最新大跨度房屋结构教学课件.ppt

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1、大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构本章目录本章目录基本要求基本要求8.1 8.1 平面承重的大跨屋盖结构平面承重的大跨屋盖结构8.2 8.2 空间网架屋盖结构空间网架屋盖结构8.3 8.3 悬挂式屋盖简介悬挂式屋盖简介1.了解平面承重的大跨屋盖了解平面承重的大跨屋盖结构的分类和构造特点。结构的分类和构造特点。2.了解空间网架屋盖结构的了解空间网架屋盖结构的特性和组成分类。特性和组成分类。3.了解悬挂式屋盖结构的布了解悬挂式屋盖结构的布置形式。置形式。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第

2、八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.8 上海国际体操中心主体育馆上海国际体操中心主体育馆铝穹顶铝穹顶下沉式碗形气楼下沉式碗形气楼铝合金三角板铝合金三角板铝合金穹顶构架铝合金穹顶构架遮雨板遮雨板披水板披水板铝墙板以及铝墙板以及采光窗采光窗设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋

3、结构大跨度房屋结构图图8.0.9 海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构海南美兰机场库机库网架与拉杆拱架结构1000050005000220000.00022.000预应力混凝土长梁预应力混凝土长梁115000设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.10 首都机场三号航站楼首都机场三号航站楼设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.0.11 日本名古屋网壳穹顶日本名古屋网壳穹顶设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构第第8.18.1节节 平面承重的大跨屋盖结构平面承重的大跨屋盖结构1.1.梁式大跨结构梁式大跨结构

4、2.2.框架结构框架结构3.3.拱式结构拱式结构了解大跨屋盖结构分类方法与应用了解大跨屋盖结构分类方法与应用 本节目录本节目录基本要求基本要求设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 应用应用：通常采用简支桁架作为主要承重构件。其上、：通常采用简支桁架作为主要承重构件。其上、下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。重点重点是是支撑系统支撑系统的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是非常的布置，对保证整个结构体系的整体刚度是非常重要的。重要的。优点优点：制造与安装较为简单。：制造与安装较为简单。常用体系常用体系：大跨度屋

5、盖、预应力三角形截面桁架：大跨度屋盖、预应力三角形截面桁架 适用跨度适用跨度：40 60m，更大的跨度由于耗钢量过大而不，更大的跨度由于耗钢量过大而不经济。经济。8.1.1 8.1.1 梁式大跨结构梁式大跨结构设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构预应力三角形截面桁架预应力三角形截面桁架 预预应应力力三三角角形形截截面面桁桁架架便便于于制制造造、运运输输和和安安装装，给给设置大跨度梁式结构体系以良好基础设置大跨度梁式结构体系以良好基础。(a)图图8.1.1设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 铺铺设设于于屋屋架架上上的的钢钢筋筋混混凝凝土土屋屋

6、面面板板可可参参与与共共同同受受压压，采采用用管管材材(方方管管、圆圆管管)杆杆件件以以及及施施加加预预应应力力这这三三个个方方面面使使得得这这种种结结构构体体系系钢钢材材用用量量比比较较经济。经济。(b)钢筋混凝土屋面板钢筋混凝土屋面板拉杆拉杆三角形屋架三角形屋架6m(c)钢筋混凝土屋面板钢筋混凝土屋面板2430m(d)钢筋混凝土屋面板钢筋混凝土屋面板1824m玻璃窗玻璃窗图图8.1.2设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构两铰框架：对温度作用不敏感，刚度较差两铰框架：对温度作用不敏感，刚度较差无铰框架：刚度好，用钢量省、便于安装，但对基础要无铰框架：刚度好，用钢量省

7、、便于安装，但对基础要 求较高求较高实腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。实腹框架：用工量少，可装运性好，还能降低房屋高度。格构框架：格构框架：当跨度大于当跨度大于60m时，实腹式框架不太经济，时，实腹式框架不太经济，此时可采用格构式，最大可做到此时可采用格构式，最大可做到150m。8.1.2 8.1.2 框架结构框架结构8.1.2.1 8.1.2.1 框架的体系及形式框架的体系及形式设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.1.2.2 8.1.2.2 计算原则及构造特点计算原则及构造特点 计算原则计算原则 格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。格构式

8、普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的变重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的变形进行计算。形进行计算。大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生大跨框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生的挠度由相应的结构起拱来抵消。的挠度由相应的结构起拱来抵消。当跨度大于当跨度大于50m且刚性柱且刚性柱(支座支座)不高时，须计入框不高时，须计入框架的温度应力。两铰框架中，框架柱可以做成沿高度变架的温度应力。两铰框架中，框架柱可以做成沿高度变截面形式，这样能减轻结构自重并具有较好的外观。截面形式，这样能减轻结构自重并具有较好的外观。当杆件内力大于等于当杆件内力

9、大于等于2000kN时，应按重型桁架设计，时，应按重型桁架设计，杆件截面通常设计成双腹杆的。杆件截面通常设计成双腹杆的。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 当支座反力大于当支座反力大于25003000kN时，框架的支座应时，框架的支座应设计成辊轴式；反力较小时，可设计成平板式。设计成辊轴式；反力较小时，可设计成平板式。构造特点构造特点 在双铰框架结构中在双铰框架结构中,为减小横梁中部的弯矩为减小横梁中部的弯矩,可采用图中使横梁卸载可采用图中使横梁卸载的做法的做法。O悬悬挂挂墙墙(a)RRe(b)图图8.1.3设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋

10、结构 横梁与柱连横梁与柱连接的框架节点内接的框架节点内角弯折处应做成角弯折处应做成平缓曲线以避免平缓曲线以避免应力集中。为使应力集中。为使转角处腹板不致转角处腹板不致失稳，应在其内失稳，应在其内部受压区设置短部受压区设置短加劲肋。加劲肋。图图8.1.4（a）（b）设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.1.3 8.1.3 拱式结构拱式结构8.1.3.1 8.1.3.1 拱的体系及形式拱的体系及形式 （1 1）拱的形式有：两铰拱、三铰拱、无铰拱。拱）拱的形式有：两铰拱、三铰拱、无铰拱。拱式体系用钢量比梁式体系及框架体系经济。式体系用钢量比梁式体系及框架体系经济。两铰拱：

11、安装和制造简单。因为铰可自由转动的特两铰拱：安装和制造简单。因为铰可自由转动的特性，两铰拱易于适应变形。性，两铰拱易于适应变形。三铰拱：与两铰拱相比无突出的优点，拱钥铰还使三铰拱：与两铰拱相比无突出的优点，拱钥铰还使拱本身结构及屋面设置复杂化。拱本身结构及屋面设置复杂化。两铰拱两铰拱lf(a)三铰拱三铰拱lf(b)无铰拱无铰拱lf(c)图图8.1.5设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设置拉杆设置拉杆 对于软弱地基的情况，设置拉杆承担拱的横向水平对于软弱地基的情况，设置拉杆承担拱的横向水平力更为合适。设有拉杆的拱其支座主要承受垂直荷载，力更为合适。设有拉杆的拱其支座主

12、要承受垂直荷载，故这种情况下支座比较轻巧。故这种情况下支座比较轻巧。无铰拱：对于弯矩沿跨度的分配最为有利，但必须无铰拱：对于弯矩沿跨度的分配最为有利，但必须设置强大的基础，而且要计算温度的作用。设置强大的基础，而且要计算温度的作用。（2 2）水平推力的解决措施：）水平推力的解决措施：拱支承在墙体上时，横向反力也可用在支座铰水平拱支承在墙体上时，横向反力也可用在支座铰水平处设置拉杆的办法加以解决。为了在不增加房屋高度的处设置拉杆的办法加以解决。为了在不增加房屋高度的情况下增大房间的有效高度，有时将拉杆布置于拱支座情况下增大房间的有效高度，有时将拉杆布置于拱支座铰水平之上。铰水平之上。设计设计钢结

13、构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构设置拱扶壁设置拱扶壁 在加盖的体育场、展览馆以及飞机库里，拱的支座在加盖的体育场、展览馆以及飞机库里，拱的支座常常是房屋的墙体、看台等。没有横墙或看台的情况下常常是房屋的墙体、看台等。没有横墙或看台的情况下则要求设置拱扶壁以承受拱的水平推力。则要求设置拱扶壁以承受拱的水平推力。图图8.1.6 设置抬高拉杆的拱设置抬高拉杆的拱拉杆拉杆0.05505501670017800设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构（3 3）拱外形：）拱外形：接近压力曲线接近压力曲线 抛物线拱：当对称的、沿拱弦线均布的荷载值起抛物线拱：当对称的、

14、沿拱弦线均布的荷载值起主要作用时最为合适。主要作用时最为合适。圆弧拱：适于扁平拱圆弧拱：适于扁平拱,可以简化拱的设计与制造，可以简化拱的设计与制造，使拱构件及节点达到最大标准化。使拱构件及节点达到最大标准化。悬链线拱：适于自重很大的高拱。高拱中风荷载悬链线拱：适于自重很大的高拱。高拱中风荷载引起很大的内力，而且风荷载有可能自两面作用并给引起很大的内力，而且风荷载有可能自两面作用并给出两条截然离散的风压线。此时拱的外形宜取两条极出两条截然离散的风压线。此时拱的外形宜取两条极端风压曲线的中间线。端风压曲线的中间线。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.1.3.2 8.1

15、.3.2 拱的构造特点拱的构造特点拱截面分实腹式和桁架式两种，一般为等截面。拱身拱截面分实腹式和桁架式两种，一般为等截面。拱身所受弯矩较小，因而截面高度不大，实腹式可取所受弯矩较小，因而截面高度不大，实腹式可取 1/50-1/80，桁架式可取，桁架式可取1/30-1/60。拱截面可采用拱截面可采用H H型钢、双角钢、型钢、双角钢、T T型钢、槽钢、圆钢管型钢、槽钢、圆钢管和方钢管等。和方钢管等。格构拱的腹杆可设计成附加竖杆的三角体系、无附加格构拱的腹杆可设计成附加竖杆的三角体系、无附加竖杆的三角形体系及斜腹杆体系。（如下图）竖杆的三角形体系及斜腹杆体系。（如下图）设计设计钢结构钢结构第八章第八

16、章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.1.7 格构拱构造方案格构拱构造方案运输单元运输单元主檩主檩运输单元运输单元主檩主檩安装安装节点节点(a)(b)(c)设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 实腹式拱与格构式拱的支座铰具有相同的结构。常实腹式拱与格构式拱的支座铰具有相同的结构。常用的支座铰的形式如下。用的支座铰的形式如下。图图8.1.8 拱与框架的支座拱与框架的支座(铰铰)节点节点平板平板(铰铰)支座节点支座节点 辊轴辊轴(铰铰)支座节点支座节点设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.1.3.3 8.1.3.3 拱的计算特点拱的计算特点风

17、荷载是拱结构计算中一项非常重要的荷载。特别应风荷载是拱结构计算中一项非常重要的荷载。特别应注意风吸力对拱结构的影响，还应考虑侧风压或端风压注意风吸力对拱结构的影响，还应考虑侧风压或端风压作用在建筑物上的情况。作用在建筑物上的情况。拱本身作为受压曲杆，需要验算强度和稳定。拱出平拱本身作为受压曲杆，需要验算强度和稳定。拱出平面的稳定，由横向支撑及檩条体系提供保证。面的稳定，由横向支撑及檩条体系提供保证。拱在弯矩作用平面外的刚度如果与平面内相差很大，拱在弯矩作用平面外的刚度如果与平面内相差很大，应按压弯杆件验算平面外的稳定。应按压弯杆件验算平面外的稳定。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结

18、构大跨度房屋结构第第8.28.2节节 空间网架屋盖结构空间网架屋盖结构本节目录本节目录基本要求基本要求1.1.空间结构及特性空间结构及特性2.2.平板式空间网架的形式平板式空间网架的形式3.3.网架结构设计特点网架结构设计特点了解空间网架屋盖结构的特性和平板式网架的了解空间网架屋盖结构的特性和平板式网架的设计特点。设计特点。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 空间网架结构是由许多杆件按照一定规律布置通过空间网架结构是由许多杆件按照一定规律布置通过节点连接而成的网格状结构体系。常将平板型的空间网节点连接而成的网格状结构体系。常将平板型的空间网架结构称做网架，将曲型的空

19、间网架结构称做网壳。目架结构称做网架，将曲型的空间网架结构称做网壳。目前空间结构中以网架结构在我国发展最快前空间结构中以网架结构在我国发展最快,应用最广。应用最广。空间结构体系空间结构体系网架及网壳结构网架及网壳结构悬索结构悬索结构膜结构膜结构8.2.1 8.2.1 空间结构及特性空间结构及特性空间结构体系空间结构体系设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.2.1.1 8.2.1.1 优越的力学性能优越的力学性能 整体受力，共同工作。以整个结构的形体来承受整体受力，共同工作。以整个结构的形体来承受外荷载，按照空间的几何特性分担承受荷载任务，没有外荷载，按照空间的几何特

20、性分担承受荷载任务，没有平面结构体系中构件之间那种主次关系。平面结构体系中构件之间那种主次关系。空间受力，高次超静定。在荷载作用下为三向受空间受力，高次超静定。在荷载作用下为三向受力，并以面内力或轴力为主。力，并以面内力或轴力为主。具有良好的抗震性能。具有良好的抗震性能。跨越能力大。跨越能力大。空间结构特性空间结构特性设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.2.1.2 8.2.1.2 良好的经济型、安全性与适用性良好的经济型、安全性与适用性 整体受力性能好，传力路线简洁、可靠，故可节整体受力性能好，传力路线简洁、可靠，故可节约大量建筑材料，经济效果好。约大量建筑材料，

21、经济效果好。高次超静定结构，内力重分布可使其具有额外的高次超静定结构，内力重分布可使其具有额外的安全储备，可靠程度较高。安全储备，可靠程度较高。适应不同跨度、不同支承条件的各种建筑要求。适应不同跨度、不同支承条件的各种建筑要求。同时，建筑造型轻巧、美观、便于建筑处理和装饰等。同时，建筑造型轻巧、美观、便于建筑处理和装饰等。杆件主要承受轴向力，能充分发挥杆件主要承受轴向力，能充分发挥 材料的强度。材料的强度。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.2.2 8.2.2 平板式空间网架的形式平板式空间网架的形式网架结构形式较多网架结构形式较多 ，其分类有不同标准。，其分类有

22、不同标准。1.1.按结构组成分类按结构组成分类双层网架双层网架三层网架三层网架周边支承网架周边支承网架点支承网架点支承网架周边支承与点支承网架周边支承与点支承网架三边支承或两边支承网架三边支承或两边支承网架2.2.按支承情况分类按支承情况分类设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.2.1 周边支承网架周边支承网架网格宽度与柱距一致网格宽度与柱距一致图图8.2.2 点支承网架点支承网架四点支承网架四点支承网架多点支承网架多点支承网架设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构图图8.2.4三边支承网架三边支承网架图图8.2.3周边支承与点支承混合网

23、架周边支承与点支承混合网架图图8.2.5两边支承网架两边支承网架设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构3.3.按网格组成分类按网格组成分类两向正交正放网架两向正交正放网架两向正交斜放网架两向正交斜放网架三向网架三向网架交叉桁架体系交叉桁架体系四角锥体系四角锥体系正放四角锥体系正放四角锥体系正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架斜放四角锥网架斜放四角锥网架设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构(1)(1)交叉桁架体系交叉桁架体系 这类网架由若干相互交叉的竖向平面桁架所组成。这类网架由若干相互交叉的竖向平面桁架所组成。竖向平面桁架的形式与一般平面桁架相

24、似。桁架的节间竖向平面桁架的形式与一般平面桁架相似。桁架的节间长度即为网格尺寸。这些平面桁架可沿两个方向或三个长度即为网格尺寸。这些平面桁架可沿两个方向或三个方向布置，当为两向交叉时其交角可为方向布置，当为两向交叉时其交角可为90（正交（正交)或任或任意角度意角度(斜交斜交)；当为三向交叉时其交角为；当为三向交叉时其交角为60。这些相。这些相互交叉的竖向平面桁架当与边界方向平行互交叉的竖向平面桁架当与边界方向平行(或垂直或垂直)时称时称为正放，与边界方向斜交时称为斜放。为正放，与边界方向斜交时称为斜放。桁架之间交角的变化和边界相对位置的不同，使得桁架之间交角的变化和边界相对位置的不同，使得有下

25、面的网架形式。有下面的网架形式。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构两向正交正放网架两向正交正放网架 两向正交正放网架的构成特点是：两个方向的竖向两向正交正放网架的构成特点是：两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，且分别与边界方向平行。平面桁架垂直交叉，且分别与边界方向平行。图图8.2.6设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构两向正交斜放网架两向正交斜放网架 两向正交斜放网架的构成特点是：两个方向的竖向两向正交斜放网架的构成特点是：两个方向的竖向平面桁架垂直交叉，是与边界成平面桁架垂直交叉，是与边界成45夹角。夹角。(a)(b)图图8.2.7设计设计

26、钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构三向网架三向网架 三向网架的构成特点是：三个方向的竖向平面桁架三向网架的构成特点是：三个方向的竖向平面桁架互成互成60角斜向交叉。角斜向交叉。lh图图8.2.8设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构（2 2）四角锥体系网架）四角锥体系网架正放四角锥网架正放四角锥网架：以以倒倒四四角角锥锥体体为为组组成成单单元元，锥锥底底的的四四边边为为网网架架的的上上弦弦杆杆，锥锥棱棱为为腹腹杆杆，各各锥锥顶顶相相连连即即为为下下弦弦杆杆，它它的的上上、下下弦弦杆杆均均与与相相应应边边界界平行。平行。图图8.2.9设计设计钢结构钢结

27、构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构正放抽空四角锥网架正放抽空四角锥网架：在在正正放放四四角角锥锥网网架架的的基基础础上上，除除周周边边网网格格不不动动外外，适适当当抽抽掉掉一一些些四四角角锥锥单单元元中中的的腹腹杆杆和和下下弦弦杆杆，使使下下弦弦网网格格尺尺寸寸比比上上弦弦网网格格尺尺寸寸大大一一倍。倍。图图8.2.10设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 斜放四角锥网架斜放四角锥网架：以倒四角锥体为组成单以倒四角锥体为组成单元，由锥底构成的上弦杆与元，由锥底构成的上弦杆与边界成边界成4545夹角，而连接各锥夹角，而连接各锥顶的下弦杆则与相应边界平顶的下弦杆

28、则与相应边界平行。因此，它的上弦网格呈行。因此，它的上弦网格呈正交斜放，下弦网格呈正交正交斜放，下弦网格呈正交正放。正放。图图8.2.11设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 （1 1）一般计算原则）一般计算原则 网架结构的设计计算应遵循现行有关国家或行业标网架结构的设计计算应遵循现行有关国家或行业标准的规定。包括：准的规定。包括：建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范GB50009-2001GB50009-2001 建筑抗震设计规范建筑抗震设计规范 GB50011-2001 GB50011-2001 钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017-2003GB50017-20

29、03 冷弯薄壁型钢结构技术规范冷弯薄壁型钢结构技术规范GB50018-2002GB50018-2002 网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程JGJ7-91JGJ7-91 8.2.3 8.2.3 网架结构的设计特点网架结构的设计特点8.2.3.1 8.2.3.1 计算方法要点计算方法要点设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 （2 2）计算方法及其特点）计算方法及其特点 根据需要可采用精确法或近似。根据需要可采用精确法或近似。空间桁架位移法，又称矩阵位移法。其计算过程空间桁架位移法，又称矩阵位移法。其计算过程在结构力学中有过介绍，即该法以杆件为基本单元，以在结构力

30、学中有过介绍，即该法以杆件为基本单元，以节点三个线位移为基本未知量。先进行单元分析，得到节点三个线位移为基本未知量。先进行单元分析，得到单元刚度矩阵，后进行整体分析，得到结构总刚度矩阵单元刚度矩阵，后进行整体分析，得到结构总刚度矩阵和结构总刚度方程。再引进边界条件求得各杆件内力和结构总刚度方程。再引进边界条件求得各杆件内力N。求得各杆件内力求得各杆件内力N后后,按照本书前述轴心受力构件一章的按照本书前述轴心受力构件一章的内容进行设计验算。空间桁架位移法计算较精确，且适内容进行设计验算。空间桁架位移法计算较精确，且适用范围广泛。用范围广泛。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房

31、屋结构 差分法与拟夹层板法。差分法与拟夹层板法。差分法经惯性矩折算，将网架简化为交叉梁系进行差分法经惯性矩折算，将网架简化为交叉梁系进行差分计算差分计算,它适用于跨度它适用于跨度L40m由平面桁架系组成的网架、由平面桁架系组成的网架、正放四角锥网架。一般按图表计算，误差正放四角锥网架。一般按图表计算，误差20。拟夹层板法将网架简化成正交异性或者各向同性的拟夹层板法将网架简化成正交异性或者各向同性的平板进行计算，它适用于跨度平板进行计算，它适用于跨度L40m 由平面桁架系或角由平面桁架系或角锥体组成的网架。一般按图表计算，误差锥体组成的网架。一般按图表计算，误差 10。设计设计钢结构钢结构第八章

32、第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构8.2.3.2 8.2.3.2 一般设计规定一般设计规定 （1 1）选型）选型 网架结构设计首先要选型，通常是根据工程的平面形状、网架结构设计首先要选型，通常是根据工程的平面形状、跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑跨度大小、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计等诸因素，结合以往的工程经验综合确定。网架杆件的设计等诸因素，结合以往的工程经验综合确定。网架杆件的布置必须保证不出现结构几何可变的情况。布置必须保证不出现结构几何可变的情况。（2 2）网格尺寸和网架高度）网格尺寸和网架高度 标准网格多采用正方形，但也采用长方形，网格尺寸可标准网格多采用正方

33、形，但也采用长方形，网格尺寸可取取(1/61/20)L2，网架高度，网架高度(也称为网架矢高也称为网架矢高)H可取可取(1/10一一1/20)L2，L2为网架的短向跨度。为网架的短向跨度。具体尺寸和高度可根据网架形式、跨度大小、屋面材料具体尺寸和高度可根据网架形式、跨度大小、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素确定。以及构造要求和建筑功能等因素确定。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 （1/141/20）L2 （1/121/20）L2 60m （1/21/16）L2 （1/101/16）L2 30m60m （1/101/14）L2 （1/61/12）L2 30m 网

34、架高度网架高度H H 上弦网格尺寸上弦网格尺寸网架的短向跨度（网架的短向跨度（L L2 2）表表1 1 网格尺寸、网架高度建议值网格尺寸、网架高度建议值设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 （3 3）网架结构体系的屋面）网架结构体系的屋面 目前，采用得较多的是有檩体系与轻质屋面相结合目前，采用得较多的是有檩体系与轻质屋面相结合的方案。各种混凝土屋面板、钢丝网水泥板用于无檩体的方案。各种混凝土屋面板、钢丝网水泥板用于无檩体系中，采用已越来越少。系中，采用已越来越少。（4 4）网架杆件）网架杆件 截面以圆钢管性能最优，使用最广泛。截面以圆钢管性能最优，使用最广泛。材料通常

35、选用材料通常选用Q235系列或者系列或者Q345系列钢材。系列钢材。杆件的计算长度杆件的计算长度l0 ：对螺栓球节点网架对螺栓球节点网架(因节点接因节点接近于铰接近于铰接)，其杆件的计算长度，其杆件的计算长度l0取等于杆件的几何长度取等于杆件的几何长度l。对焊接球节点网架，其弦杆及支座腹杆取。对焊接球节点网架，其弦杆及支座腹杆取l00.9l,而而其余腹杆取其余腹杆取l00.8l。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 杆件的长细比限值杆件的长细比限值 对受压秆件，其长细比限值对受压秆件，其长细比限值180；对受拉杆件支；对受拉杆件支座处及支座附近的杆件长细比限值座处及支

36、座附近的杆件长细比限值300、一般杆件、一般杆件400，直接承受动力荷载的杆件，直接承受动力荷载的杆件250。杆件最小截面规格杆件最小截面规格 为了保证网架杆件的承载力并使其具有必要的刚度，为了保证网架杆件的承载力并使其具有必要的刚度，限制杆件的截面规格不得小于钢管限制杆件的截面规格不得小于钢管482，角钢，角钢L503设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 （5 5）网架节点设计与构造要点）网架节点设计与构造要点 网架节点有：焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺网架节点有：焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点、焊接短钢管节点等形式。栓球节点、焊接短钢管节点等形式。节点

37、的重量一般为网架总重量的节点的重量一般为网架总重量的2025，所占所占比重较大，因节点破坏而造成工程事故的例子不少，所比重较大，因节点破坏而造成工程事故的例子不少，所以应于充分重视。以应于充分重视。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构焊接空心球节点焊接空心球节点 空心球可分为不加肋和加肋两种，如下图所示。所用材空心球可分为不加肋和加肋两种，如下图所示。所用材料为料为Q235钢或钢或Q345钢。当球直径设计为钢。当球直径设计为D时，用下料为时，用下料为1.414D直径的圆板经压制成型做成半球，再由两个半球对焊直径的圆板经压制成型做成半球，再由两个半球对焊而成。而成。这种

38、节点适用于连接钢管杆件，被广泛应用。节点构造这种节点适用于连接钢管杆件，被广泛应用。节点构造是将钢管杆件直接焊接连接于空心球体上，具有自动对中和是将钢管杆件直接焊接连接于空心球体上，具有自动对中和“万向万向”性质，因而适应性很强。性质，因而适应性很强。D(a)D/3D/2D(b)图图8.2.12设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 直径直径D为为120500mm的焊接空心球，其承载力设计的焊接空心球，其承载力设计值值Nc(受压球受压球)和和Nt(受拉球受拉球)可分别按下式计算：可分别按下式计算：D D空心球外径空心球外径(mm)；t t空心球壁厚空心球壁厚(mm)；d

39、 d钢管外径钢管外径(mm)；f f钢管材料强度设计值钢管材料强度设计值(Nmm2)；c c受压空心球加肋承强力提高系数，加肋受压空心球加肋承强力提高系数，加肋c=1.4，不，不加肋加肋c=1.0；t t受拉空心球加肋承强力提高系数，加肋受拉空心球加肋承强力提高系数，加肋t=1.1,不加肋不加肋t=1.0。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 空心球外径空心球外径D与壁厚与壁厚t的比值可按设计要求选用，一般取的比值可按设计要求选用，一般取D(2545)t；空心球壁厚；空心球壁厚t与钢管最大壁厚的比值宜为与钢管最大壁厚的比值宜为1.22.0。另外另外,空心球壁厚空心球壁

40、厚t不宜小于不宜小于4mm。在确定空心球外径时，球面上网架相连接杆件与杆件之间的在确定空心球外径时，球面上网架相连接杆件与杆件之间的缝隙缝隙a不宜小于不宜小于10mm。为了保证缝隙。为了保证缝隙a，空心球直径也可初步按，空心球直径也可初步按下式估算：下式估算：D(d1+d2+2a)/式中式中:汇集于空心球节点任意两钢管杆件间的夹角汇集于空心球节点任意两钢管杆件间的夹角(rad)；d1,d2组成组成角的钢管外径角的钢管外径(mm)；ad1与与d2两钢管间净距离，一般两钢管间净距离，一般a10mm.设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 螺栓球节点螺栓球节点 螺栓球节点由螺

41、栓、钢球、销子螺栓球节点由螺栓、钢球、销子(或止紧螺钉或止紧螺钉)、套、套筒和锥头或封板组成，如下图筒和锥头或封板组成，如下图,适用于连接钢管杆件。适用于连接钢管杆件。钢球钢球螺栓螺栓套筒套筒帷头帷头销子销子封板封板a1 a a1l图图8.2.13设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 螺栓是节点中最关键的传力部件，在同一网架中，连接螺栓是节点中最关键的传力部件，在同一网架中，连接弦杆所采用的高强度螺栓可采用同一直径，而连接腹杆的可弦杆所采用的高强度螺栓可采用同一直径，而连接腹杆的可采用同一直径。在小跨度的轻型网架中，连接球体的弦杆和采用同一直径。在小跨度的轻型网架中，

42、连接球体的弦杆和腹杆可以采用同一规格的直径。螺栓直径一般由网架中最大腹杆可以采用同一规格的直径。螺栓直径一般由网架中最大受拉杆件的内力控制，一个螺栓受拉承载力设计值按下式计受拉杆件的内力控制，一个螺栓受拉承载力设计值按下式计算：算：螺栓直径对承载力影响系数；当螺栓直径螺栓直径对承载力影响系数；当螺栓直径30mm时时,取为取为1.0；当螺校直径；当螺校直径30mm时时,取为取为0.930.93；A Ae e高强度螺栓的有效截面面积高强度螺栓的有效截面面积(mm2)，即螺栓螺纹处的截，即螺栓螺纹处的截面积面积,当螺栓上钻有销孔或键槽时。当螺栓上钻有销孔或键槽时。Ae 应取螺纹处或销孔应取螺纹处或销

43、孔键槽处二者中的较小值；键槽处二者中的较小值；设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构ftb高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值，高强度螺栓经热处理后的抗拉强度设计值，对对40B钢、钢、40Cr钢与钢与20MnTiB钢，取为钢，取为430N/mm2；对对45号钢，取为号钢，取为365N/mm2。螺栓直径确定后，钢球直径按照下式的较大者取值：螺栓直径确定后，钢球直径按照下式的较大者取值：设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构式中式中 D D钢球直径钢球直径(mm)；两个螺栓之间的最小夹角两个螺栓之间的最小夹角(rad)d d1 1,d,d2 2螺栓直

44、径螺栓直径(mm)，d1 1d2 2，螺捡拧进钢球长度与螺栓直径的比值螺捡拧进钢球长度与螺栓直径的比值;可取可取1.1;1.1;套筒外接因直径与螺栓直径的比值套筒外接因直径与螺栓直径的比值;可取可取1.851.85。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 支座节点支座节点 网架的支座节点分为压力支座节点和拉力支座节点两网架的支座节点分为压力支座节点和拉力支座节点两大类。大类。压力支座中，平板压力支座常用于较小跨度；单面弧压力支座中，平板压力支座常用于较小跨度；单面弧形压力支座适用于中等跨度；双面弧形压力支座适用于大形压力支座适用于中等跨度；双面弧形压力支座适用于大跨度。

45、跨度。拉力支座中，较常用平板拉力支座和单面弧形拉力支拉力支座中，较常用平板拉力支座和单面弧形拉力支座。座。(6)(6)网架的挠度限值网架的挠度限值 最大挠度限值最大挠度限值fL2/250，式中，式中L2为网架短向跨度。为网架短向跨度。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 G网架自重网架自重(kN/m2)；qw除去网架自重外的屋面荷载标准值除去网架自重外的屋面荷载标准值(kN/m2)；系数，对钢管网架取系数，对钢管网架取1.0；对型钢网架取；对型钢网架取1.2；L2网架短向跨度网架短向跨度(m)。(7)(7)网架自重估算的经验公式网架自重估算的经验公式 计算网架考虑荷载

46、时要估计网架自重，网架自重计算网架考虑荷载时要估计网架自重，网架自重G按下按下式估算式估算:设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构第第8.38.3节节 悬挂式屋盖简介悬挂式屋盖简介概念概念 跨间承重结构的基本构件受拉工作的屋盖，称为悬挂式跨间承重结构的基本构件受拉工作的屋盖，称为悬挂式屋盖。这时，高强材料能得到最充分地利用，因而悬挂式结屋盖。这时，高强材料能得到最充分地利用，因而悬挂式结构使用的效果随跨度增大面提高。构使用的效果随跨度增大面提高。特点特点 易于运输，安装可以不用脚手架，然而施工困难。易于运输，安装可以不用脚手架，然而施工困难。为推力体系，为了承受横向反力

47、为推力体系，为了承受横向反力(钢索或牵拉壳体的水钢索或牵拉壳体的水平分力平分力)必须设置支座结构，其造价可能占整个房屋造价的必须设置支座结构，其造价可能占整个房屋造价的很大部分。很大部分。变形比较大。大多数悬挂式屋盖体系是瞬时刚性体系，变形比较大。大多数悬挂式屋盖体系是瞬时刚性体系，因而需要预张拉。因而需要预张拉。悬挂式屋盖悬挂式屋盖常用体系常用体系：单层悬索体系、双层悬索体系、：单层悬索体系、双层悬索体系、金属薄壳金属薄壳膜、鞍状应力索网等。膜、鞍状应力索网等。设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构单层悬索体系单层悬索体系 1-1(d)(e)(a)(b)悬索悬索 支承结构支承结构 悬索悬索 锚索锚索(c)悬索悬索 水平桁架水平桁架 图图8.3.1设计设计钢结构钢结构第八章第八章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构双层悬索体系双层悬索体系图图8.3.2