大跨及高层建筑空间结构.pptx
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1、大跨空大跨空间结间结构构大跨度空大跨度空间结间结构的特点是跨度大、构件重、安装位构的特点是跨度大、构件重、安装位 置高、技置高、技术术要求要求严严格等格等.1 1折板折板(Folded(Folded Plate)Plate)折板是一种板架合一的大跨度屋盖折板是一种板架合一的大跨度屋盖结结构构,它具有平面构它具有平面构 件和空件和空间结间结构两方面的构两方面的优优点点.一、折板的型式一、折板的型式:V V 形形折折板板 槽槽形形折折板板 伞伞形折板形折板二、二、V V 形折板的几何参数形折板的几何参数:折板类别跨度l(m)倾角高跨比板厚与板 宽之比t/b跨度与波 度之比 l/B简支悬臂f/lf/
2、lt钢筋混凝土V形折板212511513537.515预应力混凝 土V形折板27251201714035V V 形形 折折板板 几几 何何 参参 数数三、三、V V 形折板的施工形折板的施工:(一一)制作、运制作、运输输(二二)吊装、灌吊装、灌缝缝四、安装四、安装阶阶段段稳稳定性定性验验算:算:V V 形折板整体失形折板整体失稳稳的的临临界荷界荷载值载值qqk k可按下式可按下式计计算算:qqk k=0.325E(0.325E(3 32 22.52.5q q 折板自重折板自重,换换算成水平投影算成水平投影 计计算算(kN/m(kN/m)E E 折板混凝土的折板混凝土的弹弹性模量性模量(kN/m
3、(kN/m)l 折板跨度折板跨度(m)(m)B B 折板波度折板波度(m)(m)t t 折板厚度折板厚度(m)(m)b b 折板折板宽宽度度(m)(m)折板折板倾倾角角()t tb b稳稳定安全度定安全度应满应满足下式要求足下式要求:qqk kq+q+0.50.5B B)(l)sinsin coscos(1-0.464cos(1-0.464cos)tbB)五、工程五、工程实实例例:(一一)巴黎巴黎联联合国教科文合国教科文组织总组织总部会部会议议大大厅厅(1958(1958年年)(二二)美国伊利美国伊利诺诺大学会堂大学会堂(1962(1962年年)北京:燕山石化某北京:燕山石化某仓库仓库(折板(
4、折板结结构)构)某折板某折板结结构水构水泵泵房(外景)房(外景)某折板某折板结结构水构水泵泵房(内景)房(内景)美国混凝土美国混凝土协协会会(ACIACI)折板折板结结构构2 2 壳体壳体(Shell)(Shell)由两个曲面所限定的物体由两个曲面所限定的物体,如果此两曲面之如果此两曲面之间间的距离的距离远远比曲比曲 面尺寸面尺寸为为小小,就称就称为为壳体壳体.薄壳薄壳(t/R(t/R 1/20)1/20)壳体壳体(t(t 壳体的厚度壳体的厚度厚壳厚壳(t/R(t/R 1/20)1/20)R R 壳体中曲面曲率半径壳体中曲面曲率半径)一、壳体一、壳体结结构的特点构的特点:1.1.可覆盖大跨度空
5、可覆盖大跨度空间间而中而中间间不不设设支柱支柱;2.2.自重自重轻轻、刚刚度大、整体性好、有良好的抗震性能度大、整体性好、有良好的抗震性能;3.3.造型美造型美观观,活活泼泼新新颖颖;4.4.现浇现浇薄壳需要耗薄壳需要耗费费大量模板大量模板.二、壳体二、壳体结结构的型式构的型式:球壳球壳(Domed(Domed Shell)Shell)筒壳筒壳(Barrel(Barrel Shell)Shell)双曲扁壳双曲扁壳(Shallow(Shallow Shell)Shell)鞍壳、扭壳鞍壳、扭壳(Hyperbolic(Hyperbolic Paraboloid)Paraboloid)三、壳体三、壳体
6、结结构的材料构的材料:砖砖壳体壳体钢钢筋混凝土壳体筋混凝土壳体 钢结钢结构壳体构壳体玻璃玻璃钢钢壳体壳体四、四、钢钢筋混凝土壳体的施工筋混凝土壳体的施工:现浇现浇整体整体式式现浇现浇成型法成型法有支架拼装法有支架拼装法高空拼装法高空拼装法无支架拼装法无支架拼装法 整体整体顶顶升法升法整体吊装法整体吊装法整体提升法整体提升法(一一)现浇现浇成型法成型法:现浇现浇成型法是在成型法是在设计设计位置位置处处支支设设模板模板,然后在模板然后在模板 上上绑绑扎扎钢钢筋和筋和浇浇筑混凝土筑混凝土.移移动动式式模模板板 永永久久性性模模板板 土胎模土胎模充气薄膜模板充气薄膜模板预预制装配式制装配式1.1.模板
7、模板泵泵送混凝土送混凝土2.2.混凝土的混凝土的浇浇筑筑干法干法喷喷射射喷喷射混凝土射混凝土湿法湿法喷喷射射3.3.工程工程实实例例某厂房某厂房为为双曲双曲连续连续球壳屋盖球壳屋盖(1)(1)模板和支架模板和支架(2)(2)混凝土的混凝土的喷喷射射(二二)高空拼装法高空拼装法:1.1.有支架拼装法有支架拼装法:某双曲拱屋盖工程某双曲拱屋盖工程,跨跨度度为为40m,40m,由由1111个拱圈个拱圈(每个每个 宽宽度度为为5m)5m)组组成成.每一拱圈又每一拱圈又 分分为为5 5段段,每段拱板尺寸每段拱板尺寸为为 5.0*8.27m,5.0*8.27m,重重6t.6t.2.2.无支架拼装法无支架拼
8、装法某球壳某球壳顶顶盖盖结结构采构采 用无支架拼装法用无支架拼装法,壳体壳体 直径直径为为40m,40m,由由7 7圈圈钢钢筋筋 混凝土混凝土带带肋壳板及中心肋壳板及中心 一一块现浇块现浇板板组组成成,每每块块 重重为为1.51.5 2.0t.2.0t.(三三)整体吊装法整体吊装法:1.1.整体整体顶顶升法升法在地面装配成壳体后在地面装配成壳体后,利用千斤利用千斤顶顶整体整体顶顶升升,包括上包括上顶顶升法和下升法和下顶顶升法两升法两类类.2.2.整体提升整体提升法法在地面装配成壳体后在地面装配成壳体后,利用提升利用提升设设备备整体整体提升提升.某工程由某工程由边长为边长为24*24m24*24
9、m的的单倾组单倾组合扭壳合扭壳组组成成,由由4 4根柱根柱 子支承子支承,壳体壳体总总提升重提升重为为280t.280t.五、工程五、工程实实例例:美国麻省理工学院美国麻省理工学院(MITMIT)礼堂球壳礼堂球壳(平面(平面为为正三角形)正三角形)美国麻省理工学院(美国麻省理工学院(MITMIT)礼堂(球壳)礼堂(球壳铰铰支支座座)钢钢筋筋混混凝凝土土双双曲曲扁扁壳壳受受力力合合理理,在在跨跨越越30 m左左右右的的 跨跨度度时时,按按计计算算所所需需的的壳壳厚厚只只需需3040 mm。设设计计中中 一一般般按按施施工工构构造造要要求求选选用用壳壳面面厚厚度度,例例如如北北京京火火车车站站 正
10、正厅厅屋屋顶顶的的扁扁壳壳,平平面面尺尺寸寸为为35 m35 m,矢矢高高7 m,壳厚壳厚选选用用80 mm,完全是施工工完全是施工工艺艺的要求。的要求。北京:火北京:火车车站站鸟鸟瞰瞰图图北京:燕山石化化肥北京:燕山石化化肥库库(双曲扁壳屋盖、薄壳(双曲扁壳屋盖、薄壳边缘边缘构件构件为带为带拉杆的拱)拉杆的拱)北京燕山:北京燕山:钢钢筋混凝土筋混凝土组组合双曲抛物面屋盖合双曲抛物面屋盖3 3 网架网架结结构安装构安装网架网架结结构构即由杆件按照一定即由杆件按照一定规规律律组组成的网格成的网格结结构构.特点特点:空空间刚间刚度大度大,整体性整体性强强,稳稳定性好定性好;具有多向受力具有多向受力
11、,抗震性抗震性 能好能好;同同时时兼有自重兼有自重轻轻,节约钢节约钢材材,制作安装方便等特点制作安装方便等特点.应应用用:大跨度空大跨度空间结间结构构.一、分一、分类类:平板网架平板网架(网架网架)平面桁架系网架平面桁架系网架四角四角锥锥体系网架体系网架 三角三角锥锥体系网架体系网架(一一)按外形按外形曲面网架曲面网架(网壳网壳)网状穹网状穹顶顶网状筒壳网状筒壳双曲抛物面网壳双曲抛物面网壳1 淘T -畅曾w-vq俨.;I;号示 于 抵 匐 贮r 1L 60m60m30mL60m30mL60mLL F Ft t2 2H H1 1 H H2 2(3)(3)就位就位阶阶段段:F Ft t1 1 si
12、nsin 1 1+F+Ft t2 2 sinsin 2 2=G G1 1F Ft t1 1 coscos 1 1=F=Ft t2 2 coscos 2 2(即即 H H1 1=H H2 2 )式中式中:G G1 1每根拔杆所担每根拔杆所担负负的网架、索具的网架、索具等等 荷荷载载;F Ft t1 1 F Ft t2 2 起重滑起重滑轮组轮组的拉力的拉力;H H1 1H H2 2 起重滑起重滑轮组轮组拉力的水平分力拉力的水平分力;1 1 2 2 起重滑起重滑轮组钢丝绳轮组钢丝绳与水平面的与水平面的夹夹角角.3.3.技技术术要求要求:(1)(1)在网架整体吊装在网架整体吊装时时,应应保保证证各吊点
13、起升及下降的同步性各吊点起升及下降的同步性.提提升高差允升高差允许值许值可取吊点可取吊点间间距离的距离的1/400,1/400,且不宜大于且不宜大于100mm,100mm,或通或通过验过验算确定算确定.(2)(2)当当采采用用多多根根拔拔杆杆或或多多台台起起重重机机吊吊装装网网架架时时,宜宜将将额额定定负负荷荷能能 力力乘乘以以折折减减系系数数0.75,0.75,当当采采用用四四台台起起重重机机将将吊吊点点连连通通成成两两组组 或用三根拔杆吊装或用三根拔杆吊装时时,折减系数可适当放折减系数可适当放宽宽.(3)(3)网架的任何部位与支承柱或拔杆网架的任何部位与支承柱或拔杆的的净净距不距不应应小于
14、小于100mm;100mm;由于网架由于网架错错位需要位需要,对对个个别别杆件杆件暂暂不不组组装装时时,应应取得取得设计单设计单位同意位同意.(4)(4)当网架当网架结结构本身承构本身承载载能力能力许许可可时时,可采用在网架上可采用在网架上设设置滑置滑轮组轮组将拔将拔杆逐段拆除的方法杆逐段拆除的方法(即倒拆法即倒拆法).).4.4.适用范适用范围围:适用于各种适用于各种类类型的网架型的网架,吊装吊装时时可在高空平移或旋可在高空平移或旋 转转就位就位.5.5.工程工程实实例例:(1)(1)北京国北京国际际俱俱乐乐部网球部网球馆馆 40*40m,40*40m,两向正交斜放网架两向正交斜放网架,网架
15、网架高高2.5m,2.5m,重重55t.55t.安装到安装到标标高高为为12.3m12.3m的柱的柱顶顶上上.采用四台采用四台W W1 1-100-100型履型履带带式起重机式起重机,整体吊装整体吊装.抬吊抬吊时时,双向双向 移位移位,一一边错边错开开2.5m,2.5m,另一另一边错边错开开1.0m.1.0m.(2)(2)上海体育上海体育馆馆网网架架直直径径124.6m,124.6m,采采用用三三向向交交叉叉桁桁架架体体系系,网网架架高高6.0m,6.0m,重重 600t.600t.采采用用6 6根根50m50m高的桅杆整体吊装高的桅杆整体吊装.逆逆时针错时针错位位2 25 5 吊装吊装.顺时
16、顺时针针旋旋转转2 25 5 后就位到柱后就位到柱顶顶.网架吊装Lift of the Space Truss网架吊装Lift of the Space Truss网架吊装Lift of the Space Truss(五五)整体提升法:整体提升法:整体提升整体提升法法是指在是指在结结构柱上安装提升构柱上安装提升设备设备直接提升直接提升 网架网架,或在提升网架的同或在提升网架的同时进时进行柱子滑模的施工方法行柱子滑模的施工方法.1.1.工工艺艺特点特点:2.2.技技术术要求要求:(1)(1)折折减减系系数数:提提升升设设备备的的使使用用负负荷荷能能力力,应应将将额额定定负负荷荷能能 力力乘乘以
17、以折折减减系系数数,穿穿心心式式液液压压千千斤斤顶顶可可取取0.50.50.6;0.6;电电 动动螺杆升板机可取螺杆升板机可取0.70.70.8;0.8;其他其他设备设备通通过试验过试验确定确定.(2)(2)同步控制同步控制:升板机升板机:(15mm(15mm )相相邻邻两个提升点两个提升点升板机升板机:30mm30mm最高与最低点最高与最低点千千 斤斤 顶顶 :50mm:50mm (3)(3)稳稳定定验验算算:整体提升法的下部支承柱整体提升法的下部支承柱应进应进行行稳稳定性定性验验算算.L L400400千斤千斤顶顶:L L(25mm(25mm )2502503.3.适用范适用范围围:适用于
18、周适用于周边边支承及多点支承网架支承及多点支承网架.可用升板机、液可用升板机、液 压压千斤千斤顶顶等小型机具等小型机具进进行施工行施工.4.4.工程工程实实例例:山山东东体育体育馆馆62.7*74.1m,62.7*74.1m,为为两向正交斜放网架两向正交斜放网架,钢钢管管焊焊接接 球球节节点点,网架高网架高4.0m.4.0m.自重自重206t.206t.采用整体提升法采用整体提升法,共共设设2828台台升板机同升板机同时时提升提升,如如图图所示所示.例例 某大型机某大型机库库屋盖提升工程屋盖提升工程该该机机库库屋盖由网架屋盖由网架(115m*80m115m*80m)和桁架和桁架(115m*12
19、m115m*12m)组组成。成。网架提升网架提升总总重量重量800t800t,采用采用1616根拔杆根拔杆,3232台千斤台千斤顶顶,6464个吊点整个吊点整 体提升到位。桁架采用体提升到位。桁架采用4 4根拔杆和卷根拔杆和卷扬扬机整体吊装。机整体吊装。1.1.提升系提升系统统施工施工设计设计2.2.提升提升设备选择设备选择与安装与安装3.3.网架整体提升施工方法网架整体提升施工方法4.4.补补装网架周装网架周边边杆件杆件5.5.网架落位前后网架落位前后应检查应检查的的项项目目6.6.提升提升设备设备拆除拆除拔杆悬臂横梁钢绞线干斤顶网架图 9-127提升系统布置(六六)整体整体顶顶升法:升法:
20、整体整体顶顶升升法法是指采用支承是指采用支承结结构和千斤构和千斤顶顶将网架将网架顶顶升升到到设计设计位置的安装方法位置的安装方法.1.1.工工艺艺特点特点:顶顶升的概念是千斤升的概念是千斤顶顶位于网架之下位于网架之下,一般是利用一般是利用结结 构柱做构柱做为为网架施工中的网架施工中的临时临时支承支承结结构构.2.2.技技术术要求要求:(1)(1)折减系数折减系数:丝丝杠千斤杠千斤顶顶取取0.60.60.8 0.8 液液压压千斤千斤顶顶取取0.40.40.60.6(2)(2)同步控制同步控制:相相邻邻两个两个顶顶升点升点(30mm(30mm )(3)(3)稳稳定定验验算算:验验算算时时除除应应考
21、考虑虑网架和支承网架和支承结结构自重、与网架同构自重、与网架同时时 顶顶升的其它静升的其它静载载和施工荷和施工荷载载外外,还应还应考考虑虑上述荷上述荷载载偏心和偏心和 风风荷荷载载所所产产生的影响生的影响.如如稳稳定不足定不足时时,应应首先采取施工措首先采取施工措 施予以解决施予以解决.3.3.适用范适用范围围:适用于支点适用于支点较较少的多点支承网架少的多点支承网架.L L 100010004.4.工程工程实实例例:太原市煤管局太原市煤管局仓库仓库 如如图图所示所示,为为六点支承的六点支承的 抽空四角抽空四角锥锥网架网架,平面尺平面尺 寸寸为为59.4*40.5m,59.4*40.5m,网架
22、重网架重 约约45t.45t.用六台起重能力用六台起重能力为为 32t32t的普通液的普通液压压千斤千斤顶顶,采采 用用顶顶升施工法将网架升施工法将网架顶顶升升 至至8.7m8.7m高高.例例 某大型体育某大型体育馆馆屋盖网架整体提升工程屋盖网架整体提升工程1.1.工程概况工程概况:该该体育体育馆馆屋盖屋盖为为四柱支承的正交正放四柱支承的正交正放钢钢管空心球管空心球 节节点点焊焊接网架,网架外形尺寸接网架,网架外形尺寸为为90m*90m90m*90m,覆盖面覆盖面积积 8100m8100m,网格平面尺寸网格平面尺寸4.5m*4.5m4.5m*4.5m,网架四根支承柱的网架四根支承柱的 中心距离
23、中心距离63m*63m63m*63m。每根支承柱由四每根支承柱由四根根53053016mm16mm的无的无缝钢缝钢管作柱肢管作柱肢组组成成,无无缝缝钢钢管管中中心心距距离离1.87m1.87m。钢钢柱柱全全长长19.02m19.02m,每每 根根重重40.8t40.8t。四四根根钢钢柱柱既既是是整整个个屋屋盖盖的的支支承承柱柱,又又是是顶顶 升施工的支柱。升施工的支柱。2.2.顶顶升升设备设备:(1 1)油)油压压千斤千斤顶顶(每个支柱配(每个支柱配备备两台,共两台,共8 8台)台)(2 2)高)高压压油油泵泵(每两个千斤(每两个千斤顶为顶为一一组组,共,共4 4台)台)3.3.顶顶升升过过程
24、程:(1 1)正常)正常顶顶升程序升程序(2 2)初始)初始顶顶升程序升程序(3 3)最)最终终就位程序就位程序(4 4)同步及)同步及纠纠偏偏(5 5)安全措施)安全措施网架典型安装方法网架典型安装方法一一览览表表安装方法内容适用范围高空散装法单个杆件拼装螺栓连接节点的各类 型网架小拼单元拼装分条或分块安装法条状单元组装两向正交、正放四角 锥、正放抽空四角锥 等网架块状单元组装高空滑移法单条滑移法正放四角锥、正放抽 空四角锥、两向正交 正放等网架逐条累积滑移法整体吊装法单机、多机吊装各类型网架单根、多根拔杆吊装整体提升法利用拔杆提升周边支承及多点支承 网架利用结构提升整体顶升法利用网架支承柱
25、作为顶升时的支承结构支点较少的多点支承 网架在原支点处或其附近设置临时顶升支架备注未注明连接节点构造的网架,指各类连接节点网架均适用五、网架施工的基本要求五、网架施工的基本要求1.1.网架的制作与安装网架的制作与安装,应编应编制施工制施工组织设计组织设计,并在施工中并在施工中 认认真真执执行行;2.2.网网架架结结构构的的制制作作、拼拼装装和和安安装装的的每每个个工工序序均均应应严严格格进进 行行检查验检查验收收;3.3.网网架架安安装装荷荷载载应应包包括括施施工工阶阶段段的的结结构构自自重重及及各各种种施施工工 活活荷荷载载.安安装装阶阶段段的的动动力力系系数数:当当采采用用提提升升法法或或
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