构造论文论述大跨度结构形式及优缺点.doc

论述大跨度结构形式及优缺点摘要：大跨度建筑通常是指跨度在30m以上的建筑，我国现行钢结构规范规定跨度在60m以上的结构为大跨度结构。本文利用论述的方法对各种大跨度结构的形式进行简单的描述，并针对其优缺点进行详细阐述。关键字：大跨度结构 优缺点 论述1.引言：大跨度建筑在古代罗马就已出现，在19世纪后半叶以后特别是在第二次世界大战后的最近的几十年里迅速发展。我国的大跨度建筑是在新中国成立以后才发展起来的。主要用于民用建筑的影剧院，体育场馆，展览馆，大会堂，航空港以及其他大型公共建筑；在工业建筑中则主要用于飞机装配车间，飞机库和其他大跨度厂房。大跨度迅速发展的原因，一方面是由于社会发展使建筑功能越来越复杂，需要建造高大的建筑空间来满足群众集会，另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现，促进了大跨度结构的进步。大跨度建筑发展的历史比起传统建筑毕竟是短暂的，他们大多为公共建筑，人流集中，占地面积大，结构跨度大，从总体规划，个体设计到构造技术都需要建筑工作者去探索。本文针对现流行的9大建筑结构形式及其优缺点进行论述。2.正文21拱结构 拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且压力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。 但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。常见的方式是在拱的两侧做两道厚墙来支撑拱，厚墙随着拱跨增大而加厚。很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。2.2折板结构折板结构是以一定倾斜角度整体相连的一种薄板体系。折板结构由折板和横隔构建组成，通常用钢筋混凝土建造，也可用钢丝网水泥建造。折板结构呈空间受力状态，具有良好的力学性能，结构厚度薄，省材料，可预制装配，省模板构造简单。但是折板很薄，一般需增减保温隔热材料，另外折板结构在室内不平，可利用其造型，可吊顶或不吊顶。2.3钢架结构钢架是横梁和柱以整体链接方式构成的一种门型结构。在竖向荷载作用下，柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩。钢架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥。由于大多数钢架的横梁是向上倾斜的，不但受力合理，且构造下部的面积增大，对某些要求高大空间的建筑特别有利。钢架按结构组成和构造方式的不同分为无铰钢架、两铰钢架和三角钢架。无铰钢架和两铰钢架是超静定结构，结构刚度较大，但当地基条件差，发生不均匀沉降时，结构将产生附加内力。三铰钢架则属于静定结构，在地基产生不均匀沉降时，结构不会引起附加内力，但其刚度不如两种好。一般来说，三铰钢架多用于跨度较小的建筑，两铰和无铰钢架可用于跨度较大的建筑。2.4薄壳结构薄壳结构人们从自然界中天然壳体中获得的启发。薄壳结构是用混凝土等刚性材料以各种曲面形式构成的薄板结构，呈空间受力状态，主要承受曲面内的轴向力，而弯矩和扭矩很小，所以混凝土强度能得到充分利用。由于空间结构和刚度，强度都非常好。薄壳厚度仅为其跨度的百分之一，而一般的平板结构厚度至少为跨度的几十分之一，所以薄壳结构具有自重轻，省材料。跨度大、外形多样的优点。但是，大多薄壳结构的形体较复杂，多采取现浇施工，费工、费时、费模板，且构造计算较复杂，不宜承受集中荷载，这些缺点在一定程度上影响了它的推广应用。2.5悬索结构悬索结构用于大跨度建筑是受悬索桥梁的启示。悬索结构由索网、边缘构件和下部支撑结构三部分组成。其主要优点是：从分发挥材料的力学性能，利用钢索来受拉，利用钢筋混凝土边缘构件来受压，受弯，因而能节省大量材料，减轻结构自重，比普通钢结构建筑节省钢材50%；由于主要构件承受拉力，其外形与一般传统建筑迥异，因而其建筑造型给人以新鲜感，且形式多样，适合于方形，矩形，椭圆形等不同行的平面形式；由于他受力合理，自重轻，故能跨越巨大的空间而不需要在中间加支点，为建筑功能的灵活安排提供了非常有利的条件；其施工比其他大跨度建筑更方便、更快速，因悬索自重轻，不需要大型施工设备便可进行安装。但是主要缺点是在强风吸引力的作用下容易丧失稳定而破坏，故在设计中应加以周密考虑。2.6桁架结构桁架结构是由杆件组成的一种格构式体系。杆件与杆件的链接假定为铰接，在外力作用下的杆件内力为轴向力（拉力或压力），而且分布均匀，故桁架结构比梁结构受力合理。桁架的杆件内里是轴向力，而梁的内力主要是弯矩，且分布不均匀，梁的断面大小常以最大弯矩处的断面尺寸为整个梁的断面大小，因此梁的材料强度利用不够充分。桁架内里分布均匀，材料强度能充分利用，减少材料耗量和结构自重，使结构跨度增大。桁架一般用木材，钢材，钢筋混凝土建造。桁架形式分为三角形，梯形，拱形，无斜腹杆式和三铰拱式等各种形式。如图13-25三角桁架可用刚，木或钢筋混凝土制作。当跨度不超过18m时，杆件内力较小，比较经济，仅适用于跨度不大于18m的建筑；梯形桁架可用钢或钢筋混凝土制作。常用跨度为18-36m；拱形桁架外形呈抛物线，可用钢或钢筋混凝土制作，常用跨度为18-36m。桁架选型考虑的因素是：跨度和荷载大小，材料供应和施工条件等因素。桁架结构在大跨度建筑中多用作屋顶的承重结构，根据建筑的功能要求，材料供应及经济的合理性，可设计成单坡，双坡，单跨，多跨等不同的外观及形状。2.7膜结构膜结构是以性能优良的柔软织物为膜面材料，由空气压力支承膜面，或用柔性钢索或刚性骨架网索将膜材绷紧形成建筑空间的一种结构。膜结构的优点是重量轻，跨度大施工方便，透光性和自洁性较好，建筑造型自由丰富等；其缺点是隔音效果较差，耐久性不好，膜面抵抗局部荷载能力较弱等。2.8网格结构网格结构是一种由多根杆件以一定规律通过节点组成的空间结构，其优点为:杆件之间起支撑作用，形成多向受力的空间结构，故其整体性强，稳定性好，空间刚度大，有利于抗震；当荷载作用于网格各节点上时，杆件主要承受轴向力，故能充分发挥材料的强度，节省材料；结构高度小可以有效的利用空间；结构的构建规格统一，有利于工厂生产；形式多样，可创造丰富多彩的建筑形式。网格结构主要用来建造大跨度公共建筑的屋顶，适用于多种平面形状，如圆形，方形，三角形，多边形等各种平面建筑。网格结构按其外形分为平板网格结构和曲面网格结构两类，前者简称网架，后者简称网壳，通常采用金属材料制作。网架按其构造方式不同分为交叉桁架体系和角锥体系两种。网架杆件常用钢管或角钢，钢管比角钢受力合理，省材料，应用最广。钢管壁厚度不应小于1.5mm。当网架杆件选用角钢时，节点处用链接钢板将各个杆件连接起来，可采用焊接或螺旋链接方式，如图1。当网架杆件为钢管时，宜用钢球将各杆件链接起来，如图2。这种链接方法构造简单，用钢量少，外形美观，被广泛采用。图二图一2.9其他跨度结构除上述八中主要的大跨度结构外，还有组合网架结构，预应力网格结构，管桁结构，张弦梁结构等前两种结