施工质量控制
总结词
施工质量控制是确保大跨度建筑屋盖结构施工质量符合设计要求的重要环节。
详细描述
大跨度建筑屋盖结构
• 引言 • 大跨度建筑屋盖结构类型 • 大跨度建筑屋盖结构设计 • 大跨度建筑屋盖结构施工 • 大跨度建筑屋盖结构应用案例 • 大跨度建筑屋盖结构发展趋势与挑战
01
引言
主题简介
01
大跨度建筑屋盖结构是指跨越较 大空间、采用特殊结构形式的建 筑屋盖，通常用于大型场馆、会 展中心、机场等公共建筑。
施工监控与健康监测
通过实时监测和数据分析，对施工过程进行精确控制，确保结构的 安全性和稳定性。
预制构件与装配式施工
采用预制构件和装配式施工方法，提高施工效率，减少现场作业量， 降低安全风险。
绿色建筑与可持续发展
节能设计
01
通过合理的建筑布局、采光和通风设计，降低建筑能耗，提高
能源利用效率。
可再生能源利用
建立完善的施工质量管理体系，加强材料质量检测、施工过程监控和验收管理，确保各道工序的施工 质量符合设计要求和规范标准。同时，加强质量问题的处理和预防措施，避免质量事故的发生。
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大跨度建筑屋盖结构应用案例
体育场馆屋盖结构
体育场馆作为大型公共建筑，其屋盖结构需要满足大跨度、大荷载和高使用频率的要求。常见的体育场馆屋盖结构形式包括 悬索结构、网架结构和张弦梁结构等。这些结构形式能够提供较大的空间跨度和承载能力，同时保证结构的稳定性和安全性 。
大跨度建筑构造(史上最全面)
五、折板结构及其造型
❖ 类型
——断面 ——外形
折 板 结 构 及 其 造 型
折 板 结 构 及 其 造 型
六、薄壳结构及其造型
❖ 特点 ❖ 结构类型
n 类型 薄壳结构及其造型
筒壳、球壳、扁壳、鞍形壳
1、受力特点及适用范围
❖ 受力特点 ：
❖ 用混凝土等刚性材料以各种曲面形式构成的薄板结构
❖ 特点 ❖ 结构类型
悬索结构及其造型
❖ 特点
分工明确——索网：钢索，只受力 ——边缘构件：梁、桁架、拱等 ——支承结构
造型新颖、跨度大、施工简便
❖ 1、受力特点及适用范围 ❖ 受力特点 ： ❖ 由索网、边缘构件、下部支撑结构三部分组成 ❖ 只承受轴向拉力，既无弯距也无剪力 ❖ 索网的边缘构件是索网的支座，索网通过锚固件与固定在边
万神庙
穹顶直径达43.3米。顶 端高度也是43.3米。它中央 开一个直径8.9米的圆洞。结 构为混凝土浇筑，为了减轻 自重，厚墙上开有壁龛，龛 上有暗券承重，龛内置放神 像。神像外部造形简洁，内 部空间在圆形洞口射入的光 线映影之下宠伟壮观，富有 神秘感。
上海体育馆
是国内大型的体育馆之一，一九七五年建 成使用。主馆呈圆形，高33米，屋顶网架 跨度直径110米，可容纳观众18000人。
二、刚架结构及其造型
三、桁架结构及其造型
❖ 特点 ❖ 结构类型 ❖ 造型
v桁架由以铰接三角形为单元 (空腹桁架是刚接四边形)、不承受垂直于杆轴的荷 载的杆件组成的格构体系
空腹桁架:桁架通常由上下弦杆和腹杆组成，普通桁架（称之为实腹桁架）的腹 杆由斜腹杆和（竖）直腹杆组成，但往往建筑师不希望出现斜腹杆影响其造型 和采光，那么去掉斜腹杆以后剩下由直腹杆和上下弦杆组成的桁架即为空腹桁 架。
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。
建筑结构知识讲义建筑结构大跨结构
壳体还存在一些有待研究的问题，如 开孔、稳定、振动、徐变等。
薄壳的曲面形式
壳体具有的优越受力性能，依赖其 “形”——曲面。壳体的曲面形状和 曲率变化会直接影响其应力状况，故 壳体线型是决定其受力特征的关键因 素。
拱结构由于有支座的水平推力，而且拱 的跨度越大、矢高越小，其推力也越大， 这样就需要建造抗推力结构平衡水平推 力。
推力直接传给支座(落地拱) 这种处理方法比较简单，且能提供较大的空 间。当土质较好，推力不大时，这样处理也 最为经济。
苏州：寒山寺旁的石拱桥——下津桥
运河上的石拱桥
充分利用了石材抗压的特点，经济合理，造型美观。
大跨度结构面临的问题还有声、光、 热、空调等建筑物理方面的问题及 内部结构空间的利用、能源消耗的 问题。
另外，大跨度结构对施工技术要求 较高，有些还需要专业施工单位施 工。
拱结构
拱结构的受力特点和优缺点
拱结构的受力特点： 把直杆梁变为上凸的曲杆就形成了拱， 拱结构仍然是平面结构。 拱是一种有推力的结构，它的主要内力 为轴向压力。
推力由侧面框架结构承受
根据建筑功能要求，当拱的两侧有边跨 建筑时，可以采用这种方法，使拱脚推 力传给边跨结构。但是，侧面框架的刚 度要足够大，框架顶部不能有过大的侧 移，以保证拱的正常受力，且框架柱基 底不允许出现拉应力。
拱的主要尺寸 拱的矢高f
矢高f对拱的外形影响很大，它直接影响建筑 造型和构造处理。
土坯拱
赵州桥
位于河北省赵县，建于公元590～608 年间，全长 50.82 m, 跨度L = 37.20 m,矢高f = 7.23 m （f /L = 1/5.12）,桥宽10 m,是世 界上最早的敞肩式拱桥,早于欧州同类桥约1000 年。主拱上设有 四个小拱，既减轻自重，便于泄洪，又更为美观。无论在材料 利用、结构受力、艺术造型和经济上都达到了极高的成就。
大跨度建筑屋盖结构知识讲解
第四章 拱结构
第一节 拱的结构特点与优缺点
第二节 承受拱水平推力 的结构处理手法
（１）利用地基基础直接承受水平推力 （落地拱）
（２）利用侧面框架结构承受水平推力
（３）利用拉杆承受水平推力
第三节 拱结构的形式与主要尺寸
拱结构的形式
按力学结构分： 三铰拱、两铰 拱和无铰拱
双坡梁h=(1/14~1/6)l 梁腹厚度：6~10cm
第三章 桁架结构
第一节 桁架的结构特点与优缺点
受力特点
开封县温泉游泳馆
宽141米 湖南国际会展中心
湖南国际会展中心
待装配的一榀平面桁架
优点： 受力性能好（受力均匀，材料利用充分） 扩大了梁式结构的适用跨度 桁架可以用多种材料制造 桁架体型可以多样化‘ 施工方便
非预应力：适用跨度１８～２４米 下铉预应力：适用跨度１８～３6米
高跨比：h/l=1/6~1/8 常为折线形
四、平行铉屋架
优点：腹杆长短和节点构造统一，制作方便 缺点：杆件内力分布不均，不宜用于杆件内力相
差悬殊的结构
五、无斜腹杆屋架
结构造型简单，制作方便，适用于有较大吊重的 建筑
常用跨度：１５、１８、２４、３０
车起重量不能过大
广泛用于工业厂房和体育馆等
第二节 门式刚架的类型与构造
类型
1.从连接方式分：无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架
无铰刚架：超静定刚架，结构刚度大，但地基有不均匀 沉降时，将使结构产生附加内应力
有铰刚架：静定刚架，地基有不均匀沉降时，对结构不 会产生附加内应力，但跨度大时，刚度较差，一般用于 小跨度（12m）和基础较差的情况
第二节 桁架的外形与内力的关系
第二节 桁架的外形与内力的关系
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(5)星形四角锥网架：组成单元形似一星体。 将四角锥底面的四根杆用位于对角线上的十字交叉杆代替，并
在中心加设竖杆，即组成星形四角锥。 特点： ①十字交叉杆与边界成45º角，构成网架上弦，呈正交斜放。下
特点：
①网架空间刚度大，受力性能好，内力分布也较均匀， 但汇交于一个节点的杆件最多可达13根；
②节点构造较复杂，宜采用钢管杆件及焊接空心球节点；
③三向网架适用于大跨度 (L>60m)的多边形及圆形 平面。用于中小跨度 (L60m)四角锥按一定规律组成。网架 上下弦平面均为方形网格，下弦节点均在上弦网 格形心的投影线上，与上弦网格四个节点用斜腹 杆相连。
满足下列条件之一者，该刚架结构为几何可变体系：
⑴引入边界条件后，总刚度[K]中对角线上出现零元 素，则与之对应的节点为几何可变；
⑵引入边界条件后，总刚度矩阵行列式K=0，该矩阵 奇异，结构为几何可变。
二、双层网架的常用形式
1、 平面桁架系网架
特点：上、下弦长度相等，上下弦杆与腹 杆位于同一垂直平面内。一般情况下竖 杆受压，斜杆受拉。斜腹杆与弦杆夹角 宜在40°～60°之间。
厦门国际会展中心
厦门国际会展中心
81×81米有柱展厅，屋盖采用双向空间钢桁架结构。桁架下弦 标高为10.55米，桁架高度H=4.0米，钢桁架沿纵向间距为27 米，沿横向间距为9米，均支承在钢筋砼柱柱顶，由于该区屋面 为屋顶花园，屋面活荷载按8.0KN/m2设计,故屋盖承重结构选 用钢桁架,并且正交桁架高度相等,弦杆为刚接,在纵向垂直支撑、 系杆的保证作用下形成空间桁架结构体系。
特点：上弦短杆受压，下弦长杆受拉，节点汇交杆件 少；适用于小跨度周边支承情况。
(4)斜放四角锥网架 概念：将正放四角锥上弦杆相对于边界转动45º放置，
则得到斜放四角锥网架。上弦网格呈正交斜放，下 弦网格为正交正放。
特点：①网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理；
②下弦节点连接8根杆，上弦节点只连6根杆；
第九章 大跨度屋盖结构
§3.1 结构形式
大跨结构按几何形状、组成方法、结构材料及受 力特点的不同可分为：
⑴平面结构体系：梁式结构（平面、空间桁架）、 平面刚架、拱式结构。
⑵空间结构体系：平板网架结构、网壳结构、悬 索结构、斜拉结构、张拉整体结构等。
空间桁架：
门式刚架结构
拱 结 构
平板网架 网壳结构
通过角支点：对四角 支座产生较大的拉力；
避开角支点：角部拉 力可由两个支座分担。
由角部两个柱子共同承担，避免拉力集中。 适用范围： 任意尺寸的矩形建筑平面； 中等跨度：30~60米； 大跨度：60米以上。
（3）三向网架 概念：由三个方向平面桁架按60º角相互交叉而成，上
下弦平面内的网格均为几何不变的三角形。
(1)正放四角锥网架 ①建筑平面为矩形时，其上、下弦杆均与边界平行或垂直； ②上下弦节点各连接8根杆件，构造较统一； ③若网格两个方向尺寸相等且腹杆与下弦平面夹角为45º，上下
弦杆和腹杆长度均相等； ④间刚度较好，但杆件数量较多，用钢量大； ⑤适用于接近方形的中小跨度，宜采用周边支承。
(2)正放抽空四角锥网架
由正放四角锥网架适当抽掉一些腹杆和下弦杆，如每 隔一个网格抽去斜腹杆和下弦杆，使下弦网格的宽 度等于上弦网格的二倍，从而减小杆件数量，降低 了用钢量，但刚度较正放四角锥网架弱一些。在抽 空部位可设置采光或通风天窗。由于周边网格不宜 抽杆，两个方向网格数宜取奇数。
(3)棋盘形四角锥网架
在正放四角锥网架基础上，保持周边四角锥不变，中 间四角锥间隔抽空。上弦杆为正交正放，下弦杆与 边界成45º角，为正交斜放。
香港沙田马场
张拉整体式结构
张拉整体式结构
图2 张拉整体结构
§3.2 网架的形式
按层数分： ⑴双层网架：由上弦、下弦、腹杆组成的空间结构； ⑵三层网架：由上弦、中弦、下弦、上腹杆、下腹杆、
组成的空间结构。
三层网架的特点： 优点：高度大、弦杆内力小、网格尺寸小、腹杆长度
小、较大跨度时用钢量较双层省。 缺点：节点和杆件 数量多、中层节点 所连杆件多、构造 复杂、造价有所提 高。
一、网架结构的几何不变性分析 网架结构几何不变的必要条件是
W 3J m r 0
J—网架的节点数； m—网架的杆件数； r—支座约束链杆数， r≥6； W＞0网架为几何不变体系； W=0网架无多余杆件，如杆件布置合理，为静定结构 W＞0网架有多余杆件，如杆件布置合理，为超静定结
构
网架结构几何不变的充分条件一般可通过对结构 的总刚度矩阵来判断。
(2)两向正交斜放网架 概念：两个方向的平面桁架垂直相交。用于矩形建筑
平面时，两向桁架与边界夹角为45º。 特点：①有可靠边界时，体系是几何不变的； ②各榀桁架的跨度长短不等，靠近角部的桁架跨度小，
对与它垂直的长桁架起支承作用，减小了长桁架跨 中弯矩，长桁两端要产生负弯矩和支座拉力。 ③周边支承时，有长桁架通过角支点和避开角支点两 种布置；
(1)两向正交正放网架 ①矩形建筑平面中，网架的弦杆垂 直于及平行于边界； ②两个方向网格数宜布置成偶数， 如为奇数，桁架中部节间应做成交 叉腹杆； ③对周围支承网架宜在水平支承面 内设斜撑杆； ④对点支承网架应在支承平面内沿 主桁架的两侧设置水平斜撑杆；
⑤对周边支承者，平面尺寸越接近正方形，两向桁架杆 件内力越接近，空间作用越明显。随建筑平面边长比的 增大，短向传力作用明显增大。
旧金山金门大桥
塔高227米，每根钢索重6412公吨，由 27000根钢丝绞成，重2.45万吨 。
这种悬吊结 构体系，在 国内尚属罕 见，在境外 也只有德国 宝马汽车大 厦、香港汇 丰银行等极 少个案。
广东省博物馆新馆采用巨型桁架悬吊结构体系，在中部沿边长67.5米的方 形四周布置钢骨混凝土剪力墙，在剪力墙上端设置8榀跨度为67.5米且两 端各悬挑23米、高6.5米的大型空间钢桁架，沿悬臂桁架外端设4榀封口桁 架，再在封口桁架下伸边长6米的箱型钢吊杆，悬吊3～4层楼面体系。