第8章 大跨度房屋结构

钢结构
设计
第八章 大跨度房屋结构
±0.0
拉杆
550
16700 17800
550
图8.1.6 设置抬高拉杆的拱
②设置拱扶壁 在加盖的体育场、展览馆以及飞机库里， 在加盖的体育场、展览馆以及飞机库里，拱的支座 常常是房屋的墙体、看台等。 常常是房屋的墙体、看台等。没有横墙或看台的情况下 则要求设置拱扶壁以承受拱的水平推力。 则要求设置拱扶壁以承受拱的水平推力。
钢结构
设计
第八章 大跨度房屋结构
◆ 构造特点 当支座反力大于2500～3000kN时，框架的支座应 ～ 当支座反力大于 时 设计成辊轴式；反力较小时，可设计成平板式。 设计成辊轴式；反力较小时，可设计成平板式。
(a) (b)
在双铰框架结构中, 在双铰框架结构中 为减小横梁中部的弯矩, 为减小横梁中部的弯矩 可采用图中使横梁卸载 的做法。
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无铰拱：对于弯矩沿跨度的分配最为有利， 无铰拱：对于弯矩沿跨度的分配最为有利，但必须 设置强大的基础，而且要计算温度的作用。 设置强大的基础，而且要计算温度的作用。 （2）水平推力的解决措施： 水平推力的解决措施： ①设置拉杆 对于软弱地基的情况， 对于软弱地基的情况，设置拉杆承担拱的横向水平 力更为合适。设有拉杆的拱其支座主要承受垂直荷载， 力更为合适。设有拉杆的拱其支座主要承受垂直荷载， 故这种情况下支座比较轻巧。 故这种情况下支座比较轻巧。 拱支承在墙体上时， 拱支承在墙体上时，横向反力也可用在支座铰水平 处设置拉杆的办法加以解决。 处设置拉杆的办法加以解决。为了在不增加房屋高度的 情况下增大房间的有效高度， 情况下增大房间的有效高度，有时将拉杆布置于拱支座 铰水平之上。 铰水平之上。
钢结构
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◆预应力三角形截面桁架 预应力三角形截面桁架 预应力三角形截面桁架便于制造、运输和安装， 预应力三角形截面桁架便于制造、运输和安装，给 设置大跨度梁式结构体系以良好基础。 设置大跨度梁式结构体系以良好基础。
(a)
图8.1.1
钢结构
设计
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(b)
钢筋混凝土屋面板
钢结构
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大跨度房屋结构常用于公共建筑。如会堂、 大跨度房屋结构常用于公共建筑。如会堂、影剧 展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、市场、 院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、市场、 火车站、航空港等。 火车站、航空港等。 也用于工业建筑， 也用于工业建筑，特别是在航空工业和造船工业 中，如飞机制造厂的总装配车间、飞机库、造船厂的 如飞机制造厂的总装配车间、飞机库、 船体结构车间等。 船体结构车间等。 大跨度建筑物的用途、 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， 造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样 性。 可采用梁式、框架式、拱式、空间式以及悬挂-悬 可采用梁式、框架式、拱式、空间式以及悬挂梁式 以及悬挂 索式的结构 的结构。 索式的结构。
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钢结构
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本章目录
8.1 8.2 8.3 平面承重的大跨屋盖结构 空间网架屋盖结构 悬挂式屋盖简介
基本要求
1.了解平面承重的大跨屋盖 了解平面承重的大跨屋盖 结构的分类和构造特点。 结构的分类和构造特点。 2.了解空间网架屋盖结构的 了解空间网架屋盖结构的 特性和组成分类。 特性和组成分类。 3.了解悬挂式屋盖结构的布 了解悬挂式屋盖结构的布 置形式。 置形式。
钢结构
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第8.2节 空间网架屋盖结构 8.2节
本节目录
1. 空间结构及特性 2. 平板式空间网架的形式 3. 网架结构设计特点
基本要求
了解空间网架屋盖结构的特性和平板式网架的 设计特点。 设计特点。
钢结构
设计
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8.2.1 空间结构及特性
空间结构体系 空间网架结构是由许多杆件按照一定规律布置通过 节点连接而成的网格状结构体系。 节点连接而成的网格状结构体系。常将平板型的空间网 架结构称做网架，将曲型的空间网架结构称做网壳。目 架结构称做网架，将曲型的空间网架结构称做网壳。 前空间结构中以网架结构在我国发展最快,应用最广。 前空间结构中以网架结构在我国发展最快,应用最广。 网架及网壳结构 空间结构体系
O
悬 挂 墙
R
e 钢结构
设计
R
图8.1.3
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横梁与柱连 接的框架节点内 角弯折处应做成 平缓曲线以避免 应力集中。 应力集中。为使 转角处腹板不致 失稳， 失稳，应在其内 部受压区设置短 加劲肋。 加劲肋。
（a） ） 图8.1.4
钢结构
设计
（b） ）
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8.1.3 拱式结构
钢结构
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(a) α
(b)
安装 节点
(c)
图8.1.7 格构拱构造方案
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实腹式拱与格构式拱的支座铰具有相同的结构。 实腹式拱与格构式拱的支座铰具有相同的结构。常 用的支座铰的形式如下。 用的支座铰的形式如下。
平板(铰)支座节点 平板(
钢结构
设计
下沉式碗形气楼
铝墙板以及 采光窗
图8.0.8 上海国际体操中心主体育馆
钢结构
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第八章 大跨度房屋结构
22.000
±0.000
22000
5000 5000 10000
115000
预应力混凝土长梁
图8.0.9 海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构
钢结构
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图8.0.10 首都机场三号航站楼
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8.1.2.2 计算原则及构造特点
◆ 计算原则 格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。 格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。 重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的变 形进行计算。 形进行计算。 大跨框架的挠度仅用可变荷载求得， 大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生 的挠度由相应的结构起拱来抵消。 的挠度由相应的结构起拱来抵消。 当跨度大于50m且刚性柱(支座)不高时，须计入框 且刚性柱( 当跨度大于 且刚性柱 支座)不高时， 架的温度应力。两铰框架中， 架的温度应力。两铰框架中，框架柱可以做成沿高度变 截面形式，这样能减轻结构自重并具有较好的外观。 截面形式，这样能减轻结构自重并具有较好的外观。 当杆件内力大于等于2000kN时，应按重型桁架设 当杆件内力大于等于 时 杆件截面通常设计成双腹杆的。 计，杆件截面通常设计成双腹杆的。
应用：通常采用简支桁架作为主要承重构件。其上、 应用：通常采用简支桁架作为主要承重构件。其上、 下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。 下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。重 点是支撑系统的布置， 点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是 支撑系统的布置 非常重要的。 非常重要的。 优点：制造与安装较为简单。 优点：制造与安装较为简单。 常用体系：大跨度屋盖、 常用体系：大跨度屋盖、预应力三角形截面桁架 适用跨度： ∼ 适用跨度：40∼60m，更大的跨度由于耗钢量过大而不 ， 经济。 经济。
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设计
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（3）拱外形：——接近压力曲线 拱外形： 接近压力曲线 抛物线拱：当对称的、 抛物线拱：当对称的、沿拱弦线均布的荷载值起 主要作用时最为合适。 主要作用时最为合适。 圆弧拱：适于扁平拱,可以简化拱的设计与制造， 圆弧拱：适于扁平拱,可以简化拱的设计与制造， 扁平拱 使拱构件及节点达到最大标准 使拱构件及节点达到最大标准化。 悬链线拱：适于自重很大的高拱。 悬链线拱：适于自重很大的高拱。高拱中风荷载 自重很大的高拱 引起很大的内力， 引起很大的内力，而且风荷载有可能自两面作用并给 出两条截然离散的风压线。 出两条截然离散的风压线。此时拱的外形宜取两条极 端风压曲线的中间线。 端风压曲线的中间线。
8.1.3.1 拱的体系及形式 拱的形式有：两铰拱、三铰拱、无铰拱。 （1）拱的形式有：两铰拱、三铰拱、无铰拱。拱 式体系用钢量比梁式体系及框架体系经济。 式体系用钢量比梁式体系及框架体系经济。
f l f l f l
(a)
(b)
两铰拱
三铰拱
(c)
无铰拱
图8.1.5
钢结构
设计
两铰拱：安装和制造简单。 两铰拱：安装和制造简单。因为铰可自由转动的特 两铰拱易于适应变形。 性，两铰拱易于适应变形。 三铰拱：与两铰拱相比无突出的优点， 三铰拱：与两铰拱相比无突出的优点，拱钥铰还使 拱本身结构及屋面设置复杂化。 拱本身结构及屋面设置复杂化。
钢结构
设计
第八章 大跨度房屋结构
钢结构
设计
图8.0.1
第八章 大跨度房屋结构
钢结构
设计
图8.0.2
第八章 大跨度房屋结构
钢结构
设计
图8.0.3
第八章 大跨度房屋结构
73.84
4500 950 1100 87500 0
7700
图8.0.4 飞机库梁式结构
钢结构
设计
图8.0.5
图8.0.6
第八章 大跨度房屋结构
辊轴( 辊轴(铰)支座节点
拱与框架的支座( 图8.1.8 拱与框架的支座(铰)节点
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8.1.3.3 拱的计算特点 ◆风荷载是拱结构计算中一项非常重要的荷载。特别应 风荷载是拱结构计算中一项非常重要的荷载。 注意风吸力对拱结构的影响， 注意风吸力对拱结构的影响，还应考虑侧风压或端风压 作用在建筑物上的情况。 作用在建筑物上的情况。 ◆拱本身作为受压曲杆，需要验算强度和稳定。拱出平 拱本身作为受压曲杆，需要验算强度和稳定。 面的稳定，由横向支撑及檩条体系提供保证。 面的稳定，由横向支撑及檩条体系提供保证。 ◆拱在弯矩作用平面外的刚度如果与平面内相差很大， 拱在弯矩作用平面外的刚度如果与平面内相差很大， 应按压弯杆件验算平面外的稳定。 应按压弯杆件验算平面外的稳定。
钢结构
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图8.0.11 日本名古屋网壳穹顶
钢结构
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第8.1节 平面承重的大跨屋盖结构 8.1节
本节目录
1. 2. 3. 梁式大跨结构 框架结构 拱式结构
基本要求
了解大跨屋盖结构分类方法与应用
钢结构
设计
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8.1.1 梁式大跨结构
钢结构
设计
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8.1.3.2 源自文库的构造特点
◆拱截面分实腹式和桁架式两种，一般为等截面。拱身 拱截面分实腹式和桁架式两种，一般为等截面。 所受弯矩较小，因而截面高度不大， 所受弯矩较小，因而截面高度不大，实腹式可取 1/50-1 /80，桁架式可取 /30- 1 /60。 ，桁架式可取1 。 ◆拱截面可采用H型钢、双角钢、T型钢、槽钢、圆钢管 拱截面可采用H型钢、双角钢、 型钢、槽钢、 和方钢管等。 和方钢管等。 ◆格构拱的腹杆可设计成附加竖杆的三角体系、无附加 格构拱的腹杆可设计成附加竖杆的三角体系、 竖杆的三角形体系及斜腹杆体系。（如下图） 竖杆的三角形体系及斜腹杆体系。（如下图） 。（如下图
40,000 5000 2800 21,500 32000 16000 80000 32000
郑州碧波园娱乐中心空间拱形屋盖结构（建筑平面80m 80m） 80m× 图8.0.7 郑州碧波园娱乐中心空间拱形屋盖结构（建筑平面80m×80m）
钢结构
设计
12500
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铝穹顶
铝合金三角板 铝合金穹顶构架 遮雨板 披水板
18~24m
图8.1.2
第八章 大跨度房屋结构
8.1.2 框架结构
8.1.2.1 框架的体系及形式 两铰框架：对温度作用不敏感， 两铰框架：对温度作用不敏感，刚度较差 无铰框架：刚度好，用钢量省、便于安装， 无铰框架：刚度好，用钢量省、便于安装，但对基础要 求较高 实腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。 实腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。 格构框架：当跨度大于 格构框架：当跨度大于60m时，实腹式框架不太经济， 时 实腹式框架不太经济， 此时可采用格构式，最大可做到150m。 此时可采用格构式，最大可做到 。
铺 设 于屋 架 上的钢筋混凝 土 屋 面 板 可 参 (c) 与共同受压， 采用管材( 方管、 采用管材 ( 方管 、 圆管) 圆管 ) 杆件以及 施加预应力这 三 个 方 面 使 得 (d) 这种结构体系 钢材用量比较 经济。 经济。
钢结构
设计
拉杆
6m
三角形屋架
钢筋混凝土屋面板
24~30m
钢筋混凝土屋面板 玻璃窗