其它大跨度空间结构.ppt

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1、其它大跨度空间结构一.混合空间结构n n 大跨度建筑是人类社会发展与进步的产物，它能够最大限度地满足工业生产和体育、文化、商贸活动的需要。n n 传统的大跨度建筑的结构形式有刚架结构、桁架结构、拱式结构、薄壳结构、平板网架结构、网壳结构、悬索结构等。n n 随着高强度材料的推广应用、施工技术的完善、各种新型屋面材料的出现、以及人们对建筑精神要求的提高，出现了许多丰富多彩的建筑结构型式。n n 混合空间结构就是其中一种，它比其他结构型式更易于使建筑和结构融为一体，成为能综合满足各方面要求的较为圆满的选择。n n因此混合空间结构会在大跨度建筑中得到越来越广泛的应用。混合空间结构的定义及组成1.定义

2、n n混合空间结构是由刚架、桁架、拱、壳 体、网架、悬索等结构中的两种或三种结构单元组合成一种新的结构，以实现建筑上的独特造型或结构上的经济合理。n n从型式上看，只要几种空间结构形式结合就成为混合空间结构，实际上不仅要建筑形式新颖，还要考虑结构合理性，特别是各个结构单元的受力性能，扬长避短，才能取得最佳的社会效益和经济效益。2.组成n n混合空间结构常常以巨大的刚架、拱、悬索或斜拉结构形成巨型骨架，勾画出建筑造型的主轮廓。n n以巨型骨架、侧边构件或周边承重结构作为支座，在其上布置平板网架、网壳、悬索等屋盖，形成造型丰富、外形轻巧的建筑体型，所以是一种跨越能力大、经济合理的结构体型。混合空间

3、结构的组成 屋盖结构屋盖结构巨型骨架巨型骨架平板网架平板网架壳体结构壳体结构 （网壳、薄壳）（网壳、薄壳）悬索悬索刚架刚架网架一部分支撑在网架一部分支撑在刚架上，一部分支刚架上，一部分支撑在周边柱上撑在周边柱上网壳一部分支撑在网壳一部分支撑在周边柱上周边柱上刚架作为巨型骨刚架作为巨型骨架结构，可减小架结构，可减小悬索结构的跨度悬索结构的跨度拱拱网架一部分支撑在网架一部分支撑在拱架上，一部分支拱架上，一部分支撑在周边柱上撑在周边柱上壳体由拱架、周边壳体由拱架、周边柱等承重结构所支柱等承重结构所支撑撑悬索一端锚固在悬索一端锚固在拱架上，一端锚拱架上，一端锚固在侧边构件上固在侧边构件上悬索悬索悬索可

4、作为网架的悬索可作为网架的中间支撑，网架的中间支撑，网架的边支座可为周边柱边支座可为周边柱以悬索作为网壳中以悬索作为网壳中间支撑，网壳边支间支撑，网壳边支座为周边柱座为周边柱悬索作为屋盖的悬索作为屋盖的中间支承，可改中间支承，可改变屋盖的跨度变屋盖的跨度斜拉索斜拉索斜拉索作为网架的斜拉索作为网架的中间支撑，网架的中间支撑，网架的边支座可为周边柱边支座可为周边柱斜拉索作为网壳中斜拉索作为网壳中间支撑，网壳边支间支撑，网壳边支座为周边柱座为周边柱屋盖由斜拉索、屋盖由斜拉索、交叉索网屋盖及交叉索网屋盖及侧边构件组成侧边构件组成n n混合空间结构的型式远不止上表所列的这些，如前所述，不仅要求建筑型式新

5、颖，还要考虑结构的合理性，充分考虑各个单元的受力性能。3.混合空间结构应考虑的因素n n应满足建筑功能的需要。不一定最经济，但必须具有很强的造型功能，将建筑艺术与结构技术完美的统一于一体。n n结构受力均匀合理，材料强度得到充分发挥。n n结构刚柔相济，并具有良好的整体稳定性。n n尽量采用各种先进的技术手段，以改善结构的受力性能，节省材料。n n施工比较简捷，造价比较合理。混合空间结构的应用实例n n图为丹东体育馆大厅屋盖图为丹东体育馆大厅屋盖承重结构简图，大厅平面承重结构简图，大厅平面尺寸尺寸4545m80mm80m，采用刚采用刚架索混合空间结构。架索混合空间结构。n n沿建筑物的横向在中

6、轴线沿建筑物的横向在中轴线处设巨形刚架，刚架横梁处设巨形刚架，刚架横梁为预应力混凝土箱形截面，为预应力混凝土箱形截面，刚架立柱为矩形截面的钢刚架立柱为矩形截面的钢筋混凝土筒体，跨度筋混凝土筒体，跨度4848mm。n n刚架的两侧为单曲面拉索刚架的两侧为单曲面拉索屋盖结构。屋盖结构。1.刚架索混合空间结构：n n拉索高端锚固在刚架横梁上，低端锚固在两拉索高端锚固在刚架横梁上，低端锚固在两侧由看台斜框架支承的钢筋混凝土横梁上。侧由看台斜框架支承的钢筋混凝土横梁上。2.拱网架混合空间结构n n图为江西省体育馆，长图为江西省体育馆，长84.384.3mm宽宽74.674.6mm，通过在大拱上悬吊通过在

7、大拱上悬吊一空间桁架作为网架的支座，把一个大跨度的网架分成了一空间桁架作为网架的支座，把一个大跨度的网架分成了两榀较小的网架。两榀较小的网架。n n网架一边通过钢桁架悬挂在大拱上，另三边则支承在体育网架一边通过钢桁架悬挂在大拱上，另三边则支承在体育馆周边的看台框架柱上。形成了拱、吊杆桁架与网架组合馆周边的看台框架柱上。形成了拱、吊杆桁架与网架组合受力的大跨度空间结构。受力的大跨度空间结构。n n拱施工时先制作一个钢管混凝土骨架作为施工期间的承重拱施工时先制作一个钢管混凝土骨架作为施工期间的承重支架。拱的混凝土浇筑完后，这个骨架就留在混凝土内，支架。拱的混凝土浇筑完后，这个骨架就留在混凝土内，作

8、为拱的劲性配筋。作为拱的劲性配筋。n n因此拱的施工用钢和结构用钢合二为一，节省了工程的总因此拱的施工用钢和结构用钢合二为一，节省了工程的总用钢量。用钢量。n n上图为美国耶鲁大学冰球馆，建于上图为美国耶鲁大学冰球馆，建于19581958年由建年由建筑师埃罗筑师埃罗 沙里宁设计。沙里宁设计。n n采用钢筋混凝土拱与交叉索网的混合结构体系。采用钢筋混凝土拱与交叉索网的混合结构体系。3.拱悬索混合结构n n垂直布置的钢筋混凝土落地拱作为承重索的中间支座，承重索的垂直布置的钢筋混凝土落地拱作为承重索的中间支座，承重索的另一端锚固在建筑周边的墙上，外墙沿着冰场两边形成曲线墙，另一端锚固在建筑周边的墙上

9、，外墙沿着冰场两边形成曲线墙，犹如一个竖向悬臂构件，承受悬索的拉力。犹如一个竖向悬臂构件，承受悬索的拉力。n n稳定索分布在屋脊的两侧，每侧稳定索分布在屋脊的两侧，每侧9 9根，锚固在拱脚附近的水平状根，锚固在拱脚附近的水平状四榀钢桁架及弧形外墙上。四榀钢桁架及弧形外墙上。n n图为日本岩手县体育馆，轮廓尺寸为图为日本岩手县体育馆，轮廓尺寸为7070m67.4mm67.4m，为拱索网结为拱索网结构。屋盖由两个相对倾斜的钢筋混凝土大拱和两侧的预应力索网构。屋盖由两个相对倾斜的钢筋混凝土大拱和两侧的预应力索网组成。拱脚处设置通长的拉杆以平衡大拱的水平推力。组成。拱脚处设置通长的拉杆以平衡大拱的水平

10、推力。n n索网悬挂在大拱和外围边的曲梁上，由于当地雪荷载很大，采用索网悬挂在大拱和外围边的曲梁上，由于当地雪荷载很大，采用了在鞍形索网上铺预制混凝土板的作法，形成悬挂混凝土薄壳屋了在鞍形索网上铺预制混凝土板的作法，形成悬挂混凝土薄壳屋面。面。n n上图为四川省体育馆，平面形状近似矩形，是两上图为四川省体育馆，平面形状近似矩形，是两个相对倾斜的钢筋混凝土大拱（跨度个相对倾斜的钢筋混凝土大拱（跨度102.45102.45mm，矢高矢高39.2439.24mm）和预应力索网组成。和预应力索网组成。n n索网中的承重索一端悬挂在大拱上，另一端锚固索网中的承重索一端悬挂在大拱上，另一端锚固与外周边的直

11、线形钢筋混凝土边梁上，索内的拉与外周边的直线形钢筋混凝土边梁上，索内的拉力将在边梁内产生较大的弯矩，不如采用弧形支力将在边梁内产生较大的弯矩，不如采用弧形支撑利用拱的受压性好。撑利用拱的受压性好。n n上图为青岛体育馆（8787m74mm74m）。）。4.悬索拱交叉网混合空间结构n n屋盖结构由中央屋盖结构由中央“索拱结构索拱结构”和两片预应力鞍形索网组成。和两片预应力鞍形索网组成。索网悬挂在索网悬挂在“索拱结构索拱结构”和外侧的边缘构件之间。和外侧的边缘构件之间。n n中央索拱结构由悬索和两个格构式的钢拱组成，索和拱通过水中央索拱结构由悬索和两个格构式的钢拱组成，索和拱通过水平和竖向连杆两两

12、想连，组成桥式的立体预应力索拱体系。平和竖向连杆两两想连，组成桥式的立体预应力索拱体系。n n钢筋混凝土边拱的轴线也是位于斜平面内的抛物线，该屋钢筋混凝土边拱的轴线也是位于斜平面内的抛物线，该屋盖结构的形式十分符合体育馆内部空间的需要，在中央比盖结构的形式十分符合体育馆内部空间的需要，在中央比赛场地上方，由于设置了钢拱而得以提高，因此既满足了赛场地上方，由于设置了钢拱而得以提高，因此既满足了体育馆功能的需要，又没有造成空间的浪费，因而达到节体育馆功能的需要，又没有造成空间的浪费，因而达到节约能源的目的。约能源的目的。5.悬索交叉索网混合结构n n上图为日本代代木体育中心，是上图为日本代代木体育

13、中心，是19641964年东京奥运会体年东京奥运会体育场，由丹下健三设计。育场，由丹下健三设计。n n具有奇特的造型，平面呈反对称，屋顶用粗大的钢索形具有奇特的造型，平面呈反对称，屋顶用粗大的钢索形成悬垂的屋脊，钢索支承在两座混凝土塔架上并通过拉成悬垂的屋脊，钢索支承在两座混凝土塔架上并通过拉锚锚固在混凝土块上，屋面鞍形索网就支承在中间的钢锚锚固在混凝土块上，屋面鞍形索网就支承在中间的钢索和周边的拱上。索和周边的拱上。n n图为代代木体育中心小体育馆，它采用了非对称的外形，辐射图为代代木体育中心小体育馆，它采用了非对称的外形，辐射状排列的屋面构件不是钢索，而是具有一定抗弯能力的桁架。状排列的屋

14、面构件不是钢索，而是具有一定抗弯能力的桁架。n n桁架的一端是搁置在屋盖周边的一系列柱子上，这些柱子同样桁架的一端是搁置在屋盖周边的一系列柱子上，这些柱子同样也是看台框架的柱子，另一端由中心处的悬吊钢管支承着，钢也是看台框架的柱子，另一端由中心处的悬吊钢管支承着，钢管在混凝土桅杆顶和锚块间形成一个空间螺旋曲线。管在混凝土桅杆顶和锚块间形成一个空间螺旋曲线。四.混合空间结构的特点总结n n由以上工程实例分析可以看出，混合空间结构有以下特点：1.综合利用不同结构在受力性能、建筑造型等方面的优势。结构中各构件往往以轴向受力为主，可以充分发挥材料的强度。2.以刚架、拱、悬索或斜拉桥架形成巨型骨架结构，

15、作为网架、网壳等屋盖结构的支座，可减小屋盖的跨度，提高屋盖的强度，从而降低工程造价。3.刚架、拱及悬索或斜拉索的巨型结构由于承受很大的荷载，其截面常为箱形、工字形等，并采用预应力技术，从而保证刚度和承载力。4.混合空间结构造型独特，建筑造型易于变化，可以适应多种边界条件。n n可以预见，随着高强材料的推广、工程技术的完善及人们对建筑功能要求的提高，混合空间结构将在大跨度建筑中得到越来越广泛的应用，并将引导结构型式发展的趋势和方向。二、张拉整体体系和索穹顶n n张拉整体体系是张拉整体体系是FullerFuller首先提出的由一组连续的受拉索与一组不首先提出的由一组连续的受拉索与一组不连续的受压构

16、件组成的自支承、自应力的空间绞结网格结构。连续的受压构件组成的自支承、自应力的空间绞结网格结构。n n它通过拉索与压杆的不同布置形成各种形态，索的拉力经过一系它通过拉索与压杆的不同布置形成各种形态，索的拉力经过一系列受压杆而改变方向，使拉索与压杆相互交织实现平衡。列受压杆而改变方向，使拉索与压杆相互交织实现平衡。n n这种结构的刚度依靠对拉索与压杆施加预应力来实现，且预应力这种结构的刚度依靠对拉索与压杆施加预应力来实现，且预应力值的大小对于结构的外形和结构的刚度起着决定作用，预应力值值的大小对于结构的外形和结构的刚度起着决定作用，预应力值越大，结构的刚度也越大。同时，预应力应设计成自平衡体系，

17、越大，结构的刚度也越大。同时，预应力应设计成自平衡体系，以构成合适的应力回路。以构成合适的应力回路。n n张拉整体体系具有以下特点：1 1、自支承集成单元由张力元（索段）和压力元（压杆）、自支承集成单元由张力元（索段）和压力元（压杆）组成，单元的每个角点由一根压杆与几根索段连接。组成，单元的每个角点由一根压杆与几根索段连接。2 2、预应力提供刚度。但预应力的获取并不采用任何张拉、预应力提供刚度。但预应力的获取并不采用任何张拉的方式，而是通过单元内索段和压杆内在的拉伸和压缩的方式，而是通过单元内索段和压杆内在的拉伸和压缩来实现的。来实现的。3 3、单元处于自锁和自平衡状态，形成一个应力回路而应、

18、单元处于自锁和自平衡状态，形成一个应力回路而应力不致流失，这样预应力才能提供刚度。力不致流失，这样预应力才能提供刚度。4 4、集成单元的张力元或压力元在整个加载过程中，其张、集成单元的张力元或压力元在整个加载过程中，其张力状态或压力状态恒定不变力状态或压力状态恒定不变。张拉整体体系在拓扑学和形张拉整体体系在拓扑学和形态学上是复杂的结构态学上是复杂的结构型式，式，所以用一种有效的几何方式所以用一种有效的几何方式来描述是非常重要的。来描述是非常重要的。张拉整体结构可以看成由张张拉整体结构可以看成由张拉单元组装起来的。这些张拉单元组装起来的。这些张拉单元由拉索和压杆两种基拉单元由拉索和压杆两种基本构件所组成。这些构件必本构件所组成。这些构件必须满足某些准则方可形成张须满足某些准则方可形成张力集成单元。力集成单元。开合结构n n人们钟情大自然的天空、阳光、月亮、星星、和风。敞开式n n外界恶劣环境封闭式n n与固定式屋盖相比，开合式屋盖技术要复杂得多。结构形状不断改变条件下设计荷载得变化影响；结构移动中产生的结构振动和冲击响应分析；结构运动机械的设计；移动屋盖的监控措施和安全保障体系设置等。