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设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构本 章 目 录 基 本 要 求8.1 平 面 承 重 的 大 跨 屋 盖 结 构8.2 空 间 网 架 屋 盖 结 构8.3 悬 挂 式 屋 盖 简 介 1.了 解 平 面 承 重 的 大 跨 屋 盖结 构 的 分 类 和 构 造 特 点 。2.了 解 空 间 网 架 屋 盖 结 构 的特 性 和 组 成 分 类 。3.了 解 悬 挂 式 屋 盖 结 构 的 布置 形 式 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 大 跨 度 房 屋 结 构 常 用 于 公 共 建 筑 。 如 会 堂 、 影 剧院 、 展 览 馆 、 音 乐 厅 、 体 育 馆 、 加 盖 体 育 场 、 市 场 、火 车 站 、 航 空 港 等 。 也 用 于 工 业 建 筑 ， 特 别 是 在 航 空 工 业 和 造 船 工 业中 ， 如 飞 机 制 造 厂 的 总 装 配 车 间 、 飞 机 库 、 造 船 厂 的船 体 结 构 车 间 等 。 大 跨 度 建 筑 物 的 用 途 、 其 使 用 条 件 以 及 对 其 建 筑造 型 方 面 要 求 的 差 异 性 ， 决 定 了 采 用 结 构 方 案 的 多 样性 。 可 采 用 梁 式 、 框 架 式 、 拱 式 、 空 间 式 以 及 悬 挂 -悬索 式 的 结 构 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.1 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.2 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.3 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构图 8.0.4 飞 机 库 梁 式 结 构9501100 73.84 77004500087500 图 8.0.5 图 8.0.6 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.7 郑 州 碧 波 园 娱 乐 中 心 空 间 拱 形 屋 盖 结 构 （ 建 筑 平 面 80m 80m）40,00021,500320001600032000 800002800 500012500 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.8 上 海 国 际 体 操 中 心 主 体 育 馆铝 穹 顶下 沉 式 碗 形 气 楼铝 合 金 三 角 板铝 合 金 穹 顶 构 架遮 雨 板披 水 板 铝 墙 板 以 及采 光 窗 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.9 海 南 美 兰 机 场 库 机 库 网 架 与 拉 杆 拱 架 结 构100005000 500022000 0.00022.000 预 应 力 混 凝 土 长 梁 115000 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.10 首 都 机 场 三 号 航 站 楼 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.0.11 日 本 名 古 屋 网 壳 穹 顶 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构第 8.1节 平 面 承 重 的 大 跨 屋 盖 结 构1. 梁 式 大 跨 结 构2. 框 架 结 构3. 拱 式 结 构了 解 大 跨 屋 盖 结 构 分 类 方 法 与 应 用 本 节 目 录基 本 要 求 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 应 用 ： 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 。 重点 是 支 撑 系 统 的 布 置 ， 对 保 证 整 个 结 构 体 系 的 整 体 刚 度 是非 常 重 要 的 。 优 点 ： 制 造 与 安 装 较 为 简 单 。 常 用 体 系 ： 大 跨 度 屋 盖 、 预 应 力 三 角 形 截 面 桁 架 适 用 跨 度 ： 4060m， 更 大 的 跨 度 由 于 耗 钢 量 过 大 而 不 经 济 。8.1.1 梁 式 大 跨 结 构 设计钢结构 第 八 章 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 便 于 制 造 、 运 输 和 安 装 ， 给设 置 大 跨 度 梁 式 结 构 体 系 以 良 好 基 础 。(a) 图 8.1.1 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 铺 设 于 屋 架上 的 钢 筋 混 凝土 屋 面 板 可 参与 共 同 受 压 ，采 用 管 材 (方 管 、圆 管 )杆 件 以 及施 加 预 应 力 这三 个 方 面 使 得这 种 结 构 体 系钢 材 用 量 比 较经 济 。 (b) 钢 筋 混 凝 土 屋 面 板拉 杆 三 角 形 屋 架6m(c) 钢 筋 混 凝 土 屋 面 板 2430m(d) 钢 筋 混 凝 土 屋 面 板 1824m玻 璃 窗图 8.1.2 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构两 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 求 较 高实 腹 框 架 ： 用 工 量 少 ， 可 装 运 性 好 ， 还 能 降 低 房 屋 高 度 。 格 构 框 架 ： 当 跨 度 大 于 60m时 ， 实 腹 式 框 架 不 太 经 济 ， 此 时 可 采 用 格 构 式 ， 最 大 可 做 到 150m。8.1.2 框 架 结 构8.1.2.1 框 架 的 体 系 及 形 式 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.1.2.2 计 算 原 则 及 构 造 特 点 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 。 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 。 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 。 当 跨 度 大 于 50m且 刚 性 柱 (支 座 )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 2000kN时 ， 应 按 重 型 桁 架 设计 ， 杆 件 截 面 通 常 设 计 成 双 腹 杆 的 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 当 支 座 反 力 大 于 2500 3000kN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 。 构造特点 在 双 铰 框 架 结 构 中 ,为 减 小 横 梁 中 部 的 弯 矩 ,可 采 用 图 中 使 横 梁 卸 载的 做 法 。 O 悬挂墙 (a) RRe(b)图 8.1.3 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 横 梁 与 柱 连接 的 框 架 节 点 内角 弯 折 处 应 做 成平 缓 曲 线 以 避 免应 力 集 中 。 为 使转 角 处 腹 板 不 致失 稳 ， 应 在 其 内部 受 压 区 设 置 短加 劲 肋 。 图 8.1.4（ a） （ b） 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.1.3 拱 式 结 构8.1.3.1 拱 的 体 系 及 形 式 （ 1） 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 。 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 。 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 。 两 铰 拱lf(a) 三 铰 拱lf(b) 无 铰 拱lf(c)图 8.1.5 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 设 置 拉 杆 对 于 软 弱 地 基 的 情 况 ， 设 置 拉 杆 承 担 拱 的 横 向 水 平力 更 为 合 适 。 设 有 拉 杆 的 拱 其 支 座 主 要 承 受 垂 直 荷 载 ，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 须设 置 强 大 的 基 础 ， 而 且 要 计 算 温 度 的 作 用 。（ 2） 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 座铰 水 平 之 上 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 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 。图 8.1.6 设 置 抬 高 拉 杆 的 拱拉 杆 0.0 550 5501670017800 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构（ 3） 拱 外 形 ： 接 近 压 力 曲 线 抛 物 线 拱 ： 当 对 称 的 、 沿 拱 弦 线 均 布 的 荷 载 值 起主 要 作 用 时 最 为 合 适 。 圆 弧 拱 ： 适 于 扁 平 拱 ,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 。 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 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.1.3.2 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 1 /30- 1 /60。 拱 截 面 可 采 用 H型 钢 、 双 角 钢 、 T型 钢 、 槽 钢 、 圆 钢 管和 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 加竖 杆 的 三 角 形 体 系 及 斜 腹 杆 体 系 。 （ 如 下 图 ） 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.1.7 格 构 拱 构 造 方 案运 输 单 元 主 檩运 输 单 元 主 檩安 装节 点(a)(b) (c) 设计钢结构 第 八 章 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 。 常用 的 支 座 铰 的 形 式 如 下 。 图 8.1.8 拱 与 框 架 的 支 座 (铰 )节 点 平 板 (铰 )支 座 节 点 辊 轴 (铰 )支 座 节 点 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.1.3.3 拱 的 计 算 特 点 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 ，应 按 压 弯 杆 件 验 算 平 面 外 的 稳 定 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构第 8.2节 空 间 网 架 屋 盖 结 构本 节 目 录基 本 要 求1. 空 间 结 构 及 特 性2. 平 板 式 空 间 网 架 的 形 式3. 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 的设 计 特 点 。 设计钢结构 第 八 章 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 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 ,应 用 最 广 。空 间 结 构 体 系 网 架 及 网 壳 结 构悬 索 结 构膜 结 构8.2.1 空 间 结 构 及 特 性空 间 结 构 体 系 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.2.1.1 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 受外 荷 载 ， 按 照 空 间 的 几 何 特 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 。 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 。 具 有 良 好 的 抗 震 性 能 。 跨 越 能 力 大 。空 间 结 构 特 性 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.2.1.2 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 节约 大 量 建 筑 材 料 ， 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 。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 材 料 的 强 度 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.2.2 平 板 式 空 间 网 架 的 形 式网 架 结 构 形 式 较 多 ， 其 分 类 有 不 同 标 准 。1.按 结 构 组 成 分 类双 层 网 架三 层 网 架周 边 支 承 网 架点 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2.按 支 承 情 况 分 类 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构图 8.2.1 周 边 支 承 网 架网 格 宽 度 与 柱 距 一 致 图 8.2.2 点 支 承 网 架四 点 支 承 网 架 多 点 支 承 网 架 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 图 8.2.4三 边 支 承 网 架图 8.2.3 周 边 支 承 与 点 支 承 混 合 网 架 图 8.2.5两 边 支 承 网 架 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构3.按 网 格 组 成 分 类 两 向 正 交 正 放 网 架两 向 正 交 斜 放 网 架三 向 网 架交 叉 桁 架 体 系四 角 锥 体 系 正 放 四 角 锥 体 系正 放 抽 空 四 角 锥 网 架斜 放 四 角 锥 网 架 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 (1)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 。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 个方 向 布 置 ， 当 为 两 向 交 叉 时 其 交 角 可 为 90 （ 正 交 )或任 意 角 度 (斜 交 )； 当 为 三 向 交 叉 时 其 交 角 为 60 。 这 些相 互 交 叉 的 竖 向 平 面 桁 架 当 与 边 界 方 向 平 行 (或 垂 直 )时称 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 得有 下 面 的 网 架 形 式 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 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 向平 面 桁 架 垂 直 交 叉 ， 且 分 别 与 边 界 方 向 平 行 。 图 8.2.6 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 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 向平 面 桁 架 垂 直 交 叉 ， 是 与 边 界 成 45 夹 角 。 (a) (b)图 8.2.7 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 三 向 网 架 三 向 网 架 的 构 成 特 点 是 ： 三 个 方 向 的 竖 向 平 面 桁 架互 成 60 角 斜 向 交 叉 。 lh 图 8.2.8 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构（ 2） 四 角 锥 体 系 网 架正 放 四 角 锥 网 架 ： 以 倒 四 角 锥 体为 组 成 单 元 ， 锥 底的 四 边 为 网 架 的 上弦 杆 ， 锥 棱 为 腹 杆 ，各 锥 顶 相 连 即 为 下弦 杆 ， 它 的 上 、 下弦 杆 均 与 相 应 边 界平 行 。 图 8.2.9 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构正 放 抽 空 四 角 锥 网 架 ： 在 正 放 四 角 锥 网 架的 基 础 上 ， 除 周 边 网 格不 动 外 ， 适 当 抽 掉 一 些四 角 锥 单 元 中 的 腹 杆 和下 弦 杆 ， 使 下 弦 网 格 尺寸 比 上 弦 网 格 尺 寸 大 一倍 。 图 8.2.10 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 斜 放 四 角 锥 网 架 ： 以 倒 四 角 锥 体 为 组 成 单元 ， 由 锥 底 构 成 的 上 弦 杆 与边 界 成 45 夹 角 ， 而 连 接 各锥 顶 的 下 弦 杆 则 与 相 应 边 界平 行 。 因 此 ， 它 的 上 弦 网 格呈 正 交 斜 放 ， 下 弦 网 格 呈 正交 正 放 。 图 8.2.11 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 （ 1） 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 标准 的 规 定 。 包 括 ： 建 筑 结 构 荷 载 规 范 GB50009-2001 建 筑 抗 震 设 计 规 范 GB50011-2001 钢 结 构 设 计 规 范 GB50017-2003 冷 弯 薄 壁 型 钢 结 构 技 术 规 范 GB50018-2002 网 架 结 构 设 计 与 施 工 规 程 JGJ7-91 8.2.3 网 架 结 构 的 设 计 特 点8.2.3.1 计 算 方 法 要 点 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 （ 2） 计 算 方 法 及 其 特 点 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 程在 结 构 力 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 N。求 得 各 杆 件 内 力 N后 ,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 适用 范 围 广 泛 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 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 计 算 ,它 适 用 于 跨 度 L40m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 20 。 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 L40m 由 平 面 桁 架 系 或 角锥 体 组 成 的 网 架 。 一 般 按 图 表 计 算 ， 误 差 10 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构8.2.3.2 一 般 设 计 规 定 （ 1） 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 、 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 布 置 必 须 保 证 不 出 现 结 构 几 何 可 变 的 情 况 。 （ 2） 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 取 (1/6 1/20)L 2， 网 架 高 度 (也 称 为 网 架 矢 高 )H可 取(1/10一 1/20)L2， L2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 以 及 构 造 要 求 和 建 筑 功 能 等 因 素 确 定 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 （ 1/141/20） L 2 （ 1/121/20） L2 60m （ 1/21/16） L2 （ 1/101/16） L2 30m60m （ 1/101/14） L2 （ 1/61/12） L2 30m 网 架 高 度 H 上 弦 网 格 尺 寸网 架 的 短 向 跨 度 （ L2）表 1 网 格 尺 寸 、 网 架 高 度 建 议 值 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 （ 3） 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 。 （ 4） 网 架 杆 件 截 面 以 圆 钢 管 性 能 最 优 ， 使 用 最 广 泛 。 材 料 通 常 选 用 Q235系 列 或 者 Q345系 列 钢 材 。 杆 件 的 计 算 长 度 l 0 ： 对 螺 栓 球 节 点 网 架 (因 节 点 接近 于 铰 接 )， 其 杆 件 的 计 算 长 度 l0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 l0 0.9l,而其 余 腹 杆 取 l0 0.8l。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 杆 件 的 长 细 比 限 值 对 受 压 秆 件 ， 其 长 细 比 限 值 180； 对 受 拉 杆 件 支座 处 及 支 座 附 近 的 杆 件 长 细 比 限 值 300、 一 般 杆 件 400， 直 接 承 受 动 力 荷 载 的 杆 件 250。 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 ，限 制 杆 件 的 截 面 规 格 不 得 小 于 钢 管 48 2， 角 钢 L50 3 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 （ 5） 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 、 螺栓 球 节 点 、 焊 接 短 钢 管 节 点 等 形 式 。 节 点 的 重 量 一 般 为 网 架 总 重 量 的 20 25 ， 所 占比 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 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 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 材料 为 Q235钢 或 Q345钢 。 当 球 直 径 设 计 为 D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 焊而 成 。 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“ 万 向 ” 性 质 ， 因 而 适 应 性 很 强 。D(a) D/3D/2D(b)图 8.2.12 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 直 径 D为 120 500mm的 焊 接 空 心 球 ， 其 承 载 力 设 计值 Nc(受 压 球 )和 Nt(受 拉 球 )可 分 别 按 下 式 计 算 ：2 2400 13.3c c t dN td D 0.55 t tN td f D空 心 球 外 径 (mm)； t空 心 球 壁 厚 (mm)； d钢 管 外 径 (mm)； f钢 管 材 料 强 度 设 计 值 (N mm2)； c受 压 空 心 球 加 肋 承 强 力 提 高 系 数 ， 加 肋 c =1.4， 不加 肋 c =1.0； t受 拉 空 心 球 加 肋 承 强 力 提 高 系 数 ， 加 肋t=1.1,不 加 肋 t=1.0。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 空 心 球 外 径 D与 壁 厚 t的 比 值 可 按 设 计 要 求 选 用 ， 一 般 取 D (25 45)t； 空 心 球 壁 厚 t与 钢 管 最 大 壁 厚 的 比 值 宜 为 1.2 2.0。另 外 ,空 心 球 壁 厚 t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 缝 隙 a不 宜 小 于 10mm。 为 了 保 证 缝 隙 a， 空 心 球 直 径 也 可 初步 按 下 式 估 算 ： D (d 1+d2+2a)/ 式 中 : 汇 集 于 空 心 球 节 点 任 意 两 钢 管 杆 件 间 的 夹 角 (rad)； d1,d2组 成 角 的 钢 管 外 径 (mm)； ad1与 d2两 钢 管 间 净 距 离 ， 一 般 a10mm. 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 螺 栓 球 节 点 螺 栓 球 节 点 由 螺 栓 、 钢 球 、 销 子 (或 止 紧 螺 钉 )、 套筒 和 锥 头 或 封 板 组 成 ， 如 下 图 ,适 用 于 连 接 钢 管 杆 件 。 钢 球 螺 栓 套 筒 帷 头销 子封 板a1 a a1l 图 8.2.13 设计钢结构 第 八 章 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 计算 ： b bt e tN A f 螺 栓 直 径 对 承 载 力 影 响 系 数 ； 当 螺 栓 直 径 30mm时 ,取 为 1.0； 当 螺 校 直 径 30mm时 ,取 为 0.93；Ae 高 强 度 螺 栓 的 有 效 截 面 面 积 (mm2)， 即 螺 栓 螺 纹 处 的 截面 积 ,当 螺 栓 上 钻 有 销 孔 或 键 槽 时 。 Ae 应 取 螺 纹 处 或 销 孔键 槽 处 二 者 中 的 较 小 值 ； 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 2 2 22 1 1 12 2 22 1 1cot 2sin cotsindD d d ddD d d ftb高 强 度 螺 栓 经 热 处 理 后 的 抗 拉 强 度 设 计 值 ，对 40B钢 、 40Cr钢 与 20MnTiB钢 ， 取 为 430N/mm2；对 45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 ： 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构式 中 D钢 球 直 径 (mm)； 两 个 螺 栓 之 间 的 最 小 夹 角 (rad) d1,d2螺 栓 直 径 (mm)， d1 d2， 螺 捡 拧 进 钢 球 长 度 与 螺 栓 直 径 的 比 值 ; 可 取 1.1; 套 筒 外 接 因 直 径 与 螺 栓 直 径 的 比 值 ; 可 取 1.85。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 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 两大 类 。 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 大跨 度 。 拉 力 支 座 中 ， 较 常 用 平 板 拉 力 支 座 和 单 面 弧 形 拉 力 支座 。 (6)网 架 的 挠 度 限 值 最 大 挠 度 限 值 f L 2/250， 式 中 L2为 网 架 短 向 跨 度 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构 G网 架 自 重 (kN/m2)； q w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 1.0； 对 型 钢 网 架 取 1.2； L2网 架 短 向 跨 度 (m)。 (7)网 架 自 重 估 算 的 经 验 公 式 计 算 网 架 考 虑 荷 载 时 要 估 计 网 架 自 重 ， 网 架 自 重 G按下 式 估 算 : 2 200wG q L 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构第 8.3节 悬 挂 式 屋 盖 简 介 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 。 特 点 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 (钢 索 或 牵 拉 壳 体 的 水平 分 力 )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 。 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 。 悬 挂 式 屋 盖 常 用 体 系 ： 单 层 悬 索 体 系 、 双 层 悬 索 体 系 、 金 属 薄 壳 膜 、 鞍 状 应 力 索 网 等 。 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构单 层 悬 索 体 系 1-1 (d) (e) (a) (b) 悬 索 支 承 结 构 悬 索 锚 索(c) 悬 索 水 平 桁 架 图 8.3.1 设计钢结构 第 八 章 大 跨 度 房 屋 结 构双 层 悬 索 体 系 图 8.3.2
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