第九章大跨度房屋结构

1.拱的体系及形式
设有抬高拉杆的拱
车站月台顶盖的多跨拱
2.拱的构造特点
实腹拱H 1
格 构 式 拱 构 造 方 案
50 ~ 180L，格构式拱H 130 ~ 160L
拱与框架的支座（铰）节点
a）平板（铰）支座的节点构造 b）辊轴（铰）支座的节点构造
3.2
空间网架屋盖结构

上下玄均为方格，上下玄错开半格 适用范围：中小跨度结构 型式： 1、正放四角锥体网架 2、斜放四角锥体网架
四角锥体网架 1、正放四角锥体网架：锥的底边与相应的建筑平面周 边平行； A、倒四角锥体（锥尖向下）：锥的底边相连为上弦杆 ，锥尖的连杆为下弦杆，上下弦错开半格
四角锥体网架 1、正放四角锥体网架 B、正四角锥体（锥尖向上）



1．单曲面单层拉索体系 由许多平行的单极拉索组 成。屋盖表面为简状凹面， 从两端山墙排水。 优点：传力明确，构造简 单； 缺点：屋面稳定 性差， 抗风（上吸力）能力小， 索的水平拉力不能在上部 结构实现自平衡，必须通 过适当的形式传至基础。


拉索水平力的传递，一般有以下三种方式： （１）拉索水平力通过竖向承重结构传至基 础,拉索的两端可锚固在具有足够抗侧刚度 的竖向承重结构上
厦门国际会展中心
二、两向正交斜放网架
正交：两个方向桁架互相垂直 斜放：两个方向桁架都与建筑 平面的边线成45度角 特点：1、长度不统一，最长的桁架长度=桁架长度不因平面长
边的增加而改变 2、短桁架对长桁架起支承作用，可降低长桁架的内力 3、网格平面图形可维持几何不变形，空间刚度好 4、网架四角的锚拉，使长桁架在角部产生负弯矩对四角 支座产生较大的拉力，使四角有可能翘起
四、锥体网架
由三角锥、四角锥或六角锥单元组成 棱角斜杆作竖向腹杆
三角锥体网架
型式： 1、上下弦均为三角形网格——空间刚度好 2、跳格（抽空）三角锥体网格：上弦为三角形网格， 下弦为三角形和六角形网格——用料省
适用范围： 建筑平面为 矩形、三边 形、梯形、 六边形、 圆形的大跨 度结构
四 角 锥 体 网 架
3.3.5
平板网架的受力特点
3.3.6
一、周边支承于柱
平板网架的支承方式
每个结点都设置柱 周边不设置边桁架 用钢梁省 适用范围： 大跨度和中等跨度
二、周边支承于圈梁
柱子数量少 柱距布置灵活 周边可不设置边桁架 圈梁有利于抗震 适用范围： 中小跨度
三、点支承
柱子数量少， 建筑物使用 灵活
适用范围： 大柱距的厂 房或仓库
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第三章（对应教材第9章）大跨度房屋结构

3.1 平面承重的大跨屋盖结构
3.2 空间网架屋盖结构 3.3 索膜结构简介


3.1 平面承重的大跨屋盖结构
3.1.1 梁式大跨结构
大跨屋盖的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面型 式及在公共建筑物里通常设置的吊天棚结构。按重量 最优的屋架高跨比为1/6~l/8，大跨度（大于40~50m） 屋架按运输条件不合乎轮廓尺寸的要求（h＞3.85m）， 如图9-1所示；当采用短尺寸屋面材料以及需要吊天棚 时，必须具有较小节间而设置复杂的再分式腹杆体系。


单曲面双层拉索体系中的承重索和稳定索也可以不在 同一竖向平面内，而是相互错开布置，构成波形屋面

2· 双曲面双层拉索体系 承重柬和稳定索均沿 辐射方向布置，周围支 承在周边往顶的受压环 梁上，中心则设置受拉 内环梁。整个屋盖支承 于外墙或周边的柱上。

屋面形式： 上凸、下凹 或交叉形
6．悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的 刚度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。
3.3.1

悬索结构的型式

悬索屋盖结构按屋面几何形式的不同，可 分为单曲面和双曲面两类； 根据拉索布置方式的不同，可分为单层悬索 体系、双层悬索体系、交叉索网体系





一、单层悬索体系 单层悬索体系的优 点是传力明确，构 造简单； 缺点是屋面稳定性 差，抗风（上吸力） 能力小。 常采用重屋面，适 用于中小跨度建筑 的屋盖。 单层悬索体系有单 曲面单层拉索体系 和双曲面单层拉索 体系。

二、双层悬索体系 由一系列承重索和相反曲率的稳定索所组成

特点是稳定性好，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。 适宜于采用轻屋面，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
a）两铰拱
b）三铰拱
c）无铰拱


拱轴形式的选择： 合理的拱轴线，只有轴力，没有弯矩 和荷载有关 4f y 2 x(l x) 均布荷载：二次抛物线 l
矢高ｆ的影响：
矢高小时，拱身轴力大而且拱脚水平推力也大； 矢高大时，拱身轴力和拱脚水平推力都小，但拱身的长度增大； 合理矢高:f=(1/2~1/8)L，屋盖结构： f=(1/5~1/7)L 矢高f=L/2时，拱轴形式为半圆，水平推力为０，受力合理，但大 跨度时显得高耸，很少用于建筑物盖


3.2.1节 网架结构的特点、优点与适用范围 3.2.2 网架结构的分类 3.2.3 平板网架的结构形式 3.2.4 平板网架的主要尺寸 3.2.5 平板网架的受力特点 3.2.6 网架的支承方式
3.2.1 网架结构的特点、优点与适用范围
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特点：平面桁架相互交叉结合而成 优点： 1、多向受力的空间结构，跨度大 2、刚度大，稳定性好 3、杆件主要承受轴向力，能充分发挥 材料的强度 4、高次超静定，安全度高 5、结构高度小，不仅可以有效地利用建筑空间， 而且能够利用较小的杆件建造大跨度结构 6、杆件类型划一，适用于工业化生产、地面拼装 的整体吊装
四、三边支承
自由边必须设 边梁或桁架梁
适用范围： 飞机库或飞机 修理装配车间
3.3
悬索结构的组成：
索膜结构
悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支承构件所组成。
拉索采用由高强钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或部丝束， 边缘构件和下部支承构件则常常为钢筋混凝土结构。
悬索屋盖结构的特点：

１.索网只受轴向拉力， 既无弯矩，也无剪力， 受力简单 ２.悬索结构通过索的轴向受拉 来抵抗外荷载的作用，可以最充 分地利用钢材的强度。 ３.悬索结构便于建筑造型， 容易适应各种建筑平面。 4.可以创造具有良好物理性能的建筑空间。 5．悬索屋盖结构的稳定性较差。
大跨度房屋结构
201米
第三章（对应教材第9章）大跨度房屋结构

大跨度房屋结构常用于公共建筑； 大跨度房屋结构也用于工业建筑 ； 大跨钢结构按几何形状、组成方法、结构材料及受 力特点的不同可分为平面结构体系和空间结构体系 两大类。属于平面结构体系的有：梁式结构、平面 刚架和拱式结构；属于空间结构体系的有：平板网 架结构、网壳结构、索膜结构等
周边柱项 应设置一 道或两道 受压环梁


三、交叉索网体系 交叉索网体系也称为鞍形索网，它是由两组相互正交 的、曲率相反的拉索直接交叠组成，形成双曲抛物面
3.3.2

索膜结构的分类及特点
索膜结构按照索和膜在结构 整体中的作用和受力特点可 分为三种形式：张拉形索膜 结构、骨架形索膜结构、充 气形索膜结构
3.3.4
二、网格高度
平板网架的主要尺寸
和网格尺寸相匹配 短向跨度l<30m时，取（1/10~1/13）l 短向跨度l=30~60m时，取（1/12~1/15） l 短向跨度l>60m时，取（1/14~1/18）l
三、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
适用范围： 中小跨度、 矩形平面
六角锥体网架 锥尖向下：上弦为正六角形网格，下弦为正三角形网格
3.3.4 平板网架的主要尺寸
一、网格尺寸 短向跨度l<30m时，取（1/8~1/12）l 短向跨度l=30~60m时，取（1/11~1/14）l 短向跨度l>60m时，取（1/13~1/18）l 钢筋混凝土屋面板时，不宜超过 3m*3m 轻型屋面：3~6米

（2）拉索水平力通过拉锚传至基础

l）锚固在足够重的大体积混凝土中； 2）利用底板及回填土自重抵抗拉力； 3）锚固于受拉摩擦桩或受弯摩擦桩上； 4）锚固在岩石层的钻孔中。

（3）拉索水平力通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙

2．双曲面单层拉索体系 常见于圆形的建筑平面，其各拉索按辐 射状布置，整个屋面形成一个旋转曲面

材料：一般为钢结构（Q235、Q345） 杆件：钢管、角钢 结点：空心球结点、钢板焊接结点 适用范围：中小跨度的工业和民用建筑、大跨度的 体育馆、展览馆等屋盖结构
3.2.2 网架结构的分类


按外形分：曲面网架、平面网架 一、曲面网架（网壳） 单曲、双曲、单层、双层
特点： 1、利用一定的起拱度来实现外力的空间传递 2、多余的上凸增加了建筑容积 3、巨大的推力，造成施工困难，材料消耗大

二、平面网架（平板网架） 平行玄桁架交叉而成，双层平面网格 特点：空间受力，无推力
3.3.3 平板网架的结构形式
一、两向正交正放网架
二、两向正交斜放网架 三、三向交叉网架
四、锥体网架
一、两向正交正放网架
正交：两个方向桁架互相 垂直 正放：两个方向桁架都与 建筑平面的边线平行
特点：两个方向桁架跨度相等或接近时，两个方向桁架 受力才比较均匀，且能发生整体空间作用 如建筑平面为长方形，空间作用不明显 网格平面为几何可变体型，刚度差，需设斜撑 适用范围：建筑平面为正方形或接近正方形 中等跨度：30~60米
骨架形膜结构
张拉形索膜结构
大阪博览会富士馆
3.1.1 梁式大跨结构
预应力三 角形截面 的桁架便 于制造、 运输和安 装，给设 置大跨梁 式结构体 系以良好 的基础。
3.1 平面承重的大跨屋盖结构
3.1.2 框架结构
1.框架的体系及形式 覆盖大跨度常采用两铰及无铰框架 ；可用实腹式也 可用格构式框架
H 1
30 ~ 140L
1.框架的体系及形式
四角锥体网架（抽空）
四角锥体网架 正放四角锥体网架的特点： （1）杆件内力均匀，点支承时除支座处杆件 内力较大，其他杆件内力均匀； （2）屋面板规格比较统一，上下弦杆等长， 构造简单。
适用范围： （1）平面接近于正方形的中小跨度周边支承 的建筑； （2）大柱距的点支承、有悬挂吊车的工业厂 房。
四角锥体网架 2、斜放四角锥体网架：锥的底边与相应的建筑平 面周边夹角45度 上弦杆短对受压 有利，下弦杆长 为受拉杆，受力 合理
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
由角部两个柱子共同承担，避免拉力集中
三、三向交叉网架
三个方向的桁架相互交叉 60度而成 特点： 1、上下弦网格均为三角形 2、空间刚度比两向网架好 3、杆件内力更均匀 4、结点汇交杆件多，构造复杂 适用范围： 大跨度 ，建筑平面为三角形、六边形、圆形
H 1 ~1 L 12 20


框架横梁卸载的构造作法 a）墙挂于悬臂 b）支座铰侧移 格构式框架体系
折线形横梁的格构式框架
a）框架简图 b）格构式节点 c）实腹式填入钢板节点
H 1 ~1 L 15 25


3.1 平面承重的大跨屋盖结构
3.1.3 拱式结构
1.拱的体系及形式
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
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。