大跨度钢结构课件.ppt

1,大跨度钢结构 Large-span Steel Structure,2,参考文献：,大跨度房屋钢结构哈尔滨建筑工程学院编，中国建筑工业出版社，1985.11平板网架设计刘锡良等编著，中国建筑工业出版社，1979.7空间结构浙江大学建筑工程学院等编著，中国计划出版社，2003.12网架结构设计与技术规程JGJ7-91中国建筑工业出版社，1991网壳结构技术规程JGJ61-2003中国建筑工业出版社，2003,3,主要内容,概述平面结构网架结构悬索结构,4,第一章 大跨度房屋钢结构简介,1.1：大跨度钢结构的应用及其主要特点1.2：大跨度房屋钢结构的类型 一：平面结构 梁式结构 框架结构 拱式结构 二：空间结构 网架和网壳结构 悬索结构,5,1.1：大跨度钢结构的应用及其主要特点,应用 公共建筑(剧院，展览馆，体育场馆，车站等)专门用途的建筑(飞机库，汽车库等)生产性建筑(飞机制造厂装配车间，造船厂等)主要特点 跨度大 290m 340m(国家体育场，刚架结构，2008)主跨1385m(江阴长江大桥，悬索结构，1999)个性化(非大量建设项目，方案的极其个性化),6,1.2：大跨度房屋钢结构的类型,平面结构 由一些强度不大的纵向构件将平面结构连接起来构成 纵向构件层层重复传递荷载，并不分担荷载 梁式，框架式和拱式结构 空间结构 加强连接平面结构的纵向构件以形成一个整体结构，共同承载 克服荷载层层重复传递，经济性好，整体刚度大，抗震性能好 主要包括悬索结构，网架和网壳结构等 空间作用(diaphragm，蒙皮效应),7,第二章 平面结构,2.1：梁式结构的特点和应用2.2：框架结构的特点和应用2.3：拱式结构的特点和应用,8,2.1 梁式结构的特点和应用,特点 不产生水平推力(可支承于墙壁，砖石或混凝土柱上)制造和安装较简单应用 可用于40m60m左右的工业和民用建筑物中结构布置,复杂式,9,2.1 梁式结构的特点和应用(续),结构型式 跨度较小时，可采用实腹式梁(常用工字形截面)跨度在5070m及更大时，采用桁架形式 桁架外形及腹杆体系取决于跨度，屋面形式和吊顶结构 桁架高跨比一般为1/81/6(注：跨度大于50m时，运输超限)常用梯形桁架；屋面坡度大时，宜用平行弦；吊顶可作弧线形(设拉杆),10,2.2 框架结构的特点和应用,特点 与梁式相比，框架结构可降低建筑物高度 结构上比梁式结构经济 结构布置 横向框架布置(跨度大于60m时，应增大框架间距，常导致复杂布置)纵向框架布置(跨度较小时，特别有利，可向外悬伸，用于机库等)结构型式 跨度在5060m时，常用双铰实腹式框架(常用工字形截面)减轻基础负担；结构可外露；横梁高度可取跨度的1/201/12 设置预应力拉杆减少跨中弯矩，横梁高度可取跨度的1/401/30,11,2.2 框架结构的特点和应用(续),跨度较大时，常用双铰格构式框架 跨度超过100m时，宜采用无铰格构式框架,12,2.2 框架结构的特点和应用(续),格构式框架的横梁高跨比宜在跨度的1/201/12范围选取 格构式框架立柱的宽宜取其横梁的节间长度(卸载效应)折线弓形框架接近于拱形结构的力学性能 常用于高度相对较大(跨度约4050m，高度约1520m)的建筑物 横梁高度和立柱宽度皆在跨度的1/251/15范围选取 应用 主要应用于工业建筑物中,13,2.3 拱式结构的特点和应用,特点 拱式屋盖受力合理 比梁式和框架式屋盖结构经济指标好(跨度超过80m时尤为显著)结构布置 跨度为4060m时，拱间距可取610m，无檩或型钢檩条,14,2.3 拱式结构的特点和应用(续),跨度达100m左右时，宜采用相距36m的拱对，拱对间距为915m,15,2.3 拱式结构的特点和应用(续),侧窗难以开启，且易积灰；檩条下移，构成横向天窗,16,2.3 拱式结构的特点和应用(续),结构型式 双铰拱(最常见，制作安装方便，较经济，温度应力低)无铰拱(最经济，须设强支座，温度应力高)三铰拱(应用不广，拱顶铰使结构复杂化),亦分为实腹式和格构式 宜设计成等截面 实腹式截面高度可取跨度的1/801/50 格构式截面高度可取跨度的1/601/30 水平推力 拉杆设置 支座设计 框架结构,17,2.3 拱式结构的特点和应用(续),拱脚构造处理 构造不便 空间利用,应用 民用公共建筑 物中,18,第三章 网架结构,3.1：网架结构的特点和应用3.2：网架结构的形式和种类3.3：网架结构形式的选择3.4:网架结构主要尺寸的确定3.5:网架的内力分析方法3.6:网架在地震、温度及安装荷载作用下的 计算原则 3.7：网架的杆件选择和节点构造3.8：网架的制作、安装和检验,19,特点 空间结构体系，高次超静定 能承受来自各个方向的荷载 整体性好，空间刚度大，体系稳定 抗震性能好 可利用小规格的杆件建成大跨度的结构 自重较轻，节约材料 杆件规格划一，适于工业化生产 适应性好应用 广泛应用于公共建筑及工业厂房中,3.1网架结构的特点和应用,20,3.2平板网架的形式和种类,网架类别(以网架构成方式分类)交叉平面桁架体系（两组桁架交叉梁系、三组桁架交叉梁系）交叉空间桁架体系（四角锥体、三角锥体、六角锥体）,两向正交正放,网架表示法,21,3.2网架类别(续),两向正交斜放,两向斜交斜放,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,22,3.2网架类别(续),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，适合大跨度常用于正三角形，正六角形平面在某些平面形状会出现不规则杆件,正放四角锥网架,正放抽空四角锥网架,23,3.2网架类别(续),斜放四角锥网架,棋盘形四角锥网架,星形四角锥网架,斜放四角锥网架受力合理，杆件数量少屋面板类型多屋面组织排水较困难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。,三角锥网架,24,3.2网架类别(续),抽空三角锥网架,蜂窝形三角锥网架,三(多)层网架 减少弦杆内力(25%60%)，减小网格尺寸，大跨经济性好；杆件数量多,三层网架示意图,25,3.3平板网架形式的选择,选择网架型式考虑的因素：建筑物的平面形状和尺寸、支承情况、荷载大小、屋面构造、建筑要求、制造和安装的方法及材料供应情况等 从平面形状和大小来看，当周边简支时：平面为方形或接近方形，且为中小跨度时，宜采用两向正交斜放交叉梁系网架，或正放和斜放四角锥网架。平面为矩形时，宜采用两向正交斜放交叉梁系网架，或斜放四角锥网架。平面为圆形、八角形、六角形、扇形，且平面尺寸较大时，可选用三向交叉梁系网架，或三角锥网架。从屋面构造来看：正放网架的屋面板规格常一种，而斜放网架却有两三种。倒锥体网架的上弦网格较小，因而屋面板规格也较小,26,3.3平板网架形式的选择（续）,而正锥体网架却相反。从支承条件来看：当采用四点支承或四点支承的连续网架时，宜采用两向正交正放交叉梁系网架或正放四角锥网架。从跨度和荷载来看：跨度和荷载皆较小时，锥体网架可采用部分抽空的办法进一步节约钢材。从制造和施工的角度来看：交叉平面桁架体系要比空间桁架体系简便些。从杆件截面和节点构造的合理性来看：最宜采用钢管杆件和球节点，但价格较高且材料供应常有困难。不如角钢杆件和钢板节点方便而便宜。,27,3.4 网架主要尺寸的确定,网架几何尺寸,注：L2 是以米计的网架短向跨度；跨度小于18米时网格数可适当减少。,28,网架主要尺寸的确定(续),网架起拱和屋面排水网架起拱 一般情况下，网架刚度较大，不需要起拱。只有当跨度大于60m时，才采用L2/300的起拱度。屋面排水坡度 网架起拱 适于双坡排水；抗震性好；起拱高度过大，内力分析应计及,支承柱变高度,网架变高度 可降低弦杆内力，使其趋于均匀；抗震性好；杆件种类增多上弦节点设置小立柱(常用)可构造双坡，四坡或其它复杂的多坡排水屋面；跨度大时要作稳定和抗震计算,29,3.5 网架的内力分析,平板网架的内力分析方法很多，最常采用的有下列几种：矩阵位移法：把网架离散为各个杆件，建立单杆的杆端力和杆端位移的关系方程，然后根据力的平衡条件，建立起各个节点的平衡方程，以节点位移为未知数，解出位移后再确定全部内力。这是目前网架内力分析中比较精确的方法，有电算的通用程序可以使用，它适用于各种平面形状和支承条件的网架,交叉梁系差分法：把空间网架简化为交叉梁系，只考虑体系的垂直位移，同时假设上下弦节点的垂直位移相等。按照交叉梁系理论列出挠曲平衡微分方程，解出挠度，然后进行弯矩和剪力的计算。为了避免求解微分方程之繁，常采用差分法求解。,30,网架的内力分析（续）,拟夹层板法：把网架连续化为由三层不同材料组成的夹层板，考虑网架剪切变形的影响，以一个挠度和两个转角共三个广义位移为未知量，采用弹性平板弯曲理论建立基本微分方程。然后用差分法或级数法解出挠度、弯矩和剪力。再根据弯矩和剪力确定网架内力。,本法适用于两向正交正放，正放四角锥及正放抽空四角锥网架。我国网架结构设计与施工规程JGJ17-91中列有表格可直接查取拟板的内力和位移系数，再按相应公式求得杆件内力和挠度。,假想弯矩法：假定网架下弦节点又一个假想弯矩能满足平衡要求，根据静力平衡条件导出弯矩方程，然后逐个节点写出以假想弯矩为未知数的多元一次联立方程。解出假想弯矩后，即可求得网架杆件的内力。此方法适用于斜放四角锥和抽空四角锥网架。,31,3.6 网架在地震，温度及安装荷载作用下的计算原则,一：地震作用 网架结构属于高次超静定结构，具有良好的抗震性能。其抗震计算可按下列规定进行。,1：竖向地震作用,在抗震设防烈度为6度或7度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为8度或9度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。竖向地震作用标准值按下式确定:FEvKi=vGi,2：水平地震作用,在抗震设计烈度为7度的地区，可不进行水平方向的抗震验算；在抗震设计烈度为8度的地区，对于周边支承,32,3.6 网架在地震，温度及安装荷载作用下的计算原则,的中小跨度网架可不进行水平抗震验算；在抗震设计烈度为9度的地区，对各种网架结构及其下部支承结构均应进行水平抗震验算。水平地震作用下的网架内力、位移可采用空间桁架位移法计算 网架的支承结构应按有关规范的相应规定进行抗震计算。,33,网架在地震，温度及安装荷载作用下的计算原则(续),二：温度应力 网架结构施工完毕时的气温和网架使用阶段最高或最低环境温度的差别，将引起网架杆件的温度伸长或缩短，如果这些温度变形受到阻碍，将产生温度应力。一般温差变化常按300C计算。温度变化引起的网架内力，可采用矩阵位移法或其他近似方法计算。网架结构符合下列条件之一时，可不考虑温度应力：（1）.支座节点的构造允许网架侧移时,其侧移值应大于或等于“网架规程”所给表达式的计算值；（2）.当周边支承的网架，且网架验算方向跨度小于40米时。支承结构应为独立柱或砖壁柱。（3）.在单位力作用下，柱顶位移大于或等于“网架规程”所给表达式的计算值。,34,网架在地震，温度及安装荷载作用下的计算原则(续),三：安装荷载 网架在整体吊装时，随着吊点位置的不同，杆件内力和设计内力不同，对某些杆件可能产生不利影响。因此，必须进行安装荷载验算，并合理地选定吊点。进行安装荷载验算时，应采用安装荷载动力系数来考虑起吊过程中起吊加速度的动力效应。当采用提升法或顶升法施工时，动力系数取1.1；当采用把杆吊装时，取1.2；当采用履带式或轮胎式起重机时，取1.3。,35,3.7 网架杆件选择和节点构造,一：杆件选择,1：材料：Q235，Q345，Q390，Q420等2：截面型式：圆钢管，方钢管，角钢及组合截面 采用圆钢管时，截面不宜小于48X2；采用角钢时不宜小于L45X3或L56X36X3。3：杆件的计算长度及允许长细比：见“网架规程”第4.1.2条和第4.1.3条。4：截面选择：截面尺寸根据杆件内力按轴心受力构件确定。所选截面规格不宜过多。,36,网架杆件选择和节点构造（续）,二：节点种类和特点1：节点设计要求：工作可靠，构造简单，加工和安装方便，节约材料。2：节点种类：内部节点：钢板节点，焊接球节点，螺栓球节点，相贯节点，焊接钢管节点，圆环节点，鼓式节点，毂状节点等。外部节点：支座节点，悬挂节点，屋盖节点等。3：节点设计：钢板节点、焊接球节点、螺栓球节点、支 座节点设计与构造,37,3.8 网架的制作，安装和检验,一：网架的制作：网架属于钢结构，其制作过程为：放样，好料，下料，焊接，涂装，编号，包装和发运。同时应注意：a：在工厂制成小单元体或单片桁架，送到现场拼成空间整体的网架：b：要求制造精度高，并在出厂前必须经过预拼装；c：采用球结点时，须增加球结点的制造工艺。,二：网架的安装,1：网架常用的施工方法：a：高空散装法；b：分条分块安装法；c：高空滑移法；d：移动支架安装法；e：整体吊装法；f：整体提升法；g：整体顶升法。,2：确定施工方法考虑的因素：a：结构型式和结构的形状；b：施工的成本；c：结构的跨度和重量；d：施工的安全性；e：施工工期；f：屋面上设备安装情况。,38,网架的制作，安装和检验（续）,三：网架的防腐与防火,1：网架的防腐：网架结构的杆件和节点采用钢材制作，钢材的最大缺点是容易腐蚀。因此，必须采取有效的防腐措施。网架结构的防腐方法有三种：a：采用抗锈蚀钢材；b：在钢材表面用金属镀层保护；c：在钢材表面涂以非金属保护层。,非金属涂料防腐方法需要经过表面除锈和涂料施工两道工序。表面除锈的方法一般有：人工除锈，机械除锈及酸洗和酸洗磷化除锈。涂料施工就是在钢材表面涂刷涂料，保护钢材不受周围侵蚀介质的作用。,39,网架的制作，安装和检验（续）,2：网架的防火：,网架结构大多数作为建筑屋盖而广泛应用于各种建筑中。它的防火要求应根据建筑物的耐火等级确定耐火极限进行防火设计。,网架结构的耐火极限，主要取决于钢材的耐火极限。,网架结构的防火措施一般有：喷涂防火涂料；水喷淋系统进行防护。,40,网架的制作，安装和检验（续）,四：网架的验收：,网架结构的验收包括：制作过程的验收 安装完毕的验收 验收的内容包括：保证项目 基本项目 允许偏差项目 验收评定等级包括：合格 优良,41,网架的制作，安装和检验（续）,网架结构的验收文件包括：网架施工图；网架竣工图；设计更改文件；施工组织设计；所用钢材及其它材料的质量证明书和试验报告；网架的零部件产品合格证书和试验报告；网架制作拼装各工序的验收记录；焊工考试合格证明，焊缝质量和高强度螺栓质量检验资料；总拼就位后几何尺寸偏差和挠度记录。,42,第四章 网壳结构,4.1：网壳结构的特点和应用4.2：网壳结构的形式和种类4.3：网壳结构的选型及主要尺寸的确定 4.4：网壳结构的荷载、作用与一般计算原则,43,特点 网壳结构兼有杆系结构和薄壳结构的主要特征，杆件比 较单一，受力比较合理。网壳结构的刚度大，跨越能力大。网壳结构可以用小型构件组装成大型空间，综合技术经 济指标较好。网壳结构的分析计算已成熟。网壳结构的造型丰富多彩。,4.1网壳结构的特点和应用,网壳结构是一种曲面形网格结构。有单层和双层网壳之分。,应用 应用广泛,44,4.2 网壳结构的形式与分类,网壳结构一般可按下列各种方法分类：,1：按曲面的曲率半径：正高斯曲率（K 0）网壳 零高斯曲率（K=0）网壳 负高斯曲率（K 0）网壳2：按网壳的层数：单层网壳，双层网壳，局部双层（单 层）网壳。3：按网壳的用材：钢网壳，木网壳，钢筋混凝土网壳，组合网壳。4：按曲面外形：柱面网壳，球面网壳，椭圆抛物面网壳，双曲抛物面网壳。,45,网壳结构的形式与分类(续）,单层柱面网壳的网格形式a)单斜杆柱面网壳：杆件数量少，节点构造简单；刚度差b)人字形柱面网壳：亦称弗普尔形柱面网壳c)双斜杆柱面网：壳杆件数量多；刚度好d)联方网格柱面网壳：杆件组成菱形，夹角为30 50e)三向网格柱面网壳：联方网格柱面加纵向杆件,柱面网壳,46,网壳结构的形式与分类（续）,a)正放四角锥柱面网壳,b)正放抽空四角锥柱面网壳,c)斜置正放四角锥柱面网壳,d)三角锥柱面网壳,e)抽空三角锥柱面网壳,双层柱面网壳的网格形式1.交叉桁架体系(略)2.四角锥体系 a)：刚度大，杆件少，最常用 b)：适用于小跨度，轻屋面 c)：系将a)斜置3.三角锥体系 常用d)，e)两种,47,网壳结构的形式与分类（续）,球面网壳,a)肋环型球面网壳,b)Schwedler型球面网壳,c)Schwedler型球面网壳,d)联方型球面网壳,e)三向网格型球面网壳,单层球面网壳的网格形式a):刚度差，适用于中，小跨度b):刚度好，适用于大，中跨度c):交叉斜杆Schwedler型 还有其它Schwedler型d):菱形网格，造型美观e):适用于中，小跨度,48,网壳结构的形式与分类（续）,a)肋环型四角锥球面网壳,b)联方型四角锥球面网壳,c)联方型三角锥球面网壳,d)平板组成式球面网壳,双层球面网壳的网格形式1.交叉桁架体系 只需将单层球面网壳中的杆件用平面网片代替(略)2.角锥体系(常见四种)a):肋环型四角锥球面网壳，b):联方型四角锥球面网壳 c):联方型三角锥球面网壳，d):平板组成式球面网壳,49,网壳结构的形式与分类（续）,a)正交正放类,b)正交斜放类,c)正交斜放设斜杆类,d)正交斜放设斜杆类,e)正交斜放设斜杆类,双曲面网壳的网格形式1.正交正放类 a):单层时在方格内设斜杆 双层时组成四角锥体2.正交斜放类 b):抗剪强度弱 c):第三方向局部设斜杆 d):全部方格内设双斜杆 e):第三方向全局设斜杆,双曲面网壳,50,4.3 网壳结构的选型及主要尺寸确定,一：网壳结构的选型,网壳结构的选型主要考虑的因素：跨度大小，刚度要求，平面形状，支承条件，制作安装和技术经济指标。,二：网壳结构主要尺寸的确定 a：两端支承的圆柱面网壳，其跨度L与宽度B之比宜小于1.0，壳体的矢高可取（1/31/6）L，沿纵向边缘落地支承的圆柱面网壳可取（1/21/5）L。双层圆柱面网壳的厚度可取（1/201/50）L。b：球面网壳的矢高可取跨度的1/31/7，沿周边落地支承可放宽至3/4。双层球面网壳的厚度可取跨度的1/301/60。c：椭圆抛物面网壳底边边长之比不宜大于1.5，壳体每,51,网壳结构的选型及主要尺寸确定（续）,个方向的矢高可取短向跨度的1/61/9。双层椭圆抛物面网壳的厚度可取短向跨度的1/201/50。d：双曲抛物面网壳底面对角线之比不宜大于2，单块双曲抛物面网壳的矢高可取跨度的1/21/4（跨度为二个对角支承点之间的距离）。四块组合双曲抛物面网壳每个放向的矢高可取相应跨度的1/41/8。双层双曲抛物面网壳的厚度可取短向跨度的1/201/50。e：网壳结构的网格在构造上可采用以下尺寸：当跨度小于50米时，1.53.0米;当跨度为50100米时，2.53.5米；当跨度大于100米时，3.04.5米。网壳相邻杆件间的夹角宜大于300。,52,4.4 网壳结构的荷载,作用与一般计算原则,一：荷载：网壳结构的荷载包括永久荷载和可变荷载。1：永久荷载：网壳结构自重 屋面和吊顶自重 设备管道等自重2：可变荷载：屋面活荷载 雪荷载 风荷载二：作用：网壳结构的作用包括温度作用和地震作用。1：温度作用：网壳结构所处环境如有较大的温度差异，将在网壳中产生不可忽略的温度内力，在设计中应予考虑 双层网壳结构如符合下列条件之一者，可不考虑温度变化的影响：a：支座节点的构造允许网壳侧移，且其侧移值大于或等于,53,网壳结构的荷载,作用与一般 计算原则(续）,“网架规程”所给表达式的计算值。b：周边支承于独立柱，且网壳在验算方向跨度小于40米。c：支承网壳的柱在单位水平力作用时，柱顶位移大于或等于“网架规程”所给表达式的计算值。2:地震作用：在设防烈度为7度的地区，网壳结构可不进行竖向抗震计算，但必须进行水平抗震计算。在设防烈度为8度，9度的地区必须进行网壳结构水平与竖向抗震计算。网壳结构的抗震分析包括：a：计算地震作用时网壳结构产生的内力和变形；b：计算在给定的地面运动规律下网壳结构在整个地震发生过程中的反应。对网壳结构进行地震效应计算时可采用振型分解反应谱法。对于体型复杂或重要的大跨度网壳结构，应采用时程分析法进行补充计算。,54,网壳结构的荷载,作用与一般 计算原则(续）,三:荷载效应组合 网壳结构应根据最不利的荷载效应组合进行设计。a：非抗震设计 荷载效应组合应按建筑结构荷载规范GB50009进行计算。在杆件及节点设计中，应采用荷载效应的基本组合，计算公式为 q=GCGGK+Q1CQ1Q1K+QiCQiQiK,在挠度计算中，按荷载的短期效应组合计算，计算公式为 q=CGGK+CQ1Q1K+CQiCiQiK,B：抗震设计 荷载效应组合应按建筑抗震设计规范GB50011进行计算。,55,第五章 悬索结构,5.1：悬索结构的形式和特点5.2：单索计算理论5.3：双层索系的计算5.4：鞍形索网的计算5.5：悬索屋盖的构造和施工要点,56,5.1 悬索结构的形式和特点,特点 轴向拉伸抵抗外荷作用，充分利用钢材强度 施工方便，费用低 便于建筑造型 单层悬索结构 平行布置形式(跨度可达80m，德国多特蒙特一展览厅，1956),水平梁和框架一起承受悬索拉力,水平梁承受悬索拉力,悬索直接锚挂于框架,斜拉索将悬索拉力拉向地锚,57,悬索结构的形式和特点（续）,幅射式布置形式(适用于圆形，椭圆形平面),下凹双曲率碟形屋面不便于排水，最大的碟形屋面：美国阿拉美达比赛馆，跨径128m(1967),伞形屋面最大的伞形屋面：前苏联伊利姆斯克汽车库，跨径206m,受拉内环采用钢制，受压外环采用钢筋混凝土制作。可比平行布置做到较大跨度。,网状布置形式(适用于圆形，矩形等各种平面),设计要点 单层悬索体系垂跨比经验取值：1/201/10 加强形状稳定性的措施：采用重屋面 采用预应力钢筋混凝土悬挂薄壳 采用横向加劲构件,两向索正交布置屋面板规格统一边缘构件弯矩大于幅射式布置,58,悬索结构的形式和特点（续）,双层悬索结构 一般形式 由下凹的承重索，上凸的稳定索及它们之间的连系杆组成 承重索垂跨比一般取1/201/15，稳定索拱跨比一般取1/201/25,平行布置形式,59,悬索结构的形式和特点（续）,幅射式及网状布置形式,上索既是稳定索，又直接承载a)双层内环梁 b)双层外环梁c)双层内外环梁d)单层外环梁网状布置e)双层外环梁网状布置,60,悬索结构的形式和特点（续）,鞍形索网布置形式,61,悬索结构的形式和特点（续）,一些典型建筑 单层悬索,德国乌柏特市游泳馆,德国多特蒙特展览大厅,前苏联克达斯若牙尔斯克车库,日本古川市民会馆,62,悬索结构的形式和特点（续）,双层悬索,瑞典斯德哥尔摩约翰尼绍夫滑冰场,芬兰赫尔辛基冰上运动场,德国法兰克福机动车检修场,罗马尼亚布加勒斯特文体宫,63,悬索结构的形式和特点（续）,鞍形索网,前南斯拉夫莱士科瓦克纺织博览馆,加拿大卡尔加里滑冰馆,64,5.2 单索计算理论,1、基本假设：a.索是柔性的，既不能受压，也不能受弯 b.索的材料符合虎克定律2、索的平衡方程：单索的基本平衡微分方程：dH/dx+qx=0 d(Hdz/dx)/dx+qz=0 竖向荷载的三种情况：竖向荷载沿跨度均布 竖向荷载沿索长均布 竖向荷载沿任意规律分布,65,单索计算理论（续）,通过平衡方程及荷载分布，在给定的边界条件下即可求得 H 和 z=z(x)例如：竖向荷载沿跨度均匀分布的情况：qz=q=常量 d2z/d2x=-q/H 两次积分得 z=(-q/2H)x2+C1x+C2 上述曲线为抛物线，积分常 数根据边界条件确定：x=0 时 z=0；x=l 时 z=c,66,单索计算理论（续）,由此可求得：C1=c/l+ql/2H；C2=0。代入上式并整理得：z=(q/2H)x(l-x)+(c/l)x=M(x)/H+(c/l)x上述方程代表一组抛物线。设给定曲线在跨中的垂度f，即：x=l/2 时，z=c/2+f则可求出所得张力：H=ql2/8f抛物线方程为：z=4fl(l-x)/l2+(c/l)x当索曲线方程确定后，索各点的张力即按下式确定：T=H 1+(dz/dx)21/2,67,单索计算理论(续）,3、索的变形协调方程 根据索的平衡方程，可确定不同荷载下的索曲线形式和索的张力。索的变形协调方程则考察索由“初始状态”过渡到“最终状态”时索的变形和位移情况。索的变形协调方程为：,HH0,EA,l=ur-ul+,dz0,dx,dw,dx,+,1,2,()2,dw,dx,dx-t l,l,4、单索问题解法 根据索的平衡方程和变形协调方程，即可求出H 和 z(即建立初始态的平衡条件和终止态的变形协调条件及平衡条件）,68,5.3 双层索系计算理论,1、基本假设：a.索是理想柔性的 b.索材料符合虎克定律 c.承重索和稳定索之间的联系杆是绝对刚性的2、平面双层索系（索桁架）的基本方程 平面双层索系（索桁架）的基本方程为平衡方程和变形协 调方程，可根据单索理论建立。建立方程时必须考虑索中 点不相连接和相互连接两种情况。3、平面双层索系（索桁架）的解法 对平衡方程和变形协调方程联立求解即可。实用上常用迭 代法。,69,双层索系计算理论（续）,4、车辐式双层索系的计算 车辐式双层索系的组成：由外环、内环及联系内外环的两 层辐射方向布置的钢索组成。受力特点：外环受压，一般做成钢筋混凝土的，为绝对刚 性，不产生竖向位移。内环受拉，一般采用钢结构，在荷载作用下只 产生刚体位移。车辐式双层索系的计算：在荷载作用下，内环有六个独立 的位移分量，即重心处三个线位移和绕三个坐 标轴的转角。这些位移分量可由内环的六个平 衡条件来确定。如果六个位移分量已知，各钢索在内环上的支,70,承点的位置变化即可确定，从而个钢索的内力 均可求得，这样就把求解各钢索内力问题转化 为求解内环的变位。,双层索系计算理论（续）,71,5.4 鞍形索网计算理论,1、鞍形索网的构成 由相互正交和曲率相反的两组钢索组成，形成负高 斯曲率的曲面。两组钢索在交点处相互连接。索网 锚定在强大的周边构件上，或通过边索锚定在若干 单独的固定支座上。2、索网的计算方法：离散理论：以节点位移为基本未知量，而以节点之 间的索段作为计算单元的有限单元法。连续化理论：将索的截面沿曲面均开，将索网看作 薄膜进行计算。,72,鞍形索网计算理论（续）,3、基本假定：a.索是理想柔性的 b.索材料符合虎克定律 c.两个方向的钢索之间永远保持接触，能相互传递竖向 力的作用 d.只考虑小垂度的问题。4、鞍形索网的解法 建立索网的平衡方程和变形协调方程，然后求解。,73,5.5 悬索屋盖的构造和施工要点,1、钢索的种类 钢绞线、钢丝绳、钢丝束、钢筋、带状薄钢板。2、钢索的锚具 螺丝端杆锚具、墩头式锚具、夹片式锚具、锥销式锚 具 3、悬索屋盖施工要点 施工较简单，施工费用较省，工期较短。施工步骤：支承结构的施工 钢索的架设就位 预应力的张拉和屋面的铺设,74,大跨度钢结构测验题,1、简述大跨度钢结构的概念及应用。2、简述大跨度钢结构的种类。3、简述平面结构体系的特点和用途。4、简述平板网架结构的特点、种类和适用范围。5、简述平板网架结构内力分析的计算方法。6、简述网壳结构的特点、种类和适用范围。7、简述悬索结构的特点、种类和适用范围。,