大跨度房屋结构课件.ppt

8 大跨度房屋结构,建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,大跨度结构的分类,,平面结构体系 空间结构体系,梁式结构（平面、空间桁架） 平面刚架结构 拱式结构,平板网架结构 网壳结构 悬索结构 斜拉结构 张拉整体结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,梁式结构,平面刚架结构,拱式结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,平板网架,网壳结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,斜拉结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8 大跨度房屋结构形式,张拉整体结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.1 空间结构的特性,优越的力学性能 良好的经济性、安全性、适用性,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2 网架的形式,网架结构通常指的是平板网架，它是由按一定规律布置的杆件，通过节点连接而形成平板状的空间桁架（Space Truss）结构 目前空间结构中应用最为广泛，共有三大类（交叉桁架系、四角锥体系和三角锥体系）13种中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2 网架的形式,网架结构具有如下特点： 可实现的跨度大; 经济; 安全可靠; 抗震性能好; 适应性强; 制作、安装方便。

网架结构的缺点：节点耗钢量大，网架屋面材料的选用还受到某些条件的限制，制造、施工费用较高等中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2 网架的形式,网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架 双层网架是由上弦、下弦和腹杆组成的空间结构，是最常用的网架形式双层网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.1 按结构组成分类,三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构 特点：增加网架高度，减小弦杆内力、网格尺寸和腹杆长度 当网架跨度较大时，三层网架用钢量比双层网架用钢量省但由于节点和杆件数量增多，尤其是中层节点所连杆件较多，使构造复杂，造价有所提高中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.1 按结构组成分类,青岛极地海洋世界效果图,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.1 按结构组成分类,青岛极地海洋世界鱼头部分模型,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,周边支承 周边支承是在网架四周全部或部分边界节点设置支座，支座可支承在柱顶或圈梁上，网架受力类似于四边支承板，是常用的支承方式 为了减小弯矩，也可将周边支座略为缩进中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,上海体育馆,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,点支承 点支承：整个网架支撑在多个支撑柱上，网架受力与钢筋混凝土无梁楼盖相似。

通过正弯矩和挠度减小，使整个网架的内力趋于均匀 对于单跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/3 对于多跨多点支承，悬挑长度宜取中间跨的1/4中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,各种柱帽形式 点支承网架与柱子相连宜设柱帽以减小冲剪作用 柱帽可设置于下弦平面之下，也可设置于上弦平面之上 当柱子直接支承上弦节点时，也可在网架内设置伞形柱帽，这种柱帽承载力较低，适用于中小跨度网架中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,美国芝加哥国会大厅网架结构,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,周边支撑与点支承结合 平面尺寸很大的建筑物，除在网架周边设置支承外，可在内部增设中间支承，以减小网架杆件内力及挠度中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.2 按支承情况分类,两边和三边支承 设置边桁架、局部加大构件截面或局部三层网架等加强开口边的刚度广州白云机场机库屋盖,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,,平面桁架网架 四角锥体系网架 三角锥体系网架,两向正交正放网架 两向正交斜放网架 三向网架,正放四角锥网架 正放抽空四角锥网架 棋盘四角锥网架 斜放四角锥网架 星形四角锥网架,三角锥网架 抽空三角锥网架 蜂窝形三角锥网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,平面桁架网架：上下弦杆完全对应，并与腹杆位于同一竖向平面内。

特点：由平面桁架相互交叉所组成，其上、下弦杆长度相等，杆件类型少，且上、下弦杆和腹杆在同一平面内一般应使斜腹杆受拉，竖杆受压斜腹杆与弦杆间的夹角宜在4060之间,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,两向正交正放网架：由两组分别与边界平行的平面桁架互成90交叉组成同一方向的各平面桁架长度一致 选用原则：在矩形建筑平面中，网架的弦杆垂直于及平行于边界中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,周边支承网架水平斜撑布置方式之一,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,两向正交斜放网架,两向正交斜放 短桁架对长桁架有嵌固作用，受力有利角部产生拔力，常取无角部形式 两向斜交斜放 适用于两个方向网格尺寸不同的情形受力性能欠佳，节点构造较复杂,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,首都体育馆平、剖面图,首都体育馆高空拼装,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,三向网架 三个方向的平面桁架相互交角60 比两向网架刚度大，适合大跨度(L60m)的多边形（正三角形，正六角形平面）及圆形平面 在某些平面形状会出现不规则杆件,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,上海万人体育馆 平面布置图(D110m),上海万人体育馆施工吊装,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,正放四角锥网架（边边相连）空间刚度较好，但杆件数量较多，用钢量偏大。

适用于接近方形的中小跨度网架，宜采用周边支承边边相连,正放四角锥网架,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,正放抽空四角锥网架： 周边网格锥体不动外，跳格地抽掉一些四角锥单元中的腹杆和下弦杆，使下弦网格尺寸扩大一倍 适用于中、小跨度或屋面荷载较轻的周边支承、点支承以及周边支承与点支承结合的网架中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,棋盘形四角锥网架： 保持正放四角锥网架周边四角锥不变，中间四角锥间隔抽空，下弦杆呈正交斜放，上弦杆呈正交正放 克服了斜放四角锥网架屋面板类型多，屋面组织排水较困难的缺点中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,斜放四角锥网架（顶顶相连）： 上弦网格呈正交斜放，下弦网格为正交正放网架上弦杆短，下弦杆长，受力合理 杆件数量少，屋面板类型多，屋面组织排水较困难 适用于中、小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的矩形平面情况中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,星形四角锥网架： 将四角锥底面的四杆换为十字交叉杆,并加中竖杆形成。

上弦杆比下弦杆短，受力合理竖杆受压，内力等于节点荷载 一般用于中小跨度周边支承情况中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,三角锥网架： 上下弦平面均为正三角形网格，上下弦节点各连9根杆件杆件受力均匀，本身为几何不变体，整体抗扭、抗弯刚度好 适用于大中跨度及重屋盖建筑物，当建筑平面为三角形、六边形和圆形时最为适宜中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,抽空三角锥网架： 抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆下弦杆内力较大，用钢量省，但空间刚度较三角锥网架小 适用于中、小跨度的三角形、六边形和圆形等平面的建筑中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.2.3 按网格组成分类,蜂窝三角锥网架： 上弦为正三角形和正六边形网格，下弦为正六边形网格本身几何可变其上弦杆短，下弦杆长，受力合理 适用于中、小跨度周边支承的情况，可用于六边形、圆形或矩形平面中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,网架结构的外荷载按静力等效原则，将节点从属面积内的荷载集中作用在该节点上 分析结构内力时，可忽略节点刚度的影响，假定节点为铰接，杆件只承受轴力，当杆件上作用有节间荷载时，应同时考虑弯矩的影响。

网架结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算根据网架类型、跨度大小按下列规定选用不同的计算方法中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,空间桁架位移法，计算精度最高的一种方法，适用于各种类型、各种支承条件的网架计算 交叉梁系差分法，简化计算方法，用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算 拟夹层板法，简化计算方法，用于跨度在40m以下，由平面桁架系或角锥体组成的网架计算 假想弯矩法，简化计算方法，可用于斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架的估算中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,对使用阶段荷载作用下的内力和位移进行计算，并应根据具体情况对地震作用、温度变化、支座沉降等间接作用及施工安装荷载引起的内力和位移进行计算中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,直接作用,永久荷载,网架自重 屋面（楼面）材料重力 吊顶材料的重力 设备管道的重力,永久荷载 可变荷载,屋面 (或楼面)活荷载 雪荷载 (雪荷载不应与屋面活荷载同时组合) 风荷载由于网架刚度较大，自振周期较小 计算风载时可不考虑风振系数的影响 积灰荷载 吊车荷载 (工业建筑有吊车时考虑)。

可变荷载,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,抗震验算： 竖向抗震验算： 设防烈度为8度或9度的地区，周边支承及多点支承和周边支承相结合的网架屋盖 水平抗震验算： 在抗震设防烈度为8度的地区，对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设防烈度为9度的地区，对各种网架结构均应进行水平抗震验算,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.1 网架计算方法要点,温度内力：不计算的条件： 支座节点的构造允许网架侧移，且侧移值不小于下式的计算值； 周边支承的网架，当网架验算方向跨度小于40m，且支承结构为独立柱或砖壁柱； 在单位力作用下，柱顶位移大于或等于下式的计算值：,中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架选型原则： 网架的选型应结合工程的平面形状、建筑要求、荷载和跨度的大小、支承情况和造价等因素综合分析确定 按照网架结构设计与施工规程JGJ 791的划分：大跨度为60m以上；中跨度为3060m；小跨度为30m以下中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比(长边短边)1.5时，宜选用正放或斜放四角锥网架，棋盘形四角锥网架，正放抽空四角锥网架，两向正交斜放或正放网架。

对中小跨度，也可选用星形四角锥网架和蜂窝形三角锥网架 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比1.5时，宜选用两向正交正放网架，正放四角锥网架或正放抽空四角锥网架当边长比2时，也可用斜放四角锥网架中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,平面形状为矩形、多点支承的网架，可选用正放四角锥网架、正放抽空四角锥网架，两向正交正放网架对多点支承和周边支承相结合的多跨网架还可选用两向正交斜放网架或斜放四角锥网架 平面形状为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支承网架，可选用三向网架，三角锥网架或抽空三角锥网架对中小跨度也可选用蜂窝形三角锥网架中北大学,房屋建筑钢结构设计,8.2.3.2 一般设计规定,网架高度 网架的高度与屋面荷载、跨度、平面形状、支承条件及设备管道等因素有关 屋面荷载较大、跨度较大时，网架高度应选得大一些 平面形状为圆形、正方形或接近正方形时，网架高度可取得小一些，狭长平面时，单向传力明显，网架高度应大一些 点支承网架比周边支承的网。