大跨屋盖结构.doc

结构形式
大跨钢结构按几何形状、组成方法、结构材科及受力特点的不同可分为平面结构体系和空间结构体系两大类。属于平而结构体系的有:梁式结构(平而桁架、空间桁架),平面刚架和拱式结构。属于空间结构体系的有:平板网架结构,网壳结构,大部分悬索结构,斜拉结构,张拉整体纠构等。
平板网架是由杆件按一定规律组成的结构,大多数为高次超静意结构。网架具有多向传力的性能,空间刚度大,整体性好,具有良好的抗震性能,既适用于大跨度建筑,也适用于中小跨度的房屋,能覆盖各种形状的平面。
。网壳可设计成各种曲面,能充分满足建筑外形及功能方面的要求。网壳结构主要承受压力,稳定问题比较突出。跨度较大时,不能充分利用材料的强度。杆件和节点的几何偏差,曲面偏离等初始缺陷对网壳内力和整体稳定影响较大。
悬索结构为一系列高强度钢索按一定规律组成的一种张力结构。不同的支承结构形式和钢索布置可适用各种平面形状和建筑造型的要求。钢索承受拉力,能充分利用钢材强度,因而悬索结构自重轻,可以较经济地跨越很大跨度。悬索屋盖为柔性结构体系,设计时应注意采取有效措施保证屋盖结构在风,地震作用下有足够的刚度和稳定性。
网架的形式
网架按弦杆层数不同可分为双层网架和三层网架。双层网架是出上弦、下弦和腹杆组成的空间结构(图3-1),是最常用的网架形式。三层网架是由上弦、中弦、下弦、上腹杆和下腹杆组成的空间结构(图3-2),其特点是增加网架高度,减小弦杆内力,减小网格尺寸和腹杆长度。当网架跨度较大时,三层网架用钢量比双层网架用钢量省。但由于节点和杆件数量增多,尤其是中层节点所连杆件较多,使构造复杂,造价有所提高。
网架结构的几何不变性分析
网架为一空间铰接杆系结构,杆件布置必须保证不出现结构几何可变性。
网架结构几何不变的必要条件是:
式中——网架的节点数;
——网架的杆件数;
——支座约束链杆数,6。
当网架为几何可变体系;
网架无多余杆件,如杆件布置合理,为静定结构;
网架有多余杆件,如杆件布置合理,为超静定结构。
网架结构几何不变的充分条件一般可通过对结构的总刚度矩阵进行检查来判断。满足下来条件之一者,该网架结构为几何可变体系:
引入边界条件后,总刚度矩阵中对角线上出现零元素,则与之对应的节点为几何可变;
引入边界条件后,总刚度矩阵,该矩阵奇异,结构为几何可变。
双层网架的常用形式
平面桁架系网架
此类网架上下弦杆完全对应并与腹杆位于同一竖向平面内。一般情况下竖杆受压,斜杆受拉。斜腹杆与弦杆夹角宜在40
°~60°之间。
两向正交正放网架:
在矩形建筑平面中,网架的弦杆垂直于及平行于边界,故称正放。两个方向网格数宜布置成偶数,如为奇数,桁架中部节间应做成交叉腹杆。由于上下弦杆组成的网格为矩形,且平行于边界,腹杆又在竖向平面内,属几何可变体系。对周边支承网架宜在支承平面(与支承相连弦杆组成的平面)设置水平斜撑杆。斜撑可以沿周边设置,也可以采用如图3-4所示方式布置。对点支承网架应在支承平面内沿主桁架(支承桁架)的两侧(或一侧)设置水平斜撑杆。两向正交正放网架的受力性能类似于两向交叉梁。对周边支承者,平面尺寸越接近正方形,两个方向桁架杆件内力越接近,空间作用越显著。随着建筑平面边长的的增大,短向传力作用明显增大。
两向正交斜放网架
两向正交斜放网架为两个方向的平面桁架垂直相交。用于矩形建筑平面时,两向桁架与边界夹角45°。当有可靠边界时,体系是几何不变的,无需另加支撑杆件。各榀桁架的跨度长短不等,靠近角部的桁架跨度小,对于它垂直的长桁架起支承作用,减小了长桁架跨中弯矩,长桁架两段要产生负弯矩和支座拉力。周边支承时,有长桁架通过角支点和避开角支点两种布置,前者对四角支座产生较大的拉力,后者角部拉力可由两个支座分担。
三向网架
由三个方向平面桁架按60°角相互交叉而成,上下弦平面内的网格均为几何不变的三角形。网架空间刚度大,受力性能好,内力分布也较均匀,但汇交于一个节点的杆件最多可达13根。节点构造较复杂,宜采用钢管杆件及焊接空心球节点。节点构造较复杂,宜采用钢管杆件及焊接空心球节点。三向网架适用于大跨度(m)的多边形及圆形平面。用于中小跨度(m)时,不够经济。
四角锥体系网架
四角锥体系网架是由若干倒置的四角锥按一定规律组成。网架上下弦平面均为方形网格,下弦节点均在上弦网格形心的投影线上,与上弦网格四个节点用斜腹杆相连。通过改变上下弦的位置、方向,并适当地抽去一些弦杆和腹杆,可得到各种形式的四角锥网架。
正放四角锥网架
建筑平面为矩形时,正放四角锥网架的上下弦杆均与边界平行或垂直。上下弦节点各连接8根杆件,构造较统一。