建筑构造—大跨度结构屋顶

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
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
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。
(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。
(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。
（365m，帐篷结构）
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
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
——桁架 ——刚架 ——拱
——……
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。
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
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。
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）
——英国千年穹
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
（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
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
3、拱结构
拱的结构特点与优缺点
（１）利用地基基础直接承受水平推力 （落地拱）
拱结构的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
大跨度建筑屋顶
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
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。
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。
受力特点
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
（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。
（5）根据结构的形式的不同可以分为： 实腹式和空腹式。
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
（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
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）
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
3、十种常用的大跨度结构形式
•拱 • 刚架 • 桁架 • 网架 • 折板
• 薄壳 • 悬索 • 帐篷薄膜 • 充气薄膜 • 悬挑
利用侧面框架结构承受水平推力
4、网架结构
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： （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