大跨度公共建筑结构与选型毕业论文.docx

大跨度公共建筑结构与选型毕业论文目录一、大跨度公共建筑结构与选型4（一）桁架结构41.1概述41.2概念41.3类型41.4受力特点51.5结构布置原则和构造要求51.6屋架结构的选型52、案例分析7（二）拱结构81.1概述81.2概念81.3类型81.4受力特点91.5拱式结构的选型与布置91.6拱式结构的布置101.7拱结构适用范围112、案例分析11（三）网架结构121.1概述121.2概念121.3类型131.4网架结构的支承方式141.5受力特点141.6结构选型151.7网架结构主要几何尺寸的确定151.8适用范围162、案例分析163、总结19(四) 膜结构191.1概述191.2概念191.3类型191.4膜结构的力学特点201.5膜结构的应用211.6膜材料的性能212、案例分析22二、桥梁结构与选型23（一）桁架结构231.1组成231.2主桁架231.3联结系231.4桥面系241.5制动联结系241.6桥面241.7主桁架的基本尺寸242、案例分析25（二）拱结构261.1概述261.2概念261.3类型261.4拱桥特点281.5拱桥的受力特点：292、案例分析29（二）悬索结构291.1概述291.2概念301.3类型301.4适用特点311.5受力特点312、案例分析32三多层建筑结构与选型33（一）砖混结构331.1概述331.2概念331.3分类331.4砖混结构适用范围341.5砖混结构的优缺点：341.6设计要求351.7结构选型有关的构造要求352、案例分析35（二）框架结构361.1概述361.2概念371.3类型371.4受力特点381.5框架结构适用范围381.6框架结构的优缺点381.7结构平面布置的原则391.8结构立面布置的原则391.9结论392.1案例分析40四高层建筑结构与选型41（一）剪力墙结构411.1概述411.2概念411.3类型411.4受力及其特点421.5框架结构的选型与布置421.6框架结构适用范围432、案例分析43（二）框架剪力墙结构431.1概述431.2概念431.3受力特点441.4框架剪力墙结构的选型与布置441.5框架剪力墙结构适用范围451.6总结452、案例分析45（三）超高层结构451.1概述451.2概念461.3类型461.4筒体结构体系461.5筒体结构的选型与布置471.6受力特点482、案例分析49一、大跨度公共建筑结构与选型（一）桁架结构1.1概述桁架结构受力合理，计算简单，施工方便，适应性强，对支座没有横向推力，因而在建筑结构中得到广泛的应用。桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。1.2概念一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度。1.3类型桁架常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。桁架按外形分有三角形桁架、梯形桁架、多边形桁架、平行弦桁架，及空腹桁架。在选择桁架形式时，应综合考虑桁架的用途、材料、支承方式和施工条件，在满足使用要求的前提下，力求制造和安装所用的材料和劳动量为最小。钢桁架：用钢材制造的桁架，工业与民用建筑的屋盖结构，吊车梁、桥梁和水工闸门等，常用钢桁架作为主要承重构件。各式塔架，如桅杆塔、电视塔和输电线路塔等，常用三面、四面或多面平面桁架组成的空间钢桁架。钢桁架的高度由经济、刚度、使用和运输要求确定。增加高度可减小弦杆截面和挠度,但增加腹杆用量和建筑高度。钢桁架的高跨比通常采用 1/51/12；钢材强度高、刚度要求严的钢桁架应采用相对偏高值。三角形钢屋架的高度通常由屋面坡高确定；一般屋面坡度为1/21/3时，高跨比相应为1/41/6。钢筋混凝土桁架：用钢筋混凝土或预应力混凝土材料制成的桁架。钢筋混凝土桁架多用于屋架、塔架，有时也用于栈桥和吊车梁。由于钢筋混凝土桁架的拉杆在使用荷载下常出现裂缝，因而仅用于荷载较轻和跨度不大的桁架。50年代以后，随着预应力混凝土技术的发展，对跨度较大和荷载较重的桁架,中国已普遍采用了预应力混凝土桁架,常用的跨度为18、24、30米，个别的为60米。木桁架：是指由木构件组成的桁架。是木屋盖、木桥及木塔架的主要承重结构。用于木屋盖时通称为木屋架。木屋架按下弦所用材料分为木屋架和钢木屋架。木屋架的形式主要有三角形、梯形和多边形。适用跨度一般为1218m。钢木组合屋架的形式有豪式屋架、芬克式屋架、梯形屋架和下折式屋架。钢木组合屋架的适用跨度视屋架的外形而定，对于三角形屋架，其跨度一般为1218m，对于梯形、折线形等多边形屋架，其跨度可达1824m。常见的钢筋混凝土钢屋架有折线形屋架、三铰屋架、两铰屋架等。折线形屋架适用于跨度为1218m的小型厂房。屋架屋面坡度约为1/4。两铰或三铰组合屋架上弦为钢筋混凝土或预应力混凝土结构，下弦为型钢或钢筋，顶接点为刚接或铰接。屋面坡度，当采用卷材防水时1/5，非卷材防水时为1/4。1.4受力特点各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。1.5结构布置原则和构造要求屋架结构的主要尺寸包括屋架的矢高、坡度、节间距。矢高屋架的矢高直接影响结构的刚度与经济指标。矢高不宜过大也不宜过小。屋架的矢高也要考虑屋架的结构形式。一般矢高可取跨度的1/101/5。坡度屋架的上弦坡度的确定应与屋面的防水构造相适应。当采用瓦类屋面时，屋架的上弦坡度大些，一般不小于1/3，以利于排水。当采用大型屋面板并做卷材防水时，屋面的坡度可平缓些，一般为1/121/8。节间距屋架的节间距大小与屋架的结构型式、材料及受荷条件有关。一般上弦受压，节间距应小些，下弦受拉，节间距应大些，应使荷载直接作用在节点上，以优化杆件的受力状态。一般取1.54m。1.6屋架结构的选型屋架结构的选型应考虑房屋的用途、建筑造型、屋面的防水构造、屋面的跨度、结构材料的供应、施工技术条件等因素。屋架结构的受力从结构受力来看，抛物线的拱状结构受力最为合理。但施工复杂。其次是折线型屋架，再则是梯形屋架，因其既有较好的力学性能，又使上下弦均为直线，施工方便，故在大中跨建筑中应用广泛。三角形屋架与矩形屋架力学性能最差。屋面防水构造屋面防水构造决定了屋面排水坡度，并进而决定了屋盖的建筑造型。材料的耐久性及使用环境木材和钢材均易腐蚀，维修费用较高。因此，对于相对湿度较大而通风不良的建筑，不宜选用木屋架和钢屋架，宜选用钢筋混凝土屋架。屋架的结构跨度跨度在18m以下时，可选用钢筋混凝土钢组合屋架，跨度在36m以下时，宜选用预应力混凝土结构。跨度在36m以上时，宜选用钢屋架、以减轻结构自重，提高耐久性与可靠性。屋架结构的布置屋架结构的布置，包括屋架的跨度、间距、标高等。主要考虑建筑外观造型及建筑使用功能方面的要求。屋架的跨度屋架的跨度，一般以3m为模数。屋架的间距屋架一般易等间距平行排列，与房屋纵向柱列的间距一致，屋架直接搁置在柱顶。屋架的间距同时即为屋面板或檩条、吊顶龙骨的跨度，最常见的为6m，有时也有7.5，9，12m等。屋架的支座屋架支座的标高由建筑外形的要求确定，一般为同一标高。实际工程中，当跨度较小时，一般是把屋架直接搁置在墙、垛、柱和圈梁上。当跨度较大时，则应采取专门的构造措施，以满足屋架端部发生转动的要求。屋架结构的支撑屋架结构的支撑包括设置在屋架之间的垂直支撑、水平系杆以及设置在上弦、下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦平面内的纵向水平支撑。2、案例分析天津奥林匹克中心体育场天津奥林匹克中心体育场为2008年北京奥运会足球赛场。体育场位于天津中心市区西南部。体育场建筑面积15.8万m2，共由6层组成，总高53m。主桁架最大跨度117m，主、环桁架均为平面管桁架结构形式，桁架最大安装高度达53m，整个钢屋盖由主桁架、子桁架、二道环形桁架及水平、垂直支撑、檩条组成，总用钢量约13000t。主桁架上口定位采用柱帽杆固定于看台柱顶支座上，下口定位采用落地形式。该工程的特点，决定了整个工程施工的难度非常高。本工程主体钢屋架呈双曲面，各点标高不一，主要构件超重、超长，主桁架跨度较大，而且在屋盖内四周都是看台混凝土结构，在混凝土结构施工期间大型机械不能以常规方式在屋盖下进行作业，另外，主桁架的最大安装标高都在53m左右，安装高度较高，吊装难度大。天津奥林匹克中心体育场天津奥林匹克中心体育场内部结构天津奥林匹克中心体育场现场施工图（二）拱结构1.1概述拱是一种古老而又现代的结构型式。拱主要承受轴向压力的作用，这对于混凝土、砖、石等工程材料是十分适宜的，特别是没有钢材的年代，它可以充分的利用这些材料的抗压强度高等特点，而避免了它的抗拉性能差的缺点。我国古代就有拱式结构的杰出例子是河北省赵县的赵州桥，跨度37m,建于一千三百多年前，为石拱桥结构，经受历次地震的考验，至今保存完整。1.2概念拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点。1.3类型按材料分为：钢筋混凝土结构、钢结构、胶合木结构、砖石砌体结构。从力学计算简图可分为：无铰拱、两铰拱、三铰拱。从截面来看：有格构式和实腹式、等截面和变截面。1.3.1钢结构拱有实腹式和格构式两种。一般采用格构式，具有节省材料，施工速度快，构造简单，受力合理，稳定性好等优点。实腹式拱可以做成曲线形外形，通常为焊接工字形截面。格构式拱分段制作后在现场进行吊装和组装。1.3.2钢筋混凝土拱刚筋混凝土拱一般采用实腹式，以方便施工。截面一般采用矩形和工字形，上铺大型预制屋面板。也可以做成折板形、波形截面或网状筒拱结构，成为梁板合一的结构，既可以进一步节省材料，有可以达到较好的室内视觉效果。1.4受力特点支座反力（1）向荷载作用下，拱脚支座内将产生水平推力。（2向荷载作用下，拱脚水平推力的大小等于相同高度简支梁在相同竖向荷载作用下所产生的在相应于顶铰截面上的弯矩M除以拱的矢高。（3）当结构跨度与荷载条件一定时，拱脚水平推力与拱的矢高成反比。拱身截面的内力（1）拱身内的弯矩小于跨度相同荷载作用下简支梁内的弯矩。（2）拱身截面内的剪力小于相同跨度相同荷载作用下简支梁的内力。（3）拱身截面内存在有较大的轴力，而简支梁中是没有轴力的。拱的合理轴线拱轴线上的竖向坐标与相同跨度相同荷载作用下的简支梁的弯矩值成比例，即可使拱的截面内只受轴力而没有弯矩，满足这一条件的拱轴线称为合理拱轴线。y=MD0HA拱脚水平推力拱是有推力的结构，所以拱结构的支座应能可靠地承受水平推力，才能保证它发挥拱的受力作用。一般有以下几种：（1）水平推力直接由拉杆承担（2）水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆（3）水平推力由竖向承重结构承担（4）水平推力直接作用在基础上1.5拱式结构的选型与布置结构支承方式拱可分为三铰拱、两铰拱、无铰拱。三铰拱为静定结构，由于跨中存在着顶铰，造成拱本身和屋盖结构构造复杂，目前采用较少。两铰拱和无铰拱是超静定结构，两铰拱的优点是受力合理，用料经济合理，制作安装比较简单，对于温度变化和地基变形的适用性强，目前较为常用。无铰拱受力最为合理，但由于对地基的要求较高，当地基较差时，不宜采用。拱的矢高拱的矢高确定应考虑到建筑空间使用的要求、建筑造型的要求、结构受力的合理性及屋面排水构造等。（1）矢高应满足建筑使用功能和建筑造型的要求（2）矢高决定了建筑物的体量、建筑内部空间的大小，特别是对于散料仓库、体育馆等建筑。（3）矢高的确定应使结构受力合理（4）拱脚的水平推力与拱的矢高成反比。当地基及基础难以平衡拱脚的水平推力时，可通过增加拱的矢高来减小拱脚水平推力。矢高应满足屋面排水的要求（5）矢高的确定应考虑屋面做法和排水的要求。对于瓦类屋面及构件自防水屋面，要求屋面坡度较大，则矢高大。对于油毛毡屋面，为防止夏季高温时引起沥青流淌，坡度不能太大，则相应的矢高不应太大。拱轴线方程从受力的合理的角度来看，应选择合理的轴线方程，使拱轴线内只有轴力，没有弯矩。但合理拱轴线的形式不但与结构的支座约束条件有关，还与外荷载的形式有关。实际工程中长采用抛物线形，其方程为：y=4fl2x(l-x)拱身截面高度拱身截面高度可以采用等截面也可以采用变截面。变截面一般是改变的高度而使截面宽度保持不变，拱身截面的变化应根据结构的约束条件与主要荷载作用下的弯矩一致，弯矩大处的截面大些，弯矩小的地方截面小些。1.6拱式结构的布置拱式结构可以根据平面的需要而交叉布置，构成圆形平面或其他的正多边形平面。当拱从地平面开始时，拱脚处墙体构造极不方便，拱端部的建筑空间高度较小，不利于建筑内部空间的利用。1.6.1拱式结构的支撑体系拱为平面受压或受弯结构，因此必须设置横向支撑并通过檩条或大型屋面板体系来保证拱在轴线平面外的稳定。为了增强结构的纵向刚度，传递作用于山墙上的风荷载，还应设置纵向支撑与横向支撑形成整体。1.7拱结构适用范围拱结构受力比较合理，因此在大跨度的桥梁、房建、及工业厂房中应用比较广泛。2、案例分析风景桥是俄罗斯首都莫斯科克雷拉茨科耶区横跨莫斯科河的一座公路斜拉桥，全长1460.00米，其中主桥长409.50米，宽37.00米；跨河钢拱桥塔高105.00米，拱跨182.00米，斜拉索78根，拱顶下部建有圆形观景台和餐厅；桥面至水面高30米。风景桥于2007年12月建成通车。2008年11月28日俄罗斯邮政部门发行“建筑-桥梁”邮票一套，以此来纪念风景桥独到的创意与设计。这座桥的独特之处在于构思的巧妙。为了避免道路与附近的地铁、公园、抽水站等公共设施的干扰，在地形地物受限的情况下，充分利用了河道上的空间，将桥梁架设在河道中心线上，在平面上桥梁与河流重叠。利用钢架拱横向布置巧妙地将桥墩基础设置在两岸岸边，这样既能保证桥墩的生根，又能使桥下河流畅通无阻，真是巧夺天工的设计。风景桥还有一个特点就是它的斜拉索体系。桥梁主跨为等截面的钢箱梁，钢箱梁被由钢架拱上的斜拉索牵引支撑，梁塔（钢架拱）完全分离，形成全浮悬状态，在78根拉索下组成了空间曲线索面的对称性斜拉桥。这种体系如果单就主梁的全浮悬状态来说，其抗震能力是很高的，当然，全桥的抗震水平还依赖于作为斜拉桥的主塔-钢架拱的稳定能力。建成后的风景桥风景桥施工现场78根拉索下组成的斜拉曲面（三）网架结构1.1概述网架结构在最近三十年来得到了很大的发展，在国内外都得到了广泛的应用。网架结构平面布置灵活，空间造型美观，便于建筑造型外形处理和装饰装修，能适应不同跨度、不同平面形状、不同的支承条件、不同功能需要的建筑物。特别是大中跨度的屋盖结构，网架结构更现实其优越性，被大量应用于大型体育建筑、公共建筑、工业建筑中。平板网架结构的优点：（1）三向受力，轻重省材（2）整体性好，适应性强（3）无水平推力或拉力，支承构造简单（4）平面布置灵活，应用广泛（5）易于标准化生产和现场拆装（6）占用空间小，可利用上下弦间布置管线（7）造型轻巧美观，可用其中杆件拼图1.2概念由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力小、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。1.3类型1.3.1交叉桁架体系网架第一大类是由两组或三组平面桁架组成的网架结构，称之为交叉桁架体系网架。这是一种最简单的，也是最早得到采用的网架结构形式之一。它是在交叉梁的基础上发展而来和演变而来。这类网架的上、下弦杆等长。腹杆一般可设计为“拉杆体系”，即长杆（斜杆）受拉，短杆（竖杆）受压，斜杆与弦杆夹角宜在40度到60度之间。其中，竖杆为各组平面桁架所共用。这类网架常用的有2种形式。其中交叉桁架体系又分为：（1）两向网架和三向网架（2）两向正交正方网架（3）两向正交斜放网架（4）两向斜交斜放网架（5）三向交叉网架（6）单向折线形网架1.3.2三角锥体系网架第二大类适合于正方形、矩形、三角形、梯形、六边形、八边形和圆形等平面形状的建筑。其中分为：1.3.3三角锥网架（1）抽空三角锥网架（2）蜂窝形三角锥网架。1.3.4四角锥体系网架第三大类是由四角椎体组成的网架结构，有五种形式，分别是：（1）正交四角锥网架（2）正放抽空四角锥网架（3）斜放四角锥网架（4）棋盘形四角锥网架（5）星形四角锥网架1.3.5六角锥体系网架第四大类是由六角锥体（七面体）组成的网架结构，称为六角锥体系网架。它的基本单位元为6根弦杆，6根弦杆构成的六角锥体（可倒置或正置）。这类网架的一种主要形式即为六角锥网架。1.4网架结构的支承方式（1）刚性支承特点：无竖向位移，但可有水平位移。应用于：将网架直接支承在柱、墙或大刚度梁上。（2）弹性支承特点：有竖向位移。一般应用于三边支承网架中的自由边设反梁支承、桁架支承、拉索支承等。（3）周边支承网架特点：周边节点均设计为支座节点受力均匀，刚度较大。可不设桁架，用钢量较少这种结构形式应用广泛。（4）三边支承网架特点：仅在三边支承，另一边自由。应用于飞机库或制造修理车间、造船厂、影剧院或有可能扩建的建筑物、厂房变形缝处。（5）两边支承网架特点：只在其相对两边上的节点设计成支座节点，其余两边为自由边。这种结构形式应用较少。（6）点支承特点：支座点可布置在四个或多个支承柱上。承点多对称布置，并没有周边设置悬臂端，以平衡一部分跨中弯矩，减少跨中挠度。主要用于体育馆、展览厅等大跨度公共建筑。（7）周边支承与点支承相结合特点：在周边支承的基础上，在建筑内部增设中间支承节点。一般应用在大柱网工业厂房、仓库、展览厅等建筑。网架结构的受力特点及其选型。（8）周边支承网架和三边支承网架1.5受力特点正交正方交叉桁架体系网架结构可以看成是两个方向的平面桁架结构的组合，荷载沿桁架方向周边支座传递。正交斜放交叉桁架体系网架结构荷载仍沿桁架方向向支座周边传递，但由于端部桁架较短，刚度较大，致使长桁架端部产生负弯矩和支座拉拔力。两向桁架用钢量比较：正放四角锥最高，斜放四角锥最少，棋盘四角锥高于斜放四角锥，星形四角锥高于棋盘四角锥。刚度比较：周边支承的方形或矩形平面的两向正交正放、两向正交斜放、正交四角锥、正放抽空四角锥、斜放四角锥、棋盘四角锥和星形四角锥等刚度都相差不大。三向桁架用钢量比较：蜂窝形三角锥最少，其次是抽空三角锥，三向网架和三角锥网架比上面两种都大。刚度比较：蜂窝形和抽空三角锥网架较小，三向网架和三角锥网架较大。1.6结构选型正方形或接近正方形的周边支承网架应优先选用：斜放四角锥、棋盘四角锥、星形四角锥。圆形或多边形的周边支承网架，当荷载和跨度较大时，应优先选用：三向网架、三角锥网架。四点及多点支承网架受力特点：正交正放因传力路径较短而受力更佳。结构选型：点支承宜用正交正放结构形式。1.7网架结构主要几何尺寸的确定限定范围：网格尺寸，主要是指上弦网格的几何尺寸。影响因素：跨度、柱距、屋面构造、杆件材料、结构型式。截面高度截面高度对网架性能的影响：截面高，刚度大，内力小，但腹杆长度和围护高度大。影响因素：主要跨度，还有荷载大小，节点形式、平面形状、支承条件、起拱因素、建筑功能与造型等。弦杆层数需采用多层网架：屋盖跨度大于100m时、网架的整体刚度和变形难以满足要求时、工业厂房的悬挂吊车行走困难时。多层网架有点：刚度好，内力均匀、杆件短，钢材强度得到充分发挥、杆件细，球铰小，节约钢材。多层网架缺点：杆件和节点数量增多，增加了安装工作量、交汇杆件增多，杆件角度变小。克服多层网架缺点：局部单元抽空，加大中间弦杆间距。腹杆体系倾角：以45为宜。布置：布成受拉杆件比较合理。减小杆件计算长度或跨中弯矩的措施：采用再分式腹杆，但要保证其平面外稳定。悬臂长度悬臂设计范围：点支承网架宜设计悬臂端悬臂长度：一般为跨度的1/31/4。杆件设计与节点构造网架结构的杆件截面应根据强度和稳定性计算确定。为减小压杆的计算长度增加其稳定性，可采用增设再分杆及支撑杆等措施。用钢材制作的板型网架及双层壳型网架的节点，主要有十字板节点、焊接空心球节点及螺栓球节点三种形式。十字板节点适用于型钢杆件的网架结构，杆件与节点板的连接，采用焊接或高强螺栓连接。空心球节点及螺栓球节点适用于钢管杆件的网架结构。单层壳型网架的节点应能承受弯曲内力，一般情况下，节点的耗钢量占整个钢网架结构用钢量的1520%。1.8适用范围中小跨度的工业与民用建筑，大跨度的体育馆和展览馆等屋盖结构。2、案例分析A380 机库位于首都机场3 号航站楼的北侧, 其施工单位是北京建工集团, 结构设计方案由中国航空工业规划设计研究院提供。该工程总建筑面积6.4 万m2 , 局部地上3 层, 地下1 层, 由机库大厅和附楼两部分组成, 其中机库大厅跨度2m *176.3m,进深110m, 屋盖顶标高+ 39.800m。建成后可同时容纳4 架A380 空中客机或两架A380 和4 架B747大型客机, 是目前世界上最大的飞机维修库。屋盖结构为3 层焊接球型钢网架, 总面积3.9 万m2 , 总质量约为7 000t, 采用地面组拼、一次整体提升到位的施工方案, 其一次提升面积和重量均堪称世界之最。在机库建设中屋盖结构的整体提升无疑是最大的技术难点。一层平面图飞机库内部主空间为供飞机停靠的大空间，高度和跨度都比一般建筑大，而且要求内部没有柱网等障碍。立面造型飞机库整体造型为方形，立面为通透的玻璃材质。配合结构特点，整个建筑显得轻盈简洁。结构分析：屋盖结构设计是大跨度机库设计的关键，方案的制定必须要满足以下要求：根据机场空域高度的限制，机库屋顶最高点不得超过40m；屋顶结构的布置和尺寸应满足工艺使用和设置悬挂吊车的要求，屋盖结构的变形不影响悬挂吊车和机库大门的正常运行；机库能满足8度地震的抗震设防要求；同时还要考虑到屋盖结构制作、运输、吊装合理可靠，加快施工周期。根据以上原则，在经过多种方案比较之后，选用了多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构体系。结构平面和立面机库结构平面图和结构立面图如图所示，其中机库大门处网架边梁设计成一箱形的空间桁钢梁，宽9.5m，高11.5m。施工现场进行多点多面的地面拼装工作3、总结跨度大，高度高成为机库结构设计的关键；选用多层四角锥网架和栓焊钢桥相结合的空间结构体系；首都机场A380机库运用一次性整体提升技术，将平板网架结构进行组装；造型简洁轻盈；(四) 膜结构1.1概述膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，膜结构车棚是由多种高强薄膜材料及加强构件（钢架、钢柱或钢索）通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状，作为覆盖结构，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构是建筑结构中最新发展起来的一种形式，自从1970年以来， 膜结构在国外已逐渐应用于体育建筑、商场、展览中心、交通服务设施等大跨度建筑中。1.2概念膜结构，是由多种高强薄膜材料及辅助结构通过一定方式使其内部产生一定的预张应力，并形成应力控制下的某种空间形态，作为覆盖结构或建筑物主体，并具有足够的刚度以抵御外部荷载作用的一种空间结构形式。1.3类型膜结构可分为充气式膜结构、张拉式膜结构、骨架式膜结构等，另外还有一种组合式的膜结构体系。组合式膜结构通常是在自身稳定的桁架体系上划分若干个单元，每个单元上布置张拉式膜结构单元，膜单元之间在受力上基本是相互独立的，可认为是多个简单张拉式膜结构单体的物理组合，受力复杂性介于张拉式膜结构和骨架式膜结构之间。（1）充气式膜结构：气承式膜结构和气胀（囊）式膜结构。气承式膜结构通过压力控制系统向建筑物室内充气，使室内外保持一定的压力差，膜体受到上浮力，并产生一定的预张力，以保证体系的刚度。（2）气胀（囊）式膜结构是向单个（或多个）膜构件内充气，使其保持足够的内压，多个膜构件进行组合形成一定形状的整体受力体系，充气式膜结构空间密闭，配置智能和机电控制系统，靠内外气压差保持纤维膜的张力形成设计要求的曲面，室内无需任何框架或支撑，可轻松长达120米的建筑跨度。（3）张拉式膜结构：由索网结构发展而来的，通过一定的方式给膜体施加一定的预张应力，使其具有一定的形状和刚度。（4）骨架式膜结构：是指自身封闭的、稳定的骨架体系（一般是钢桁架体系、网架结构、索网结构或索穹顶结构等）与膜材料共同组成一个结构受力体系。膜结构的特点和膜材料的特征1.4膜结构的力学特点膜作为继木材、砖石、金属、混凝土之后的第五代建筑结构材料，具有显著的自身特性。第一代木材和第三代钢材拉压性能均良好，第二代砖石和第四代混凝土则只具备良好的抗压能力，作为第五代的膜材料则只能受拉，没有承压和抗弯曲能力，这是膜的最本质的特征。充气式膜结构是通过对薄膜充气，利用薄膜的内压力获得预应力。膜结构在充气后，形成一定的形状，并具有承载能力。张拉式膜结构是从帐篷结构得到启示并发展起来的，它利用桅杆、拉索等支撑结构将薄膜张挂，并利用拉索的张拉使薄膜张紧而获得预应力。薄膜在张拉后，形成一定的形状，并具有承载能力。张拉式膜结构对膜材料的强度有较高要求。骨架式膜结构以薄膜取代传统的屋盖结构，将薄膜张紧在一定弯曲形状的骨架上，通过预应力施加设备的张拉而获得预应力。薄膜的承载能力依赖于骨架支撑结构。骨架式膜结构对膜材料的强度要求不高。膜结构的工程特点（1）膜自重轻，单位面积的结构自重与造价不会随跨度的明显增加。（2）选型优美，富有时代气息，色彩丰富。（3）减少能源消耗：白天不用人工照明。结构的工程特点。（4）施工速度快：膜结构的膜和支撑系统都是批量生产、现场安装，节省了施工时间，经济效益非常明显。（5）经济效益明显：日常维护费用少。（6）使用安全可靠：抗震性能好，不易引起火灾。（7）可拆卸，易运输，可应用于巡回演出、展览等活动。（8）使用范围广。1.5膜结构的应用大型体育设施：体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、 篮球馆等。商业设施： 商场、购物中心、娱乐中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等的中厅或室内装饰。文化设施： 展览中心、展览馆、剧院、音乐厅、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊、飞机库、停车场、候机厅等。工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、公园与广场休闲区的遮阳结构、海滨娱乐休闲建筑、花园与庭院内的小品、居住小区、游乐场、步行街与城市街道小景、楼宇屋顶改造更新等。1.6膜材料的性能膜膜结构所用的膜材料为具有高强、阻燃、耐久、自洁等特性的复合材料，一般由基布和涂层两部分组成。基布主要采用高强聚酯纤维或玻璃纤维丝编织而成。涂层材料主要有聚四氟乙烯（PTEF）和聚氯乙烯（PVC）。为提高膜材料的耐久、自洁等特性，聚氯乙烯类膜材料表面往往有一层氟面层或硅面层，以加强膜材料的耐火、耐久及防水、自洁等性能。2、案例分析佐治亚体育馆的结构是一个空间桁架，其底部弦杆由环形索替代。这个屋顶为240m x 192m的椭圆形，是同类索膜结构中世界上最大的。它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维膜覆盖。屋面呈钻石状，看上去象水晶一般。整个屋顶由7.9m宽、1.5m厚的混凝土受压环固定，共52根支柱支撑着700m周长的混凝土受压环，钢焊接件被预埋进受压环内，以提供26个屋顶连接点。为了使屋顶的热膨胀不影响下部结构，受压环座落在“特氟隆”承压垫上。这样，外力作用下承压垫只能径向移动，并可将风力和地震力均匀传向基础。脊索及底部环索上的连接件均为焊接件。这些接头沟通过钢板与其他杆件连接。飞杆的底部与斜索和环索固定，飞杆的连接件做成铰接件，以使其易于安装并在不均匀承重情况下允许接头旋转。亚特兰大体育馆(佐治亚穹顶)佐治亚体育馆的结构是一个空间桁架，其底部弦杆由环形索替代。它由涂有聚四氟乙烯的玻璃纤维膜覆盖。屋面呈钻石状，看上去象水晶一般。 结构示意图二、桥梁结构与选型（一）桁架结构1.1组成钢桁架桥定义：钢桁架桥按桥面位置的不同，可分为上承式钢桁架桥和下承式钢桁架桥。（1）上承式钢桁架桥的桥面位于主桁架的上部。（2）下承式钢桁架桥的桥面位于主桁架的下部。组成：主桁架、联结系、桥面系、制动联结系、桥面、支座及桥墩等几个主要部分组成。1.2主桁架是钢桁架桥的主要承重结构，主要承受竖向荷载。主桁架由左右两幅桁架组成，每幅桁架中有上弦杆、下弦杆及腹杆等杆件。杆件交汇处称为节点，有斜杆交汇的节点称为大节点，仅有竖杆和弦杆交汇的节点，称为小节点。节点之间的距离称为节间长度，一般也是钢桁架桥面系横梁的间距及纵梁的跨度。1.3联结系有纵向联结系和横向联结系两种，其作用是联系主桁架并同主桁架一起使桥跨结构成为几何图形稳定的空间结构。纵向联结系设在主桁架的上、下弦杆平面内，分别称为上平纵联与下平纵联。纵向联结系的主要作用是承受作用于桥跨结构上的横向水平荷载，它包括作用于主桁架、桥面系、桥面和列车上的横向风力、列车摇摆力及曲线桥上的离心力。另外，纵向联结系横向支撑弦杆，减少弦杆在主桁平面外的计算长度。有纵向联结系和横向联结系两种，其作用是联系主桁架并同主桁架一起使桥跨结构成为几何图形稳定的空间结构。纵向联结系设在主桁架的上、下弦杆平面内，分别称为上平纵联与下平纵联。纵向联结系的主要作用是承受作用于桥跨结构上的横向水平荷载，它包括作用于主桁架、桥面系、桥面和列车上的横向风力、列车摇摆力及曲线桥上的离心力。另外，纵向联结系横向支撑弦杆，减少弦杆在主桁平面外的计算长度。1.4桥面系有纵向联结系和横向联结系两种，其作用是联系主桁架并同主桁架一起使桥跨结构成为几何图形稳定的空间结构。纵向联结系设在主桁架的上、下弦杆平面内，分别称为上平纵联与下平纵联。纵向联结系的主要作用是承受作用于桥跨结构上的横向水平荷载，它包括作用于主桁架、桥面系、桥面和列车上的横向风力、列车摇摆力及曲线桥上的离心力。另外，纵向联结系横向支撑弦杆，减少弦杆在主桁平面外的计算长度。1.5制动联结系或称制动撑架，它的作用是使作用于纵梁上的纵向水平制动力通过制动联结系传至主桁架，再由主桁架传给支座，从而减小纵向荷载对桥面系杆件特别是横梁的不利影响。制动联结系通常由四根短杆组成，设置在与桥面系相邻的平纵联的中部。1.6桥面下承式简支钢桁架桥通常采用明桥面，由桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓及人行道等组成。下承式简支钢桁架桥通常采用明桥面，由桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓及人行道等组成。下承式简支钢桁架桥通常采用明桥面，由桥枕、正轨、护轨、护木、钩螺栓及人行道等组成。主桁架几何因素（1）桥位所在地的水文、地质、地形条件等；（2）桥上的运输条件及对桥下净空的要求；（3）便于制造、安装和养护、构造简单、有利于设计标准化；（4）有利于节约钢材，力求经济合理；（5）美观要求。1.7主桁架的基本尺寸桁架桥的跨度从以下两个方面综合考虑：（1）桥址处的水文地质情况。（2）桥上、桥下净空的要求。（3）主桁的高度：（4）用钢量方面。（5）刚度方面。（6）容许建筑高度。节间长度：（1）中等跨度经济节间长度是68m，标准设计取8m（2）小跨度桁架桥节间长度小到4m。（3）大跨度桁架桥节间长度有大到15m。斜杆倾角：（1）合理的倾角，在有竖杆的桁架桥50度左右。（2）合理的倾角，在无竖杆的桁架桥60度左右。主桁中心距：（1）主桁中心距与桁架桥的横向刚度和稳定性有关。（2）我国桥规规定，主桁中心距不宜小于跨度的1/20。2、案例分析外白渡桥，是中国的第一座全钢结构铆接桥梁和仅存的不等高桁架结构桥，同时也是自1856年以来在苏州河河口附近同样位置落成的第四座桥梁。由于处于苏州河与黄浦江的交界处，因此成为连接黄浦与虹口的重要交通要道。现在的外白渡桥于1908年1月20日落成通车。由于其丰富的历史和独特的设计，外白渡桥成为上海的标志之一，同时也是上海的现代化和工业化的象征。1994年2月15日，上海市人民政府将外白渡桥列为优秀历史保护建筑之一。在上海这样一个日新月异的城市里，外白渡桥仍旧散发着独特的魅力。自1908年落成后，外白渡桥便是成为上海天际线的组成部分。建成后的上海白渡桥上海白渡桥施工现场（二）拱结构1.1概述拱桥是我国公路上使用广泛且历史悠久的一种桥梁结构型式，它外形宏伟壮观，且经久耐用。由力学知识知道，拱式结构在竖向荷载作用下，支撑处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。这样拱的弯距比相同跨径的梁的弯距小的多，而使整个拱主要承受压力。这样就可以充分利用抗压性能较好的的圬工材料来修建。轴曲线造型的千变万化，其中具有代表意义的是建于公元 595-605年的赵州桥。公元1188- 1192年北京宛平卢沟桥。1.2概念拱桥指的是在竖直平面内以拱作为结构主要承重构件的桥梁。在容器内的粉料层中如果形成能承受上方粉料的压力而不将此压力传递给下方的面，此面即称为拱桥。拱桥是向上凸起的曲面，其最大主应力沿拱桥曲面作用，沿拱桥垂直方向的最小主应力为零。在重力作用下进行的粉料流出过程中可能反复出现拱桥的形成和崩解过程，此种拱桥称为动拱桥。1.3类型按照拱上建筑的形式可以分为:实腹式拱桥及空腹式拱桥、组合体系式拱桥实腹式拱桥:是指拱上建筑作成实体结构，拱圈和主梁之间用石料或砌块填充的拱桥形式。按照拱轴线的型式可分为:圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥。（1）圆弧拱桥: 拱圈轴线按部分圆弧线设置的拱桥。优点构造简单，石料规格最少，备料、放样、施工都很简便;缺点是受荷时拱内压力线偏离拱轴线较大，受力不均匀。一般适用于跨度小于20m的石拱桥。（2）抛物线拱桥: 拱圈轴线按抛物线设置的拱桥，是悬链线拱桥的一种特例。优点是弯矩小，材料省，跨越能力较大;缺点是构造较复杂，如果是石拱桥则料石的规格较多，施工较不方便。（3）悬链线拱桥: 拱圈轴线按悬链线设置的拱桥。优点是受力均匀，弯矩不大，节省材料。多适用于实腹拱桥，大跨度的空腹拱桥中也常常采用这种线形布置。按照有无水平推力可分为:有推力拱桥、无推力拱桥。（1）无推力拱桥:在竖向荷载作用下拱脚对墩台无水平推力作用的拱桥。其推力由刚性梁或柔性杆件承受，属于内部超静定、外部静定的组合体系拱桥。适用于地质不良的桥位处，墩台与梁式桥基本相似，体积较大，只能做成下承式桥，建筑高度很小，桥面标高可设计的很低，降低纵坡，减小引桥长度，因此可以节约材料。但是，结构的施工比较复杂。（2）有推力拱桥:在竖向荷载作用下拱脚对墩台有水平推力作用的拱桥。水平推力可减小跨中弯矩，能建成大跨度的桥梁。造型美观，城市桥梁一般优先选用，可做成上承式、中承式桥。缺点是，对地质要求很高，为防止墩台移动或转动，墩台须设计很大，施工较麻烦。按照建筑材料的不同可分为:石拱桥、混凝土拱桥、钢拱桥。（1）石拱桥:用石料建造的拱桥，外形美观，养护简便，并可以就地取材，以减低造价。缺点是自重大，跨越能力有限，石料的开采、加工砌筑均需要较多的劳动力，且工期较长。一般用于小跨径桥梁。（2）混凝土拱桥:用混凝土建造的拱桥，包括素混凝土和钢筋混凝土两类。其优点是加工和制造较石拱桥方便，工期短;缺点是由于混凝土抗拉强度很低，故其跨越能力小，且混凝土耗费量大。一般用于小跨径桥梁。（3）钢拱桥:上部结构用钢材建造的拱桥类型。其优点是跨越能力大，且自重是三种拱桥中最轻的;缺点是结构复杂，由于三铰拱钢拱桥一般不用，所以对地基要求高，造价高，且维护费用高。适用于大跨度桥梁中。按照铰的多少可分为:两铰、三铰、无铰。（1）三铰拱:在拱冠与拱端处均设铰的拱桥，属于静定结构。优点是对混凝土收缩、徐变、温度变化，以及墩台位移不受影响，适用于地质条件差而要求修建大跨度桥的场合。缺点是结构复杂，施工麻烦，维护费用高，整体刚度差，由因三处设置铰，故对应的桥面处亦需设置构造缝;拱圈挠曲在铰处急剧变化，因而对行车不利。所以，我国仅在一些较小跨径的桥上采用。（2）两铰拱:拱圈中间无铰而两端设铰与墩台铰接的拱桥，属于外部一次超静定结构。其优点是，拱脚处不承受弯矩，较无铰拱桥可减小混凝土收缩、徐变，温度变化，以及墩台位移的影响。缺点是，构造较复杂，对应的桥面处应设置构造缝，施工亦较麻烦，对地基要求比较高，但较无铰拱对地基要求略低。（3）无铰拱:又称固端拱桥。拱圈两端嵌固在桥墩上而中间无铰的拱桥，属于外部三次超静定结构。优点是，较有铰拱桥桥内的弯矩分布合理，材料用量较省，结构刚度大，结构简单，施工方便，维护费用少，还可以将拱脚设计在洪水位以下，有利于降低桥面的设计标高，具有较好的经济与使用效益。缺点是，对混凝土收缩、徐变、温度变化，以及墩台位移最敏感，会产生附加应力，应建设在可靠的地基上。1.4拱桥特点拱桥主要优点：（1）跨越能力较大。（2）就地取材，节省大量的钢材和水泥。（3）耐久性好，养护维修费用少。（4）外形美观。（5）构造简单。拱桥主要缺点：（1）自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，对地基要求高。（2）拱桥采用支架施工，支架和其他辅助设备的费用大大增加，从而增加施工难度，提高桥的造价。施工工序多，建桥周期长。（3）拱桥水平推力较大，需要设置单向推力墩，增加了造价。（4）上承式拱桥的建筑高度较高，使两岸接线的工程量增大或增大了桥面纵坡，增加的造价又对行车不利。拱桥的主要组成拱桥由上部结构和下部结构两大部分组成。上部结构是由拱圈及其上面的拱上建筑所构成。拱圈是主要承重结构。桥面系包括行车道、人行道及两侧的栏杆或砌筑的矮墙等构造。下部结构由桥墩、桥台及基础等组成。1.5拱桥的受力特点：拱桥与梁桥不仅外形上不同,而且在受力性能上有着本质的区别。梁式桥梁在竖向荷载作用下,梁体内主要产生弯矩,且在支承处仅产生竖向支反力,而拱式桥梁在竖向荷载作用下,支承处不仅有竖向反力,还有水平推力。由于这个水平推力,使拱体内的弯矩大为减小。2、案例分析红星桥位于湖南省炎陵县至郴州市上，1967年3月动工，12月竣工，是当时亚洲最大跨度的单孔桥、亚洲第二高桥，也是湖南省第一座双曲大跨径拱桥，曾是运送战备物资的重要桥梁，扼株洲南大门咽喉，S322线从这里绕出株洲。该桥跨越深谷，桥高达65m，主拱跨径108.45m，副拱跨径分别为24.5m、9m及7m，全长155.8m，桥宽8.2m。该桥设计主拱轴线采用6次抛物线与恒载压力曲线吻合。拱上建筑24.5m的腹拱采用三铰双曲拱，左右采用8次抛物线的不对称拱线。建成后红星桥（二）悬索结构1.1概述悬索结构是以一系列受拉钢索为主要的承重构件，按一定规律布置，并悬挂在边缘构件或支撑结构上而形成的一种空间结构。悬索结构由受拉索、边缘构件、下部支承构件及拉锚组成，拉索一般由高强钢丝组成的钢绞丝、钢丝绳或钢丝束，按一定规律布置可形成各种不同的体系。边缘构件多是钢筋混凝土构件，它可以是梁、拱或桁架等结构构件，其尺寸根据所受水平力或竖向力通过计算确定。下部支承结构可以是钢筋混凝土立柱、框架结构。采用立柱支承时，有时还要采用钢揽锚拉的设施。边缘构件、下部支承构件及拉锚的布置则必须与拉索的形式相协调，以有效地承受或传递拉索的拉力。1.2概念悬索桥，又名吊桥：指的是以通过索塔悬挂并锚固于两岸（或桥两端）的缆索（或钢链）作为上部结构主要承重构件的桥梁。其缆索几何形状由力的平衡条件决定，一般接近抛物线。从缆索垂下许多吊杆，把桥面吊住，在桥面和吊杆之间常设置加劲梁，同缆索形成组合体系，以减小活载所引起的挠度变形。1.3类型按主缆的锚固形式分类（1）地锚式：主缆的拉力由桥梁端部的重力式锚碇或隧道式锚碇传递给地基。（2）自锚式：主锚拉力直接传递给它的加劲梁。按孔跨布置形式分类（1）三跨悬索桥：结构形式最为合理，是最大悬索桥最为常用的桥型。（2）单跨悬索桥：边跨地面较高，有曲线进入大桥边跨的情况。（3）两跨悬索桥：只有一岸边跨地面较高或线路有平面曲线进入。自锚式悬索桥有以下的优点：不需要修建大体积的锚碇，所以特别适用于地质条件很差的地区。因受地形限制小，可结合地形灵活布置，既可做成双塔三跨的悬索桥，也可做成单塔双跨的悬索桥。对于钢筋混凝土材料的加劲梁，由于需要承受主缆传递的压力，刚度会提高，节省了大量预应力构造及装置，同时也克服了钢在较大轴向力下容易压屈的缺点。采用混凝土材料可克服以往自锚式悬索桥用钢量大、建造和后期维护费用高的缺点，能取得很好的经济效益和社会效益。保留了传统悬索桥的外形，在中小跨径桥梁中是很有竞争力的方案。由于采用钢筋混凝土材料造价较低，结构合理，桥梁外形美观，所以不公局限于在地基很差、锚碇修建军困难的地区采用。自锚式悬索桥也不可避免地