桁架、网架结构(ppt).ppt

2010 11 18 08建筑学 1 桁架 网架结构 组长 汪斐然成员 汪斐然朱雷王鹏飞陈小勇叶健李磊 2010 11 18 08建筑学 2 第一讲 桁架结构综合概述第二讲 桁架的外形与内力的关系第三讲 屋架形式与屋架材料的关系第四讲 网架基础知识第五讲 大跨度建筑屋盖结构之网架第六讲 综合论述 结语 第七讲 批评指导 目录 2010 11 18 08建筑学 3 第一讲 桁架结构综合概述 主讲 王鹏飞 2010 11 18 08建筑学 4 桁架 桁架结构 trussstructure 中的桁架指的是桁架梁 是格构化的一种梁式结构 桁架结构常用于大跨度的厂房 展览馆 体育馆和桥梁等公共建筑中 由于大多用于建筑的屋盖结构 桁架通常也被称作屋架 2010 11 18 08建筑学 5 桁架的历史演变 只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称桁架结构 它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成的 桁架在建造木桥和屋架上最先见诸实用 古罗马人用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上部结构 发现于罗马的浮雕中 文艺复兴时期 意大利建筑师 拔拉雕palladio 也开始采用木桁架建桥出现朗式 汤式 豪式桁架 英国最早的金属桁架是在1845年建成的 适合汤式木桁架相似的格构桁架 第二年又采用了三角形的华伦式桁架 2010 11 18 08建筑学 6 主要结构特点 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 结构布置灵活 应用范围非常广 2010 11 18 08建筑学 7 桁架梁和实腹梁 即我们一般所见的梁 相比 在抗弯方面 由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端 增大了内力臂 使得以同样的材料用量 实现了更大的抗弯强度 在抗剪方面 通过合理布置腹杆 能够将剪力逐步传递给支座 这样无论是抗弯还是抗剪 桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥 从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构 2010 11 18 08建筑学 8 更重要的意义还在于 它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态 使我们能够直观地了解力的分布和传递 便于结构的变化和组合 2010 11 18 08建筑学 9 桁架种类 桁架可按不同的特征进行分类 按腹杆布置形式分 三角形腹杆系 即华伦式桁架 带竖杆的三角形腹杆系 半斜腹杆系 如k式桁架 组合腹系 亦称再分式桁架 按材料分 屋架按材料的不同可以分为木屋架 钢 木组合屋架 钢屋架 轻型钢屋架 钢筋混凝土屋架和钢 混凝土组合屋架按所受水平推力分 无推力的梁式桁架 与相应的实梁结构比较 掏空率大 上下弦杆抗弯 腹杆主要抗剪 受力合理 用材经济 有推力的拱式桁架 拱圈与拱上结构联为一体整体性好 便于施工 跨越能力强 节省钢材料 2010 11 18 08建筑学 10 根据桁架的外形分为 平行弦桁架 便于布置双层结构 利于标准化生产 但杆力分布不够均匀 折弦桁架 如抛物线形桁架梁 外形同均布荷载下简支梁的弯矩图 杆力分布均匀 材料使用经济 构造较复杂 三角形桁架 杆力分布更不均匀 构造布置困难 但斜面符合屋顶排水需要 以桁架几何组成方式分 简单桁架 由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成 联合桁架 由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成 复杂桁架 不同于前两种的其它静定桁架 2010 11 18 08建筑学 11 济南奥林匹克体育中心 济南奥林匹克体育中心 屋盖形状选用市树 柳树 造型 单片罩棚最宽20m 最长处为330m 最高点为53 32m 最大悬挑长度53 32m 结构形式为折板型空间悬挑结构 结构体系采用平面桁架结构 2010 11 18 08建筑学 12 空间桁架 平面桁架结构虽然有很好的平面力学性能 但其平面外刚度很小 为保证结构的整体性 必须设置各类支撑 支撑结构需要消耗很多材料 且常常以长细比等构造要求控制 材料强度得不到充分的发挥 空间桁架结构能很好地避免上述缺点 空间桁架的截面形式一般有矩形 倒三角形和正三角形 2010 11 18 08建筑学 13 成都国际机场空间桁架 2010 11 18 08建筑学 14 武昌新火车站武昌新火车站 2008年建成 其月台屋盖采用倒三角空间钢管桁架作为承载构件 2010 11 18 08建筑学 15 刚接桁架 一般情况下 桁架结构中杆件与杆件的连接均简化为铰接点 一方面可以简化计算 另一方面也比较符合结构的实际受力情况 但有时由于桁架结构使用功能上的要求 或由于建筑造型上的要求 桁架结构没有斜腹杆 仅有竖杆 为了保证桁架的几何不变性 桁架只能做成刚接 上海大剧院 2010 11 18 08建筑学 16 桁架结构的选型和应用 桁架结构的选型应考虑建筑的用途 建筑造型 屋面防水构造 屋架的跨度 结构材料的供应 施工技术等因素以及各种桁架的特点以及适用范围 桁架结构应做到受力合理 技术先进 经济适用 桁架结构在建筑结构中的应用非常广泛 在民用建筑 工业建筑 公共建筑 娱乐设施 施工设备 公路桥梁等都有应用 几乎涵盖了土木工程所有领域 一般常见的桁架结构有排架结构 船舶海洋平台 高层建筑和桁架桥等 2010 11 18 08建筑学 17 1 排架结构 排架结构一般指由屋架和柱组成的结构体系 常用于单层工业厂房 比起刚架结构 更适合于大跨度要求的工业建筑 排架常见的形式有单跨排架 多跨排架 等高排架 不等高排架和锯齿形排架 上海宝钢集团某车间 2010 11 18 08建筑学 18 2 高层建筑 桁架结构在高层建筑中的应用主要有两个方面 一是作为建筑结构的主要承载结构 即用桁架或密封空间桁架代替结构中的柱和梁 既有框架的作用 同时其斜腹杆还为结构提供支撑作用 保证高层结构的抗侧能力 一般用在高层 超高层 建筑中 另一方面是作为高层建筑结构的加强层或转换层 高层建筑 用巨型桁架作为转换层 2010 11 18 08建筑学 19 3 公共建筑及娱乐设施 公共建筑一般指商场 展览会议中心 体育中心 车站 航站楼等 由于桁架合理的力学行为 因此在公共建筑 特别是中 大跨度的公共建筑中常常会广泛应用 此外 桁架结构施工方便 拼接简易 施工工期短 也是它成为公共建筑选用结构的原因之一 上海浦东国际机场二期航站楼 张拉桁架 2010 11 18 08建筑学 20 4 桁架桥 桁架桥指的是以桁架作为上部结构主要承重构件的桥梁 桁架桥一般由主桥架 上下水平纵向联结系 桥门架和中间横撑架以及桥面系组成 桁架结构可以形成梁式桥 拱式桥 也可作为缆索结构支撑体系桥梁中的主梁 或加劲梁 香港海洋公园的桁架结构 2010 11 18 08建筑学 21 苏格兰福斯海湾桥 苏格兰福斯海湾桥是19世纪的工程奇迹 福斯桥主跨跨径519m 铁路高出水位47 8m 因风力过大 桥梁桁架做成向内倾斜 塔顶宽约10m 塔底宽36 6m 全桥共计3个桥塔 六个伸臂 各长206m 悬跨长107m 1882年开始建造的英国福斯海湾桥是公认的铁路桥梁史上的里程碑之一 这是一座弦杆用管形杆件的双伸臂梁铁路桥 设计者承认 这座桥的结构系统是从中国的木伸臂梁 鹊巢桥 演变而来的 2010 11 18 08建筑学 22 5 海洋平台海洋平台一般采用刚架 框架结构 也有使用桁架结构 6 施工设备在建筑工程现场 可以很容易发现桁架的存在 满堂红 脚手架 施工电梯笼 塔吊的主塔 都可以看成是桁架结构 很多重型机器的承重部分也都会采用桁架结构 塔式吊机 标准节 2010 11 18 08建筑学 23 南京奥林匹克体育中心体育馆 2010 11 18 08建筑学 24 主馆呈椭圆形 主馆建筑面积130mxl04m 高34m 主馆为钢筋混凝土框架剪力墙结构 屋面采用双曲面大跨度桁架钢结构 主桁架最大跨度104m 主桁架 侧墙桁架均为平面管桁架结构形式二桁架最大高度达6m 整个钢屋盖由20多榀主桁架 20榀侧墙桁架及横向次梁 支撑 檩条组成 总用钢量约4000t 主桁架两端定位采用焊接球固定于看台混凝土柱顶支座上 侧墙桁架定位采用落地形式 其上端与混凝土柱支座连接 下端采用焊接球与混凝土基础支座连接 2010 11 18 08建筑学 25 第二讲 桁架的外形与内力的关系 主讲 陈小勇 2010 11 18 08建筑学 26 桁架的外形与内力的关系 桁架是由构件组成的格构体系 其结点一般假定为铰接点 当荷载作用在结点上时 桁架的杆件内力与桁架的外形有着密切的关系 2010 11 18 08建筑学 27 平行弦桁架 杆件内力不均匀 弦杆内力是两端小二向中间逐渐增大 腹杆内力是两端大而向中间逐渐减小 弦杆 腹杆 压力为 拉力为 2010 11 18 08建筑学 28 天津奥体中心体育场 天津奥林匹克体育中心体育场基础为高强混凝土预应力管桩 主体为钢筋混凝土框架结构 屋顶桁架选用v字形平行弦桁架 悬挑结构 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 2010 11 18 08建筑学 29 拱形桁架 压力为 拉力为 杆件内力大致均匀 从力学角度上看 与简支梁的弯矩图相似 其形状符合受荷后的内力变化规律 所以它是结构上的较好形式 2010 11 18 08建筑学 30 北京理工大学体育馆 北京理工大学体育文化综合馆为2008年奥运会排球预赛馆 上部结构用两个立体拱架作为主受力体 拱架下悬挂倒三角形立体次桁架 其端部支承于建筑周边下部钢筋混凝土环梁上组成整个屋盖体系 主拱跨度87 3米 拱架之间用桁架联系 拱脚下部为钢筋混凝土墩 2010 11 18 08建筑学 31 体育馆主体地上二层 局部三层 地下一层 为钢筋混凝土框架 剪力墙结构 屋盖为双曲抛物面形 投影面积约6200m2 平面近似椭圆状 采用两个近似落地的空间曲线拱架作为主要承重结构 拱架之间用立体桁架联系 拱架下悬挂倒三角形立体次桁架 其端部支承于建筑周边钢筋混凝土环梁上 配以支撑体系形成体系独特的空间结构形式 主拱跨度87 3米 拱脚下部为钢筋混凝土墩 二层平台南北向长91 2米 东西向长131 2米 2010 11 18 08建筑学 32 三角形桁架 杆件内力是不均匀的 弦杆内力是两端大而中间逐渐减小 腹杆内力是两端小而向中间逐渐增大 压力为 拉力为 2010 11 18 08建筑学 33 芜湖长江大桥 芜湖长江大桥桥型为公 铁两用钢桁架梁斜拉桥 大桥采用大跨度连续钢桁梁斜拉桥式 铁路为i级 双线 公路为4车道 车行道宽18m 两侧人行道各宽1 5m 公路在上层 铁路在下层 铁路桥长10616m 公路桥长6078m 其中跨江桥长2193 7m 大桥主跨312米 2010 11 18 08建筑学 34 2010 11 18 08建筑学 35 汇丰银行是normanfoster在香港得第一件设计作品 1985年投入1985年建成的香港汇丰银行大楼 地面以下四层 基础埋深为 20m 地面以上43层 高175m 采用矩形平面 底层平面尺寸为55m 72m 建筑规划要求大楼底层为全开敞式大空间 与前面的皇后广场自然地连成一片 由于开敞底层限制了上部框架落地 最后确定采用钢结构悬挂体系 由八根 格构柱 和五层纵 横向桁架梁组成悬挂体系的主构件承担着整个大楼的全部水平荷载和竖向荷载 每根格构柱是由两个方向间距分别为48m和51m的四根圆形钢管 以及沿高度每隔39m的四根纵 横向变裁面箱形梁所组成 沿房屋的横向 构架柱的净距为11 1m 沿房屋的纵向 一对格构柱之间的净跨度为33 6m 两端悬臂长度为10 8m 各道桁架梁之间的4 7层楼板 通过吊杆悬挂在上一层的桁架梁上 香港汇丰银行大厦 2010 11 18 08建筑学 36 打落外形像一个绝大得机械人 全开放式得透视设计显示它所处的高科技时代 整个建筑物共耗资10亿美元 堪称世界最昂贵得大楼之一 采用铜量达3万吨 亦属全球罕见 2010 11 18 08建筑学 37 建筑采用钢柱结构悬挂体系 分为三段 钢柱由两层高的衔架连接于建筑的5个点上 而楼层则从衔架上开始悬挂 由底部的8层减至顶部4层 每段上升至不同高度 28层 35层及41层 交错的楼层高度使室内空间具有多种宽度及高度 花园式平台及生动活泼的东西立面 2010 11 18 08建筑学 38 2010 11 18 08建筑学 39 鸟巢 国家体育场 主桁架围绕屋盖中间的开口放射形布置 与屋面及立面的次结构一起形成了 鸟巢 的特殊建筑造型 大跨度屋盖支撑在周边的24根桁架柱之上 主桁架尽可能直通或接近直通 并在中部形成由分段直线构成的内环 2010 11 18 08建筑学 40 国家体育场主桁架共有48榀 分别由外围24榀桁架柱开始向中间延伸 在中间形成椭圆形的环 主桁架总用钢量约14000吨 桁架柱约17020吨 主桁架与桁架柱一起共同形成如图所示的主要承力体系 主桁架的轴线高度为12m 上下弦及腹杆均为箱形截面构件 国家体育场屋顶钢结构上覆盖了双层膜结构 在现场各个方位基本上都能很好地观看比赛 基本不会由于光影效果影响观看效果 2010 11 18 08建筑学 41 五棵松体育馆 金光荡漾的北京奥林匹克篮球馆 其外立面是由一块块的铝合金板 贴 成的 在 贴 前 这些金色铝板还被进行了穿孔装饰 然后经过挂扣件和结构胶扣在玻璃肋上 从而形成错落有致的整体平面 给人一种波浪荡漾的感觉 在篮球馆外立面的顶部 金色铝板被 贴 成参差不齐的锯齿状 犹如熟透的麦穗般随风荡漾 紧挨着金衣的一层是low e玻璃幕墙体系 low e玻璃又叫低辐射镀膜玻璃 因为它镀的膜层表面辐射率很低而得名 利用low e玻璃合成中空玻璃 与普通单片玻璃比较 夏季就可以节能60 以上 冬季可以节能70 以上 2010 11 18 08建筑学 42 在二层以下采用现浇钢筋混凝土框架 剪力墙结构 在二层以上至屋顶桁架的下弦这一高度范围内沿建筑周边布置了八道柱间支撑 形成现浇钢筋混凝土框架 剪力墙 钢支撑结构体系 比赛馆屋顶的轴线跨度为120 120米 屋顶结构支撑于沿建筑物周边布置的二十根柱子上 根据建筑师对屋顶结构布置的要求 采用双向正交桁架体系 为减轻结构自重 采用钢结构 屋顶采用金属屋面板 采用铰接 为使屋顶结构体系的受力更加合理 将两个方向的桁架均做成变高度的形式 位于跨中部位的桁架高度为9 3米 支座处的桁架高度为6 3米 2010 11 18 08建筑学 43 第三讲 屋架形式与屋架材料的关系 主讲 叶健 2010 11 18 08建筑学 44 屋架形式与屋架材料的关系 用于房屋上的桁架常称为屋架 屋架型式的选择一般与建筑物的使用要求 跨度和荷载大小以及材料供应和施工技术水平等因素有关 选择屋架型式的一般原则是适用 经济 美观和制造简单 由于每种材料的力学性质各不相同 所以不同材料制造的屋架 其型式也各不一样 中国传统建筑木屋架 2010 11 18 08建筑学 45 木屋架的典型型式 豪式屋架 howetruss 木屋架的特点 屋架的节间大小均匀 屋架的杆件内力不致突变太大 因木材强度较低 这对采用木料作杆件提供有利条件 腹杆长度与杆件内力的变化相一致 两者协调而不矛盾 木屋架的节点采用齿联结 由于节点上相交杆件不多 为齿联结提供可能性 2010 11 18 08建筑学 46 豪式木屋架的适用跨度为9 21m 最经济跨度为9 15m 节间数目要考虑节间长度适中 一般应控制在1 5 2 5m之间 四节间 跨度6 9m 八节间 跨度12 15m 六节间 跨度9 12m 跨度在15m以上时 由于竖腹杆拉力较大 常采用竖杆为钢杆 其余杆件为木的钢 木组合屋架 2010 11 18 08建筑学 47 列治文速滑馆 整个场馆的屋顶都运用新型的木屋架技术 成为北美地区跨度最大的木屋架场馆 2010 11 18 08建筑学 48 钢屋架的典型型式 苏克式钢屋架 finktruss 钢屋架的特点 因钢材是一种柔性材料 抗弯性能比较差 而上弦是受弯构件 为了适应这个弱点 将上弦分成左右两个小桁架 下弦中段虽然较长 但因下弦内力是受拉 钢材抗拉最适宜 所以这段杆件虽长而无害处 由于钢材是贵重材料 故主要用于大跨度情况 一般适用跨度为36m以上 2010 11 18 08建筑学 49 中国国家体育馆 整个体育馆钢屋架工程由14榀桁架组成 总用钢量达2800吨钢屋架形状呈扇形波浪曲线 是目前国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系 2010 11 18 08建筑学 50 适用于12 18m 适用于18 36m 设计钢筋混凝土屋架时 为了结点构造简单 要求每个结点上相交的杆件数目不多于5根 而且腹杆与弦杆的交角不小于30 常用钢筋混凝土屋架型式及适用跨度 钢筋混凝土屋架 钢筋混凝土的各种受力强度都较高 是制造房屋的理想材料 所以其屋架无固定形式 只要受力合理 节省材料 构造简单 施工方便即可 2010 11 18 08建筑学 51 钢筋混凝土屋架 2010 11 18 08建筑学 52 屋架选型的一般原则 1 建筑跨度在36m以上时 宜选用钢屋架 但在有侵蚀介质 如酸 碱性物质 的厂房则不宜采用钢结构 2 为节约钢材 跨度在36m以下时 宜选用预应力钢筋混凝土钢架 跨度在18 24m之间 又无预应力条件时 亦可选用普通钢筋混凝土屋架 但在有振动 侵蚀性介质或高温车间 最好选用预应力钢筋混凝土屋架 因为下弦施加预应力后 可以提高结构的抗裂性 防止钢筋受腐蚀 3 建筑跨度在18m以下时 可选用钢筋混凝土组合屋架 这种屋架技术经济指标较好 也不需要较大的起重设备 由于它的下弦刚度较差 不宜用于振动较大 如吊车起重量超过10t 的厂房 4 房屋内部以及所在地区的相对湿度大于75 通风不良者 或者有侵蚀性介质的建筑 则不宜选用木屋架和钢屋架 2010 11 18 08建筑学 53 2006年德国世界杯体育场体育场的屋顶有16根桅杆支撑起来的放射状钢管桁架组成 2010 11 18 08建筑学 54 2006年德国世界杯体育场内部 2010 11 18 08建筑学 55 2010年上海世博会主题馆 2010 11 18 08建筑学 56 主题馆定义 主题馆是向观众解读主旨立意的主要场馆 上海世博会共设立5个主题馆 分别建于浦江两岸的b d e片区 这些主题馆将围绕 城市人 城市 城市星球 足迹 和 梦想 这5个关键词来展示世博会的总主题 城市 让生活更美好 2010 11 18 08建筑学 57 展馆介绍 在世博轴西侧的b片区 紧邻轨道交通8号线浦东周家渡站 占地约11 5公顷 总建筑面积约12 9万平米 地上8万平米 地下4 9万平米 建筑高度约27 7米 造型围绕 里弄 老虎窗 的构思 运用 折纸 手法 形成二维平面到三维空间的立体建构 而屋顶则模仿了 老虎窗 正面开 背面斜坡的特点 颇显上海传统石库门建筑的魅力 2010 11 18 08建筑学 58 历史沿革 2007年11月10日开工 由上海世博 集团 有限公司负责建设 2009年9月30日竣工 作为上海世博会的永久性场馆之一 2010 11 18 08建筑学 59 主题馆各个面效果图 2010 11 18 08建筑学 60 馆舍特点 1 双向大跨度亚洲最大大跨度双弦张拉桁架 为亚洲最大的无柱展馆 西展厅南北跨180米 东西跨126米 为矩形超大跨度无柱空间 相当于3个标准足球场大小 2 5万平米 14米净高的无柱空间 既符合了世博会的布展要求 也有利于世博会后举办各类展览和活动 西展厅屋面采用了张弦桁架结构 共9榀 跨度为126米 间距18米 上弦为三角管桁架 下弦索采用两根高强钢丝束索 如此大跨度的双弦张拉桁架 目前在中国国内最大 2010 11 18 08建筑学 61 2 单体太阳能屋面国内最大主题馆屋面大面积铺设太阳能板 采用并网发电运行方式 将太阳能发电传回城市电网中 太阳能总发电量2 57兆瓦 为目前世界上最大的单体面积太阳能屋面 太阳能板面积达3万平方米 年发电量可达250万度 每年减少co2排放量约2500吨 也是目前太阳能覆盖率最高的单体建筑 2010 11 18 08建筑学 62 3 生态绿墙世界最大主题馆东西立面设置垂直生态绿化墙面 面积达5000平米 为目前世界最大的生态墙 日本爱知世博会生态墙面积约2500平方米 利用绿化隔热外墙在夏季阻隔辐射 并使外墙表面附近的空气温度降低 降低传导 冬季不影响墙面得到太阳辐射热 形成保温层 使风速降低 延长外墙的使用寿命 2010 11 18 08建筑学 63 主题馆土建施工的三大特色 一 钢管桁架安装采用了机器人本工程地面以上均为钢结构 要在3个半月内完成总投影面积达6 2万m2 总重量达1 7万吨的钢结构 按常规的施工方法目前还无法完成 主题馆考虑到东展厅为管桁架结构 共11榀 在园区内首次采用了机器人滑移安装技术 滑移距离达180米 在全国名列前茅 标志着我国在大跨度钢结构机器人滑移施工技术方面达到国际先进水平 2010 11 18 08建筑学 64 二 由南向北立体交叉施工方案主题馆采用了由南向北立体交叉施工方案 地下基坑开挖与地面钢结构施工交叉进行 部分地下室顶板完工后可为钢结构施工提供作业面 缩短施工工期约6个月 2010 11 18 08建筑学 65 三 超大基坑采用无支撑技术本工程东展厅地下室占地面积约4 2万m2 基坑长290m 宽200m 挖深约10 2m 总出土方量约62万m3 如此大体量的施工量 按照常规施工方法 需在1年左右才能完成地下室结构的施工 结合本工程工期极为紧张的情况综合分析各种影响因素 采用两级放坡 重力坝的无支撑基坑围护形式 避免了因多次换撑而造成的工期影响 使整个绝对工期提前了约2 3个月 从经济方面分析 由于省却了大量支撑所耗用的造价 围护结构造价比其它带撑围护结构形式大大降低 2010 11 18 08建筑学 66 主题馆屋面工程概况 上海2010年世博会主题馆屋面是由18榀主桁架组成的巨大屋面 主桁架和主题馆柱子通过发散的支撑连接 我们称其为v形支撑 简称v形撑 整个屋面有45组这种支撑 高度为3m 宽度为3m 长度为6m 重量共计130t v形撑如图2所示 下端有一个支座 支座直接坐在钢柱的顶端 和柱顶板直接焊接 支座上焊接4个或6个不等的钢管 钢管直径在300 400mm 从下到上发散开来 像一个v形 用以支撑整个屋面主桁架的下弦主杆 v形撑的加工涉及到空间三维尺寸的定位以及焊接变形的控制 2010 11 18 08建筑学 67 2010 11 18 08建筑学 68 2010 11 18 08建筑学 69 网架 武汉火车站 2010 11 18 08建筑学 70 第四讲 网架基础知识 主讲 李磊 2010 11 18 08建筑学 71 采用斜交叉网格结构的高层建筑英国 伦敦巨蛋 卵形大厦印度 2010 11 18 08建筑学 72 大分体育场 2010 11 18 08建筑学 73 内部结构 2010 11 18 08建筑学 74 从基础理论起步梁 桁架 网架一维二维三维 跨度太小截面尺寸大自重大 单向受力跨度还不够大浪费钢材 2010 11 18 08建筑学 75 梁 桁架 网架 定义是由很多杆件从两个方向或几个方向有规律地组成的高次超静定空间结构 它改变了一般平面桁架受力体系 能承受来自各方向的荷载 2010 11 18 08建筑学 76 网架结构的分类 曲面网架 即网壳 平面网架 也称平板网架 2010 11 18 08建筑学 77 平行网架的结构形式 结构种类很多 且在不断发展创新 目前主要有15种 按起组成单元 分四大类第一类由平面桁架系组成的网架结构第二类由四角锥体组成的网架结构第三类由三角锥体组成的网架结构第四类由六角锥体组成的网架结构 2010 11 18 08建筑学 78 第一类由平面桁架系组成的网架结构由平面桁架发展演变而来基本单元 网片单元组成 一根上弦杆 一根下弦杆 一根斜杆及两根竖杆1 两向正交正放网架2 两向正交斜放网架3 两向斜交斜放网架4 三向网架 a两向正交正放网架b两向正交斜放网架c两向斜交斜放网架d三向网架e网片 三向网架 2010 11 18 08建筑学 79 第二类由四角锥体组成的网架结构a 正放四角锥网架e 星形四角锥网架b 正方抽空四角锥网架f 单向折线形网架c 斜放四角锥网架g 四角锥体d 棋盘形四角锥网架h 星形单元体 2010 11 18 08建筑学 80 第三类由三角锥体组成的网架结构 a三角锥网架d蜂窝形三角锥网架b抽空三角锥网架i型e三角锥体c抽空三角锥网架 型 2010 11 18 08建筑学 81 第四类由六角锥体组成的网架结构 a六角锥网架b六角锥体 2010 11 18 08建筑学 82 特雷西塔海滩及特内里费海滨旅馆 单层网架 2010 11 18 08建筑学 83 模型 效果 2010 11 18 08建筑学 84 网架的杆件与节点 一杆件钢管 角钢 a 钢管比角钢受力更优 与结点连接更易 节省钢用量b 杆件用 16锰薄壁钢管 比较合理 2010 11 18 08建筑学 85 网架的结点角钢 螺栓连接 焊接钢管 螺栓球连接 焊接球连接 结点板焊接结点 相贯连接 2010 11 18 08建筑学 86 2010 11 18 08建筑学 87 网架安装方法之一 2010 11 18 08建筑学 88 2010 11 18 08建筑学 89 网架的支承方式 2010 11 18 08建筑学 90 网架的屋面材料与屋面坡度屋面材料 钢檩 木椽 望板 油毡和铝板等 或采用钢丝网水泥板屋面坡度 1 平缓 2 5 2 起坡方法 a 网架本身起拱b 焊短钢杆撑高c 柱加高 2010 11 18 08建筑学 91 第五讲 大跨度建筑屋盖结构之网架 实例讲解 主讲 朱雷 2010 11 18 08建筑学 92 一 网架结构的特点 1 网架结构的刚度大 整体性好 抗震能力强 网架结构是由很多杆件从两个方向或几个方向有规律地组成的高次超静定空间结构 由于杆件之间的相互支持作用 它改变了平面桁架受力体系 能承受来自各方的荷载 其刚度大 整体性好 抗震能力强 而且能够承受由于地基不均匀沉降所带来的不利影响 能自动调节杆件内力 保持结构安全 2 网架结构的自重轻 节约钢材 钢管网架用钢量一般为20kg m2左右 而跨度在100m左右的网架用钢量的为65kg m2 当然随着选材的不同 即使百米跨度的网架结构用料量也可以大幅度降低 以上海浦东游泳馆为例 屋面呈贝壳流线型其屋顶网架采用铝钛合金制作 它的用材量为24kg m2 仅为普通网架结构材料的1 3重 相应也减轻了屋面荷载 精伦电子网架的用钢为24 27kg m2 2010 11 18 08建筑学 93 3 网架结构适应于各种平面形式的建筑 网架结构的适应性大 既适用于中小跨度的建筑 也适用于大跨度的房屋 从建筑物平面形式来说 它适于矩形 圆形 扇形及各种多边形的平面建筑形式 精伦电子综合大楼的网架一个为心形 一个为扇形 4 网架结构取材方便 网架结构一般取材于q235或mn钢 杆件截面形式多采用钢管或型钢 有钢板节点网架 螺杆球节点网架 支座节点网架 焊接球节点网架 5 网架结构适宜于工厂化生产 由于网架结构的杆件或部件规格划一 适应工厂化生产 从而为加快工程进度 提供了有利条件和保证 6 网架结构安装为高空作业 其工艺复杂 网架结构跨度大 体积大 杆件连接和安装的工艺复杂 系高空作业 其技术要求高 质量要求严 2010 11 18 08建筑学 94 二 必须面对的问题 1 网架结构的设计技术参数与工程实际应相符合 在网架工程中 主体结构大都是由建筑设计院完成 在施工图中作了网架平面及支座的结构设计 而网架结构设计则是由网架专业设计院设计 网架结构的设计技术参数有屋面荷载 基本雪压 基本风压 屋面检修荷载 吊顶荷载 网架自重及地震作用等 同时强调 荷载必须作用在节点球上 杆件不承受横向荷载 不经原设计核对吊顶荷载不得任意增加 据此 网架结构未经设计核准 不得增加荷载 然而 在实际工作中 却忽视了空调机 风管 空调水 消防等设施引起的荷载 工程对象不一 有所区别 等到网架安装时 或是设备 装修施工时 问题充分暴露出来 设备安装 吊顶装修不得不屈同网架结构 给室内装修空间利用带来褚多麻烦 2010 11 18 08建筑学 95 2 网架结构的室内精装修方案应先于网架结构设计 在实际工作中 网架结构的室内精装方案是建筑设计院做的初步方案 在实施前 建设方要请装修设计单位做精装修方案 前者方案与后者方案变化的差别是很悬殊的 前者部分体现建设方意见 原则是体现技术标准与规范要求 加上甲方的基本要求 后者在前者基础上有很大改动 充分体现了使用方的要求 无论是造型 布局 用料者渗透了建设单位的具体意见和决定 此时就产生一些网架结构设计未考虑荷载 实施时必然产生设计与装修的矛盾 同时造成精装修屈同于网架结构设计 使精装修难易实现预定目标 2010 11 18 08建筑学 96 3 网架结构的安装方法应体现在合同中网架结构的设计是专业设计院 安装施工也是专业的施工队伍 在签订安装合同时 甲方很少让监理介入 因此 安装方法在合同中往往留下伏笔 当进现场作业时 碰到的第一个问题是施工组织设计 涉及到的重要问题之一是安装方法的采用 转一个弯也就涉及到费用问题 到了此时 甲方不得不让步于安装单位 增加不必增加的费用 来保证网架的安装进度 且给协调工作增加了难点 2010 11 18 08建筑学 97 三 几个问题的对应措施 1 认真阅读和熟悉与网架结构相关连的图纸 对网架结构设计未考虑的荷载进行分析整理 并将意见转达建设单位和网架设计单位 使得网架结构设计技术参数与工程实际相符合 2 建议建设单位对网架结构部位的精装修图纸应先于网架结构设计 这样就提前理清出精装修对网架结构设计的要求 使得网架结构设计技术参数与精装要求相匹配 从而保证了精装修的施工质量与工程进度 2010 11 18 08建筑学 98 3 争取参与建设单位与网架结构安装单位的合同会谈 或是其合同初稿阶段争取监理介入 这样就能消除合同中存在的问题 明确网架安装方法 避免进场后产生附加其条件 也有利于监理的协调组织工作 总之 网架结构的设计制造与安装是一个系统工程 除按技术标准和规范严格执行外 监理必须认真面对以上问题 且合理妥善的解决以上问题 监理要做好以上工作确是很困难 首先要克服甲方阻力 还要做好耐心细致的技术和协调工作 只有做好了工作 才能使网架结构设计与施工做到技术先进 经济合理 安全适用 确保质量 2010 11 18 08建筑学 99 国家体育馆 2010 11 18 08建筑学 100 康晓力 国家体育馆主设计师 国家体育馆由体育馆主题建筑和一个与之紧密相邻的热身馆以及相应的室外环境组成 赛事可容纳观众约 万人 室外绿化及道路面积约 万平方米 国家体育馆的设计单位是北京市建筑设计研究院 其屋顶的曲面近似扇形如行云流水般飘逸又富于动感 四周竖向分部的钢骨架与大面积晶莹剔透的玻璃幕墙相映衬 犹如一把张开的中国折扇 彰显出中国文化的内涵 而这种波浪造型的设计更巧妙地连接了与之南北相应的平顶造型 水立方 和单曲面造型的国家会议中心 使得奥林匹克公园内的城市景观达到协调统一 2010 11 18 08建筑学 101 国家体育馆 位于奥运中心区西侧的国家体育馆 设奥运期间将进行体操 蹦床 手球和轮椅篮球比赛 与雄浑的鸟巢和灵秀的水立方相比 国家体育馆自有一番独特的中国韵致 既似一把展开的中国折扇 又宛如动感起伏的飘带 尽情展现运动概念与中国元素 走进国家体育馆 一系列精品工艺 人性化设计和环保措施 无不彰显出奥运场馆所蕴涵的三大理念 国家体育馆拥有目前国内最大的跨度记录 其钢屋架结构为单曲面 双向预应力张弦桁架 设计施工方采用一种称之为 地面分段组装 高空整榀拼装 横向同步累计滑移 分步对称张拉 的新工艺 比传统工法节约了一半的钢材用量 2010 11 18 08建筑学 102 同期 这种工艺 让我充分的 把一些其它非关键线路的工作 都能穿插进入 比如说我们的看台板 就是在整个钢屋架的累计滑移过程当中施工的 这样也大大缩减了工期 正文 节能环保理念贯穿于国家体育馆建设的各个环节 地下3 3万吨废弃钢渣的再利用解决了抗浮问题 屋顶的光伏发电系统将节约大量电能 外墙保温技术减少了体育馆内部热量的损耗 地热能利用技术的运用为体育馆提供了四季生活热水 与此同时 人性化的设计也让国家体育馆在使用上更加亲近观众 其观众席与比赛区置于同一平层 避免了观众在二层观赛引起的不便 场馆入口由外至内的渐进缓坡 不仅方便观众进入 更给观众一种舒适便利的亲和感 同期 通过室外场地上半层和下半层的处理 使观众和竞赛的人员 都可以不用爬一整层或下一整层到达他们所需要的场地 这个是在其他场馆基本上是没有看到的 正文 从设计伊始到完工交付 从主题概念到创新科技 从建筑结构到内外装修 国家体育馆一切成果都是中国人自主智慧的结晶 同期 国 字号工程 中国人自己设计 自己制造各种设备 自己进行施工 自己监理 2010 11 18 08建筑学 103 2010 11 18 08建筑学 104 设计灵感源于中国折扇国家体育馆国位于奥林匹克公园中心区的南部 与 鸟巢 和 水立方 和国家会议中心比邻而居 国家体育馆由主体建筑和与之相连的热身馆以及室外环境组成 赛时可容纳观众约1 8万人 由于比赛场馆和场馆对空间高度的要求不同 国家体育馆以中国 折扇 为设计灵感 采取由南向北的波浪式造型 屋面轻盈而富于动感 这种波浪造型也巧妙地连接了与之南北相应的平顶造型 水立方 和单曲面造型的国家会议中心 使得奥林匹克公园内的城市景观达到协调统一 2010 11 18 08建筑学 105 型钢混凝土框架 钢支撑和钢筋混凝土框架剪力墙混合结构体系 比赛馆平面尺寸为114m 144 5m 地下1层 地上4层 其中层2 4含有看台 热身馆平面尺寸为51m 63m 主要为一层空间 局部两层 2010 11 18 08建筑学 106 型钢混凝土梁 柱节点区因钢支撑的斜交产生的三向交叉复杂节点而设计节点构造 灰色主体内部 2010 11 18 08建筑学 107 9个 机器人 滑移钢屋架 波浪式造型的屋面轻盈而富于动感 虽然赋予了国家体育馆灵动之美 但也为施工带来了困难 国家体育馆钢屋架南北长144米 东西宽114米 整个体育馆钢屋架工程由14榀桁架组成 总用钢量达2800吨 钢屋架形状呈扇形波浪曲线 是目前国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系 为了给国家体育馆屋顶架上钢屋架 施工技术人员首次采用了9个 机器人 进行的滑移施工技术 施工人员先对钢屋架在地面进行组装 然后把组装好的每部分钢屋架吊上屋顶进行拼装 并严格控制钢屋架焊接点位置 安装在钢屋架与轨道之间的9个 机器人 用一台电脑进行控制 统一编成行进程序 控制滑移的时间和行程 滑移过程中 机器人 在液压作用下一张一弛 就好比蜗牛背着大贝壳行走一样 背着几百吨钢屋架行走到设定位置 2010 11 18 08建筑学 108 大跨度空间结构技术促进奥运建筑的发展 对于这些丰富多彩的百年奥运建筑来说 没有一种技术能像大跨度空间结构技术对它们产生更大的促进作用了 而奥运建筑也为大跨度空间结构技术提供了精美的展示舞台和实践机会 因为最先进的大跨度空间结构技术往往首先运用于奥运会 综观奥运近50余年的发展历史 大跨度空间结构技术一直居于核心地位 如奥运历史上著名的罗马大小体育馆 1960年意大利罗马奥运会 均采用了装配现浇式钢筋混凝土薄壳结构 莫斯科中央红军之家综合体育馆 1980年莫斯科奥运会 采用了空间桁架网架结构 东京代代木国立体育中心 1964年东京奥运会 采用了张拉结构 巴塞罗那圣乔地体育馆 1992年巴塞罗那奥运会 采用了网壳结构 等等 2010 11 18 08建筑学 109 大跨度空间结构国家体育馆堪称 老大 当现代奥运会走进具有悠久历史灿烂文化的中国时 国家体育馆奉献了目前国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系 跨度最大的双向张弦钢桁架结构 国家体育馆钢屋架南北长144米 东西宽114米 整个体育馆钢屋架工程由14榀桁架组成 总用钢量达2800吨 钢屋架形状呈扇形波浪曲线 是目前国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系 但表面上看去 却轻盈而富于动感 赋予了国家体育馆灵动之美 据国家体育馆业主单位国奥投资发展有限公司副总经理沈永山介绍 这是目前国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系 它满足了结构设计的三个要素 1 结合建筑设计的美观要求 2 承载方式安全可靠 3 结构受力体系简洁合理且造价低廉 沈永山说 设计时充分考虑施工的要求 由于结构复杂 技术难度大 钢屋架安装采用纵向张拉后携带双向索进行整体滑移安装技术 高效的 节省工期的施工方法 使屋顶的钢结构一次成型 填补了国内空白 在施工中也采用了由第三方对主要受力杠杆 支撑架系统 所有焊缝进行监测 布置和安装健康监测点 提高整个工程在施工过程中的安全性 2010 11 18 08建筑学 110 为了给国家体育馆屋顶架上钢屋架 施工技术人员首次采用了9个 机器人 进行的滑移施工技术 施工人员先对钢屋架在地面进行组装 然后把组装好的每部分钢屋架吊上屋顶进行拼装 并严格控制钢屋架焊接点位置 安装在钢屋架与轨道之间的9个 机器人 用一台电脑进行控制 统一编成行进程序 控制滑移的时间和行程 滑移过程中 机器人 在液压作用下一张一弛 就好比蜗牛背着大贝壳行走一样 背着几百吨钢屋架行走到设定位置 2010 11 18 08建筑学 111 悉尼超级穹顶体育馆 2010 11 18 08建筑学 112 建筑外形呈鼓状 由24根钢柱支撑着的放射状网架结构形成了遮盖赛场的轻型屋盖体系 为使其尺度不至于过大 他们在两侧设置了环抱体育场的轻质廊道 这就给这个大尺度的表皮添上了一些人性化的细部 2010 11 18 08建筑学 113 竣工时间 1999年7月地点 澳大利亚 悉面积 70420平方米尼 2010 11 18 08建筑学 114 武汉火车站 2010 11 18 08建筑学 115 简介 未来武汉火车站如果说过去建火车站强调规模和硬件 新火车站则注入文化 和谐和人本的设计理念 充分考虑与自然和谐共处 与社会环境协调发展 与路网相统一 与其他交通工具有机衔接 铁四院武汉站站房总体设计负责人刘云强称 整体造型凸显地域特色 黄鹤一去不复返 白云千载空悠悠 唐朝诗人崔颢的诗 使 白云黄鹤 成为人们对江城的印象 武汉站则充分体现了这种人文和地域文化特色 刘云强介绍 武汉站整体的 千年鹤归 造型凸显湖北特色 寓意充满灵性的千年黄鹤 惊叹家乡变化翩然而归 建筑中部突出的60米高大屋顶 预示着武汉是湖北也是中部省份崛起的关键地点 九片屋檐同心排列 又象征着武汉九省通衢的重要地理位置 进站模式中西合璧我国现有火车站进站模式均为等候式 国外火车站则是通过式 即到即走 武汉火车站首创等候式和通过式相结合的流线模式 采取 高架候车 上进下出 的方式 旅客可选择进候车室候车进站 也可直接由绿色通道进站 转乘地铁不用出站武汉站将形成铁路与城市公交 地铁的无缝连接 给乘客提供最大方便 2010 11 18 08建筑学 116 武汉站整体的 千年鹤归 造型凸显湖北特色 寓意充满灵性的千年黄鹤 惊叹家乡变化翩然而归 建筑中部突出的60米高大屋顶 预示着武汉是湖北也是中部省份崛起的关键地点 九片屋檐同心排列 又象征着武汉九省通衢的重要地理位置 武汉火车站建于青山与洪山交界的杨春湖 总建筑面积37万余平米 站房建筑面积11 46万平米 是汉口火车站的5倍 共有16条到发线 指车站线路中能办理列车到达和出发使用的线路 和11座站台 新火车站建成后 将主要承担京广客运专线列车 沪汉蓉快速通道 麻城方向 部分列车 沪汉蓉快速通道与长沙方向列车 及郑州九江方向普通客车的运营 据介绍 按铁道部要求 该火车站设计百年不落伍 采用高架候车厅结构 分高架层 站台层 地面层 站内采用无台柱雨棚 站前有面积1 33万平米的高架人行平台 旅客在该高架平台上即可完成与地铁 出租车 汽车等无缝对接换乘 据悉 铁道部已把武汉 定格 为全国客货运枢纽中心 今后5年 将投资351 53亿元 把武汉建成我国铁路四大枢纽之一 另三个为北京 上海 广州 六大客运中心之一 四大机车客车检修基地之一 武汉火车站的动工 将使武汉成为我国同时拥有三大客运车站的三大城市之一 另两个是广州和上海 2010 11 18 08建筑学 117 武汉火车站 人文色彩 武汉火车站和前三个站相比 武汉火车站强烈的人本特色和地域文化特点突出 其周边将崛起一座城市副中心 为保护东湖易址多花10亿元武汉站选址花了一年时间 一度曾选址落步咀 因为落步咀的地势比杨春湖高 可直接在上面做路基工程 但选址落步咀铁路线须穿越东湖风景区 对东湖造成影响 2010 11 18 08建筑学 118 施工图片 2010 11 18 08建筑学 119 2010 11 18 08建筑学 120 2010 11 18 08建筑学 121 大英博物馆大庭院 2010 11 18 08建筑学 122 改建后的大庭院占地约8100平方米 其玻璃屋顶由3312块玻璃拼成 可充分利用自然光 被誉为欧洲最大的 非露天广场 大庭院内世界著名的圆形阅览室经修复已恢复原貌 将与大庭院同时开放 2010 11 18 08建筑学 123 多伦多汤姆逊音乐厅 2010 11 18 08建筑学 124 主体钢筋混凝土网架结构 外面又镶嵌了一层褐色玻璃的钢网架 2010 11 18 08建筑学 125 内部 音乐厅还有一个非常别出心裁的设计 那就是庭园内的一个约3 3m深的大喷水池 当池内的水被排干时 它就成了一个室外音乐厅场所 包括乐池和观众席 可以供夏季在室外举行音乐会用 观众和演员都可以从休息厅经扶梯下到这个池内 2010 11 18 08建筑学 126 黄山体育馆中大跨度屋面网架 黄山体育馆建筑总面积11830平方米 平面布置为椭圆形 主体为五层钢筋混凝土框架结构 层面采用大跨度空间异型网架 最大跨度为91 76米 全高23 5米 外形运用各种曲面组合 该馆按国际体育比赛标准设计 是一座集体育比赛 文艺汇演 商贸活动 大型集会 休闲健身于一体的多功能体育馆 经过两年来的使用 该馆各项主要技术指标达到使用要求 受到了用户好评 并于2001年获铁道部优质工程一等奖 成为黄山市标志性建筑 为美丽的黄山增添了一道亮丽的景观 2010 11 18 08建筑学 127 上海国际体操中心采用铝合金网壳结构 2010 11 18 08建筑学 128 其建筑外型和结构特点是 体操馆建筑外型呈扁球体 球体外立面镶以亚光银灰铝板 再配以蓝色环型窗带和建筑物融为一体 形成玉盘托明珠的建筑风格 是与东方明珠东西呼应的两颗璀璨明珠 主馆直径82米 高3