大跨结构体系及选型

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四、主要大跨结构体系选型(10种)及其实例
井字楼盖，平面桁架，空间桁架，空间刚架，张弦梁, 网架，网壳，弦支穹顶，双层轮形索系，加肋壳体; 此10类几乎包括目前大跨建筑结构所采用的体系。
1、井字楼盖 *构成：主梁、次梁、楼板 *特点：美观，可作天花图案；设计简单，施工方便； 当楼盖长宽尺寸相当时，结构双向受力。 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 *适用范围：会议室、礼堂、演播厅、剧院,一般情况 中国建筑结构设计群.群号:287888478 下，跨度宜小于30m。 *布置要点：井字梁端均匀布柱，周边梁的抗扭刚度 应大，即梁宽宜大一些。 *参数估计：主梁高=L/8~15,次梁高=L/15~25,板厚 =L1/35~40,次梁间距2~6m。 *体系变化：密肋、斜向布置次梁、三向布置次梁、 施加预应力。
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三、大跨结构体系分类
由于功能、安全、经济、美观等要求的不同，故 导致产生众多的结构体系，以适应上述众多的要求。 1、大跨结构常用结构材料(以材料分类) · 钢材类：普通结构用钢（Q235、Q345、16Mn等）， Word版文件来自:中国建筑结构设计群 高强钢、高强钢丝、铸钢等。 中国建筑结构设计群.群号:287888478 · 混凝土类：普通混凝土（C20～C80）、钢管混凝土、 型钢混凝土、纤维混凝土等。 · 特种材料：膜材及其它高分子材料。
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龙华文化中心剧院 夹层结构布置图
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2、平面桁架 *构成：下弦杆、腹杆、上弦杆 *特点：设计简单，施工方便，可吊装，也可 拼装，可适用较大跨度，可采用各种材料，如 钢、混凝土、木；杆轴向受力，经济合理。桁 架中可穿越管道。 *适用范围：6~60m大跨建筑的楼盖或屋盖。 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 *布置要点：两端铰接于支座，布置斜撑，加 中国建筑结构设计群.群号:287888478 强整体性及稳定性。 *参数估计：桁架高=L/5~10,节间长度1.5~4m *体系变化：平行式、三角式、梯形式。
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上海世博会
空间钢结构 建筑物
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2）结构的安全性 一般意义上的安全性包括结构的稳定性、强度、 刚度、耐久性、耐火性、舒适性、坚固性、延性 等。 3）结构的经济性 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 结构建造的经济性可采用单位建筑面积的结构 中国建筑结构设计群.群号:287888478 造价来度量或采用单位建筑面积的含钢量与含砼 量来表示。
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平行式
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深圳新客站(北站)
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4）结构设计方法 结构设计方法=结构概念设计+结构计算分析 结构概念设计包括确定结构设计标准、定性分 析、结构选型与布置、初拟结构参数等。 结构计算分析主要求解结构性能参数与运动过 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 中国建筑结构设计群.群号:287888478 程参数、分析结构作用与反应、确定结构参数、验 证结构是否符合结构设计目标等。
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5）结构安全要求高 由于人员与设备集中，故其结构安全要求高。 6）建造与维护费用高 对建造费用来说，在同等条件下，跨度大的建 筑高于跨度小的建筑。另外，大跨度建筑采用的特殊 建筑材料及较昂贵的设备，故而维护费用较高。 3、大跨结构包含大跨空间结构与大跨平面结构 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 大跨空间结构的含义 中国建筑结构设计群.群号:287888478 空间结构在荷载作用下结构具有三维的、共同的 受力特性,并具有受力合理、重量轻和造价低等特点。 如网架、空间刚架、井字梁等。 大跨平面结构的含义 平面结构在荷载作用下结构不具有三维的受力特性， 平面桁架、单根梁,一个方向的结构受力，另外方向 的结构不受力。
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2、大跨结构常用的单元(以结构单元分类) ·一维单元（线状单元）：①硬性单元：梁、杆 ②软性单元：索（仅受拉） ·二维单元（面状单元）：①硬性单元：壳、板 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 ②软性单元：膜（仅受拉） 中国建筑结构设计群.群号:287888478
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Hale Waihona Puke Baidu
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3、立体管桁架 *构成：梁式下弦杆(1根或2根)、腹杆、梁式 上弦杆(2根)。 *特点：节点形式简单，外形简洁流畅，施工 简单，节约材料，两根上弦及水平腹杆构成水 平桁架，故上弦受压稳定。 *适用范围：6~60m大跨建筑的楼盖或屋盖。 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 中国建筑结构设计群.群号:287888478 *布置要点：两端铰接于支座，顶面布置斜撑， 加强整体性。 *参数估计：桁架高=L/10~15。 *体系变化：梯形式。

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·网架（杆系） ·单层网壳（梁系） ·双层双壳（杆系） ·桁梁加强单层网壳（杆系） ·空间刚架（梁系） ·拱（梁） ·悬索体系（索+杆+梁） ·弦支网壳（索+杆) Word版文件来自:中国建筑结构设计群 中国建筑结构设计群.群号:287888478 ·预应力网壳（索+杆) ·加肋壳体（壳+梁)
室内透视图
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结构剖面图
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三角式
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梯形式
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大跨结构体系及选型
张 剑
深圳大学建筑与城市规划学院 ２０1０年 11月
课程说明
• 本讲座为观演建筑设计教学中的一个环节，课时 为3节； • 本讲座的教学目的： 1）大跨结构体系的分类(逻辑的、科学的分类)； 2）在大跨建筑(包括观演建筑)设计中如何选择合 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 中国建筑结构设计群.群号:287888478 适的大跨结构体系。 • 本讲座的教学方法： 1）讲授； 2）教学互动：提问，讨论。
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2）二维单元（面状单元）所构成的体系 · 析板体系 · 组合壳体 · 充气膜 3）一维与二维单元混合构成的体系 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 · 井字楼盖 中国建筑结构设计群.群号:287888478 · 空心楼盖 · 密肋楼盖 · 预应力密肋或井字楼盖 · 索膜结构
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目录
• 一、引言
• 二、大跨公共建筑的结构设计
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• 三、大跨结构体系分类 • 四、主要大跨结构体系选型及其实例
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2、大跨公共建筑的特点及其要求 1）人员密集 人员流量大、密度大，人们相互作用、相互交流 的机会多，对建筑使用的方便性及美观性有较高的要 求。另外，对人员的疏散、消防、卫生、安全等方面 有特别要求。 2）物流频繁 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 各种交通设施进出频繁，各种货物流动不息。 3）信息量大 中国建筑结构设计群.群号:287888478 各种视觉性信息、声音信息不断输入与输出。 4）能耗大 维护设备的运转及适宜的空气需要大量的能源。
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二、大跨公共建筑的结构设计

1）建筑与结构设计的共同目标(也即体系选择的标准)
人的 快乐
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功能
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安全
经济
美观
建筑设计目标主要是：功能与美观，结构设计 主要目标是安全与经济。但在大跨公共建筑设计中， 建筑与结构设计较为密切，建筑设计须兼顾结构设 计目标，同理，结构设计须兼顾建筑设计目标。

*梁承受弯矩、剪力、扭矩，杆仅承受轴向力。
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3、大跨结构常用体系 结构体系可采用不同方式进行分类，这里采用按一 维单元（线状单元）和二维单元(面状单元)进行分析 1）一维单元（线状单元）所构成的体系（网格结构） ·交叉梁系（包括单根梁） ·平面桁架（杆系） ·立体桁架（杆系） ·空腹桁架（梁系） Word版文件来自:中国建筑结构设计群 ·张弦梁（梁+杆+索） 中国建筑结构设计群.群号:287888478
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5）大跨结构的设计（体系选择、布置和确定相关参数） 步骤 a、理解建筑设计，明确建筑功能与美观要求 主要明确跨度、净空、空间形式、建筑形体等要求 b、明确结构的安全要求与经济要求 主要明确稳定性、强度、刚度、舒适性、耐久性、 可维护性及造价要求。 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 c、充分获取相关信息 中国建筑结构设计群.群号:287888478 主要关于结构性能、荷载、尺寸限制等方面信息 d、建筑结构一体化选型与布置 e、计算分析确定结构相关参数 f、设计验证 验证是否满足相关要求与规范，计算分析的可靠性。
一、引言

1、大跨公共建筑的社会需求 社会需求本质上是人们对快乐的需求，开敞、通 透的无柱大空间能给人们能带来使用的方便性和良好 的感受，所以，人们需要大跨公共空间。在经济条件 的限制下，下列建筑采用大跨空间结构是合理的。 1) 交通枢纽 Word版文件来自:中国建筑结构设计群 中国建筑结构设计群.群号:287888478 机场、车站、码头等公共建筑。 2) 会议与观演建筑 会场、体育馆、剧场、展览馆等公共建筑。