大跨与空间结构1_精品文档.ppt

大跨与空间结构1_精品文档.ppt

《大跨与空间结构1_精品文档.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨与空间结构1_精品文档.ppt（111页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

崔崔佳佳重庆大学土木工程学院重庆大学土木工程学院大跨与空间大跨与空间钢结构钢结构参考书目：

参考书目：

参考书目：

参考书目：

1.1.1.1.空间网架结构，贵州人民出版社；空间网架结构，贵州人民出版社；空间网架结构，贵州人民出版社；空间网架结构，贵州人民出版社；2.2.2.2.钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范钢结构设计规范GB50017-2003GB50017-2003；3.3.3.3.网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程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；4.4.4.4.大跨度房屋钢结构，中国建筑工业出版社；大跨度房屋钢结构，中国建筑工业出版社；大跨度房屋钢结构，中国建筑工业出版社；大跨度房屋钢结构，中国建筑工业出版社；5.5.5.5.网壳结构设计，中国建筑工业出版社；网壳结构设计，中国建筑工业出版社；网壳结构设计，中国建筑工业出版社；网壳结构设计，中国建筑工业出版社；6.6.6.6.空间结构设计与施工，东南大学出版社；空间结构设计与施工，东南大学出版社；空间结构设计与施工，东南大学出版社；空间结构设计与施工，东南大学出版社；7.门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECSCECS102102：

20022002。

概概述述大大跨跨与与空空间间钢钢结结构构主主要要用用于于公公共共建建筑筑，如如大大会会堂堂、影影剧剧院院、展展览览馆馆、音音乐乐厅厅、体体育育馆馆、加加盖盖体体育育场、航空港等。

场、航空港等。

大大跨跨度度结结构构也也用用于于工工业业建建筑筑，如如飞飞机机制制造造厂厂的的总总装装配配车车间间、飞飞机机库库、造造船船厂厂的的船船体体结结构构车车间间等等等等。

这这些些建建筑筑采采用用大大跨跨结结构构是是受受装装配配机机器器（如如船船舶舶、飞飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。

机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。

展览馆展览馆日本大分体育公园综合竞技场伦敦千年穹顶大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家标准钢结构设计规范、网架结构设计与施工标准钢结构设计规范、网架结构设计与施工规程将规程将6060m以上定义为以上定义为大跨度结构，计算和构造大跨度结构，计算和构造均有特殊规定。

我国目前最大跨度做到均有特殊规定。

我国目前最大跨度做到153153m，以钢以钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。

大大跨跨度度结结构构主主要要是是在在自自重重荷荷载载下下工工作作，主主要要矛矛盾盾是是减减轻轻结结构构自自重重，故故最最适适宜宜采采用用钢钢结结构构。

在在大大跨跨度度屋屋盖盖中中应应尽尽可可能能使使用用轻轻质质屋屋面面结结构构及及轻轻质质屋屋面面材材料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。

料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。

主要分为两大类：

主要分为两大类：

平面结构体系平面结构体系梁式体系梁式体系框架式体系框架式体系拱式体系拱式体系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平面承重的大跨度钢结构平面承重的大跨度钢结构11梁式结构体系梁式结构体系梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架梁式结构体系一般采用简支桁架的形式，桁架的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹的优点是制作与安装都比较简单，其上、下弦及腹杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。

杆仅承受拉力或压力，对支座也没有横推力。

适用跨度：

适用跨度：

40406060m，更大的跨度由于耗钢量更大的跨度由于耗钢量过大而不经济。

过大而不经济。

重点是支撑系统的布置，对保证整个结构体系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。

的整体刚度是非常重要的。

大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形和拱形桁架。

按重量最优确定的桁架的高跨比一般和拱形桁架。

按重量最优确定的桁架的高跨比一般为为1/61/61/81/8。

常用形式：

常用形式：

（11）角钢（或）角钢（或T型钢）桁架型钢）桁架

（2）H型钢重型桁架型钢重型桁架*（3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*桁架设计的难点在节点和支座，桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于跨度大于35354040m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力一般由屋架下弦的弹性变形产生。

一般由屋架下弦的弹性变形产生。

*上海证卷大厦上海证卷大厦连接两幢主楼连接两幢主楼的天桥桁架跨度的天桥桁架跨度63m，共支承着从共支承着从17层至层至26层共层共8个个楼层，采用了楼层，采用了H型型钢重型桁架。

钢重型桁架。

上海浦东国际机场上海上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m，跨跨中高度超过中高度超过11m，单榀屋架梁重单榀屋架梁重55吨。

吨。

为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。

一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。

（11）角钢（或）角钢（或TT型钢）桁架型钢）桁架一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复杂时不可靠。

国外有些规范（如美国杂时不可靠。

国外有些规范（如美国AISC规范）规规范）规定需进行计算。

定需进行计算。

88规范后的规范后的9090年代，重庆钢铁设计研究院会同云年代，重庆钢铁设计研究院会同云南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板的试验，其中受拉试件的试验，其中受拉试件1616个，受压试件个，受压试件88个。

个。

a.受拉节点受拉节点试件的破坏特征均为沿最危险的试件的破坏特征均为沿最危险的线段撕裂破坏，即图线段撕裂破坏，即图b中的三折线撕裂，中的三折线撕裂，和和均与节点板边缘线基本垂直均与节点板边缘线基本垂直。

*钢钢结结构构设设计计规规范范建建议议用用撕撕裂裂面面法法，沿沿BACD撕撕裂裂线线割割取取自自由由体体，假假定定由由于于板板内内塑塑性性区区的的发发展展引引起起应应力力重重分分布布，破破坏坏时时撕撕裂裂面面各各线线段段上上的的折折算应力算应力均均匀匀分分布布且且平平行行于于腹腹杆杆轴轴力力*，当当各各撕撕裂裂段段上上的的折折算算应应力力均均达达到到抗抗拉拉强强度度fu时时板板件件破破坏坏。

根根据据平平衡衡条条件件并并忽忽略略M和和V，则则第第i段段撕撕裂裂面面的的平平均均正正应力应力i和平均剪应力和平均剪应力i为为:

折算应力为折算应力为即即令令第第i段的拉剪折算系数段的拉剪折算系数则则由由写成计算式则为写成计算式则为（bb）第第i段撕裂面与拉力作用线的夹角。

段撕裂面与拉力作用线的夹角。

公公式式（b）符符合合破破坏坏机机理理，其其计计算算结结果果与与试试验验值值之之比平均为比平均为87.5%，略偏安全且离散性小。

，略偏安全且离散性小。

公式还适用于下图两种板件的撕裂面的计算。

公式还适用于下图两种板件的撕裂面的计算。

由由于于桁桁架架节节点点板板的的外外形形往往往往不不规规则则，同同时时，一一些些受受动动力力荷荷载载的的桁桁架架还还需需要要计计算算节节点点板板的的疲疲劳劳，用用撕撕裂裂面面法法推推导导出出来来的的公公式式计计算算比比较较麻麻烦烦。

故故参参照照国国外外多多数数国国家家的的经经验验，规规范范建建议议对对桁桁架架节节点点板板也也可可采采用用有有效效宽宽度法进行承载力计算。

度法进行承载力计算。

有有效效宽宽度度法法假假定定腹腹杆杆轴轴力力通通过过连连接接件件在在节节点点板板内内按按照照应应力力扩扩散散角角度度传传至至连连接接件件端端部部与与N相相垂垂直直的的一一定宽度范围内，称为有效宽度定宽度范围内，称为有效宽度be。

假假定定bbee范范围围内内的的节节点点板板应应力力达达到到fu，并并令令betfu=Nu（节节点点板板破破坏坏时时的的腹腹杆杆轴轴力力），按按此此法法拟拟合合的的结结果果，当当应应力力扩扩散散角角=270时时精精度度最最高高，计计算算值值与与试试验验值值的的比比值值平平均均为为98.9%；当当=300时时，比比值值为为106.8%，考考虑虑到到国国外外多多数数国国家家对对应应力力扩扩散散角角均均取取为为300，为为与与国国际际接接轨轨且且误误差差较较小小，建建议议取取=300。

有有效效宽宽度度法法适适用用于于腹腹杆杆与与节节点点板板采采用用侧侧焊焊、围围焊焊、铆铆钉钉、螺螺栓栓等等多多种种连连接接情情况况，（采采用用铆铆钉钉或或螺栓连接时，螺栓连接时，be应取为有效净宽度）。

应取为有效净宽度）。

b.受受压节点压节点在在压压力力作作用用下下，与与受受压压杆杆件件相相连连的的节节点点板板区区域域除除强强度度破破坏坏外外，还还有有可可能能丧丧失失稳稳定定。

试试验验共共作作了了8个个受受压压斜斜腹腹杆杆的的试试件件，其其中中有有、无无竖竖腹腹杆杆的的试试件件各各44个个。

试验结果有以下特点：

试验结果有以下特点：

当节点板的自由边长度当节点板的自由边长度lf与厚度与厚度t之比之比时时（一一般般出出现现在在无无竖竖腹腹杆杆的的节节点点板板），*节节点点板板稳稳定定性性很很差差，此此时时应应沿沿自自由由边边加加劲劲。

加劲后，稳定承载力有较大提高。

加劲后，稳定承载力有较大提高。

在在斜斜腹腹杆杆压压力力作作用用下下，失失稳稳形形式式一一般般为为在在ABBCCD线线附附近近或或前前方方呈呈三三折折线线屈屈折折破破坏坏。

屈屈折折线线的的位位置置和和方方向向与与受受拉拉时时的的撕撕裂裂线线类类似似，而而且且一一般在般在区的前方首先失稳，其它各区相继失稳。

区的前方首先失稳，其它各区相继失稳。

*节节点点板板的的抗抗压压性性能能取取决决于于c/t的的大大小小（c为为受受压压斜斜腹腹杆杆连连接接肢肢端端面面中中点点沿沿腹腹杆杆轴轴线线方方向向至至弦弦杆杆的的净净距距），在在一一般般情情况况下下，c/t愈愈大大稳稳定定承承载载力力愈愈低，对有竖腹杆的节点板，当低，对有竖腹杆的节点板，当时，可不验算节点板的稳定。

时，可不验算节点板的稳定。

对对无无竖竖腹腹杆杆的的节节点点板板，当当时时，节节点点板板的的稳稳定定承承载载力力约约为为强强度度承承载载力力的的80%，故故可可将将受受压压腹腹杆杆的的内内力力乘乘以以增增大大系系数数1.25后后再再按按受受拉拉节节点点板板的的强强度度计计算算进进行行计计算算，当当时时应应按按规规范附录范附录F进行稳定计算。

但当进行稳定计算。

但当时时，规规范范规规定定的的计计算算值值将将大大于于试试验验值值，不不安安全全，故故规规定定c/t不不能能超超过过。

对对自自由由边边加加劲劲的的无无竖腹杆节点板，要求与有竖腹杆的相同。

竖腹杆节点板，要求与有竖腹杆的相同。

桁架节点板厚度选用表桁架节点板厚度选用表一一般般的的钢钢结结构构教教科科书书和和手手册册均均列列有有“桁桁架架节节点点板板厚厚度度选选用用表表”，但但都都系系互互相相参参考考，缺缺乏乏科科学学依依据据。

这这次次该该研研究究组组先先制制作作了了N-t/b关关系系表表（N为为腹腹杆杆最最大大拉拉力力；t为为节节点点板板厚厚度度；b为为连连接接肢肢宽宽度度），反反映映了了侧侧焊焊缝缝焊焊脚脚尺尺寸寸hf1、hf2的的影影响响。

同同时时又又在在上上述述参参数数组组合合的的最最不不利利情情况况