建筑构造第二十讲——大跨度结构屋顶(谷风教育)

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二、大跨度建筑屋顶的结构类型
1、基本概念
• 界定：30M
• 选择结构形式的意义
• 历史
——造型
——万神庙
——空间利用的合理性
——美国·底特律·韦恩县体育馆 （Wayne County stadium ）
——对内部装饰的影响
（266m，圆形钢网壳）
——上海体育馆
（110m，圆形钢平板网架）
（5）根据结构的形式的不同可以分为： 实腹式和空腹式。
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特点
杆件较少，制作方便，结构内部空间较大 梁柱刚接，横梁弯矩较铰接减少，适用于中小
跨结构，跨度可达４０米，最适宜１８米左右 刚度较差，受荷后产生挠度，用于工业厂房时，
吊车起重量不能过大
广泛用于工业厂房和体育馆等
——英国千年穹
（365m，帐篷结构）
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2、大跨度结构形式可分为三大类
按照结构的材料分类： ——砌体结构 ——木结构 ——混凝土结构 ——钢结构 ——膜结构 ——索结构 ——复合材料结构
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第二：按照结构的空间布置形式分类，可 以分为平面结构和空间结构两类。
• 平面结构体系
• 空间结构体系
(一)70年代中期以前的大跨度建筑:
近些年来，大跨度建筑新结构屋顶可分为以下 类型：
⒈钢筋混凝土薄壳顶：
利用钢筋混凝土薄壳结构来覆盖大空间的做 法已越来越多，屋顶形式也多种多样。
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(二)70年代中期以后的大跨度建筑:
这个时期一系列新的成就集中的表现在体 育建筑和交通建筑方面，空间开阔灵活、造型 新颖别致、结构与使用功能先进，受到举世瞩 目。在这些大跨度屋盖中，上面提过的悬索结 构、预制钢筋混凝土空间结构、金属管网架结 构、活动屋顶、木制网架结构、充气结构等都 有新的发展。
大跨度建筑发展的原因： 社会的需要 、新材料与新技术的应用。
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大跨度建筑的结构形式 ：
除了传统的梁架或桁架屋盖外，比较突出 的 则是新创造的各种钢筋混凝土薄壳与折板以及 悬索结构、网架结构、钢管结构、张力结构、 悬挂结构、充气结构等空间结构
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发展的趋势：
建筑的外貌愈来愈紧密地与新材料、新结 构、新的施工技术相结合，覆盖空间越来越 大。由于大跨度建筑多为公共建筑，人流多， 占地面积大，因此一般位于城市边缘或郊区。
第三：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：悬索结构、帐篷结构、 气囊结构、拱结构
向量作用结构体系：平面桁架、钢架结构、 空间桁架
截面作用结构体系：梁结构、框架结构、板 结构等
面作用结构体系：折板结构、薄壳结构等
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3、十种常用的大跨度结构形式
•拱 • 刚架 • 桁架 • 网架 • 折板
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3、拱结构
拱的结构特点与优缺点
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（１）利用地基基础直接承受水平推力 （落地拱）
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拱结构的形式
按力学结构分：三 铰拱、两铰拱和无 铰拱
按建筑外形分：半 圆拱和抛物线拱
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
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（2）根据几何形状的不同，分为：平顶 和坡顶、拱顶以及单跨、多跨和单柱悬挑 等形式。
（3）根据截面形式的不同，又可以分为： 矩形、I形、T形和箱形。
（4）根据材料的不同可分为：钢筋混 凝土钢架、钢刚架、胶合木刚架等。
受力特点
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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
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屋架的类型
（1）、木屋架 特点：节间大小均匀， 杆件内力不致突变太大 适宜跨度：９～２１米 最经济跨度：９～１５米 节间长度：1.5~2.5m
大跨度建筑屋顶
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主要内容
一、大跨度建筑屋顶的发展 二、大跨度建筑屋顶的结构类型 三、大跨度建筑屋顶的类型案例
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一、大跨度建筑的发展：
近代大跨度建筑在十九世纪末已有 很大创 新，20世纪30年代以后，尤 其是二战后的几十年中，大跨度建筑又 有突出的进展。它主要用于展览馆、体 育馆、飞机库，以及一些公共建筑。
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大跨度建筑的利与弊
利：近二三十年来，各种类型的大跨度建筑所取得的成 就，已有力地说明了新技术革命为人们所带来的效益。 它使人们的梦想成真，并使这类本来受技术条件制约极 大的建筑居然能在建筑技术与建筑艺术有机结合中产生 多姿多彩的艺术风貌，令人耳目一新。
弊：但是目前看来，要增加建筑的跨度在技术上并非是 不可解决的事，问题是造价不成比例的飙升是否值得， 以及由于建筑过大、人口在一个建筑某一段时间内的过 于集中而产生的一系列其他问题，例如建筑在日常运作 中过分依靠能源，与人们在交往与进出的高峰时间中所 形成的建筑内部与建筑对城市的交通压力等。因此问题 不是越高越大就越好，而是究竟要建多大与多高。
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（2）、钢屋架 特点：小桁架的组合， 杆件长度较短 下眩受拉 适用跨度：３６米以上
（3）、钢筋混凝土屋架 受力性能好 结点杆件数不多于5 腹杆与玄杆夹角不小于30度
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2、门式刚架的结构特点与适用范围
（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
• 薄壳 • 悬索 • 帐篷薄膜 • 充气薄膜 • 悬挑
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三、大跨度建筑屋顶的类型及其特点
1、桁架结构
各杆件受力均以单向拉、压为主，通过 对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构 内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、 压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座 产生水平推力。
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——桁架 ——刚架 ——拱
——……
（把结构构件本身作为 独立的单元来考虑）
——网架 ——折板 ——薄壳 ——悬索
——……
（把结构的所有组成构件协同起 来共同跨越空间，作为整体来考
虑——整体作用大于单个作用之
和，且多向受力比单向受力更发
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挥材料潜力，空间工作比平面工
作更符合力的自然传递路线）
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