建筑结构及选型

1、第1章 梁和悬挑结构梁的形式材料分类：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土梁、钢钢筋混凝土组合梁。钢筋混凝土梁是目前应用最广的梁，钢筋与混凝土共同工作使其有耐久、耐火及经济。但挠度及变形约束了跨度。梁截面形式分类：矩形、T形、工字型、十字形等。梁按支座约束条件分类：静定与超静定、单跨与多跨、简支与悬臂。悬挑结构悬挑结构的形式材料：钢筋混凝土、钢材形式：阳台、屋盖、房屋。第2章 桁架结构桁架结构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，桁架通产也被称为屋架。桁架结构的受力特点由简支梁发展成为桁架

2、桁架的实质是利用构件的截面几何特征的有利因素（增大惯性矩、抵抗矩的同时，减少构件的截面面积），达到减轻结构自重的效果。桁架结构的组成：弦杆（上弦杆、下弦杆）、腹杆（斜杆、竖杆）*经抽象简化后，杆轴交于一点，且“只受节点荷载作用的直杆、铰结体系”的工程结构。*特性：只有轴力，而没有弯矩和剪力。轴力又称为主内力。*整个结构对支座没有横向推力。桁架结构的特点桁架的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。桁架梁和实腹梁想比，在抗弯方面，由于将受拉与受

3、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总建筑屋盖结构。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。空间（二维）桁架所有组成桁架的杆件以及荷载的作用都在同一平面内。空间（三维）桁架组成桁架的杆件不都在同一平面内。桁架结构的计算假定（1） 组成桁架的所有杆件都是直杆，所有各杆的中心线都在同一平面内。（2） 桁

4、架的杆件与杆件连接节点均视为铰接节点。（3） 所有外力（包括荷载及支座反力）都作用在桁架的中心平面内，并集中总用在节点上。桁架结构的内力：桁架的整体为格构式的受弯构件。（1） 弦杆的内力：上弦杆受压，下弦杆受拉。（2） 腹杆的内力：竖腹杆和斜腹杆。桁架杆件的内力桁架杆件的内力分布与桁架几何形状有关：（1） 平行弦桁架：弦杆内力两端小中间逐渐增大、腹杆内力由中间向两端增大。（2） 三角形桁架：弦杆内力由中间向两端逐渐增大，腹杆内力由两端向中间增大。（3） 折线形桁架：杆件内力分布均匀。木屋架木屋架可形成三角形屋架，有两坡式和四坡式的坡屋顶，建筑造型美观。钢木屋架钢木屋架是指受压杆件如上弦杆及斜杆

5、均采用木材制作，受拉杆件如下弦杆及拉杆均采用钢材制作。拉杆一般用圆钢材料，下弦杆可以采用圆钢或型钢材料的屋架。钢屋架屋架的分类：屋架的外形通常有三角形、梯形、多边形等。按杆件的布置分类：豪式、芬克式、再分式。按外形分类：平行弦桁架、三角形桁架、抛物线桁架、梯形桁架、下折式。轻钢屋架结构形式主要有：三角形、三铰拱、梭形屋架。轻型钢屋架的上弦一般用小角钢，下弦和腹杆可用小角钢、圆钢、薄壁型钢或钢杆。三铰拱屋架：杆系承压较弱，整体刚度差，适用于跨度不大于18米屋架。梭形屋架：易取材。截面重心低，空间刚度好，稳定性更好。预应力桁架（1） 降低结构高度，采用高强度钢材。（2） 上弦杆初始受拉，下弦杆初始

6、受压。（3） 恒载作用时弦杆内力很小。（4） 两阶段设计，小变形，线性叠加。钢筋混凝土钢组合屋架组合屋架合理用材（上弦等压杆为混凝土，下弦等拉杆为钢拉杆）充分发挥两种不同材料的力学性能，自重轻。屋架结构的选型（1） 屋架结构的受力：抛物状的拱形受力最为合理，梯形屋架具有较好的力学性能，施工方便，在大中跨建筑中被广泛应用，三角形屋架一般仅适用于中小跨度，矩形屋架常用作托架。（2） 屋面防水构造：三角形屋架多用于自由排水，梯形等屋架用于有组织排水。（3） 材料的耐久性及使用环境：环境湿度较大、有侵蚀性介质不宜采用木屋架和钢屋架。（4） 跨度18m以下：钢筋混凝土钢组合屋架；36m以上：钢屋架。屋架

7、结构的布置考虑建筑外观及使用功能要求进行包括屋架的跨度、间距、标高等布置。承重方式为横墙承重。屋架的节点钢构件的连接方式：铆接、焊接、螺栓连接。钢屋架节点处一般采用节点板将各杆件相连。构件与节点板采用焊接。桁架的形式变化与组合桁架的几何形式可采用对称或不对称形式，以及半跨形式，可水平或倾斜，也可倒置以适应不同的建筑造型需要。屋架结构的支承桁架支撑的作用：（1） 保证桁架结构的空间几何的稳定性。（2） 保证桁架结构空间刚度和空间整体性。（3） 为桁架提供必要的侧向支撑。（4） 承受并传递水平荷载。（5） 保证结构安装时的稳定和方便。立体桁架立体桁架具有较大的平面外刚度，有利于吊装和使用，接受支撑

8、用材，可取得更大跨度，保证结构的整体性。但节点的构造复杂，焊缝要求高，制作复杂。第3章 单层刚架结构实腹式门式刚架，轻型钢结构。格构式更大跨度，钢管空间框架门式刚架的适用范围刚架：是将梁和柱子通过刚性节点连接起来，形成刚性节点框架结构，属于平面结构体系，用于大跨建筑。刚架可以是单跨或多跨刚架（称门式钢架），也可是多层刚架（称框架）。刚架的特点：梁端存在刚节点，可将梁的端弯矩传递给柱子。与同样跨度的简支梁相比，由于梁端负弯矩的存在，降低了跨中弯矩，从而可以实现较大跨度。门式刚架的受力特点刚架结构与排架的比较：竖向荷载作用下，柱对梁的约束作用，减少了梁中的弯矩和挠度。水平荷载作用下，梁对柱的约束作

9、用，兼骚了柱内的弯矩和侧向位移。门式刚架按约束条件分类（1） 无铰刚架:三次超静定，刚度好，内力分布均匀，柱底弯矩大。（2） 两较干架：一次超静定，刚架内弯矩较大，筑基无弯矩。（3） 三铰刚架：静定，基础不均匀沉降对结构没影响，省材，刚度差。梁柱线刚比对结构内力的影响竖向荷载作用：当两端柱的刚度不等，梁两端的内力不等。水平荷载作用：当两端柱的刚度不等，柱承受的的侧向剪力和弯矩不等。门式刚架的高跨比对结构内力的影响门式刚架的高度与跨度之比决定了刚架的基本形式。刚架的高度减小，支座水平推力增大。构构造对结构内力的影响(1) 两较刚架，为减少横梁内力，可采用设水平拉杆。(2) 悬杆外纵墙，利用墙重的

10、偏心作用，以减少刚架横梁内力。(3) 支座内设，利用支座反力的偏心，以减少刚架横梁内力。温度变化对结构内力的影响使用时室外内温差，施工与使用时的季节温差都会引起温度变化，温度变化会使超静定结构产生内力，刚度越大，内力越大。支座移动对结构内力的影响支座位移，转动都会使刚架结构内力发生改变。单层刚架结构的选型框架、空腹桁架、单层刚架、单柱悬挑、格构式刚架。胶合木刚架结构不受原木尺寸的限制，可用短薄的板材拼接成任意合理截面形式的构件；可剔除木节等缺点以提高强度；具有较好的防腐和耐燃性能。钢刚架结构分类：实腹式和格构式刚架实腹式适用于跨度不是很大，构造简单，安装方便；格构式适用范围广，刚度大、省材。单

11、层刚架结构的构造与布置横向布置与物价结构相同，屋架>横向刚架。横向承重，不受模数限制，布置支撑形成整体结构。矩形平面建筑结构多采用等间距，等跨度的平行刚架布置。建筑净空高，内部空间大。刚架节点的连接构造梁柱交接处及跨中屋脊处设置安装拼接单元，用螺栓连接。拼接节点处可加腋与不加腋。刚架柱脚支座构造空间钢管刚架：圆管焊接，加工精度高，节点构造复杂。单层刚架结构的布置（1） 纵向长度可达200m，不用设伸缩缝（螺栓连接）；（2） 纵向构件保证空间稳定性：檩条，墙梁，吊车梁，支撑；（3） 支撑：柱间支撑、屋面支撑、墙面支撑，保证稳定，减小计算长度；（4） 屋面和上柱支撑设在端部，下柱设在中部。刚

12、架基本形式的变化构件形式的变化，提高了刚架的刚度，丰富结构的美学表现。构件的粗细变化与弯矩图协调一致，符合人们审美心理。第4章 拱式结构造型独特（曲线），支承处有推力，受压为主。拱结构的优点（1） 弯矩比相应简支梁小，有水平推力。（2） 用料省，自重轻，跨度大。（3） 可用抗压性能强的砖石材料。（4） 构造复杂，施工费用高。拱结构的薄弱点拱结构的薄弱点在于它是一种平面结构，整体平面外刚度极差，且在压力作用下，易产生屈曲现象。为此，一方面要使拱身截面具有足够的宽度，必要时可用立体结构形式，还可设置侧向支撑体系。或者 实行多拱联合，例如形成筒形拱，交叉拱等结构体系，增强结构整体稳定性，以便更好的发

13、挥拱结构在大跨建筑中的独特优势。拱结构的受力特点在同一平面内所受的力，有曲线（或折线）形构件组成的拱形结构来承受。拱来承受整个屋盖的竖向荷载和水平荷载。拱脚无推力即为曲梁，受力同简支梁。结构支撑方式双铰拱：最常见，受力合理，制作和安装方便，较经济，温度应力低。无铰拱：受力最合理，最经济，须设强支座，温度应力高。三铰拱：应用不广，拱顶较使结构构造复杂化。拱脚水平推力的平衡拱是有推力的结构，当拱脚地基反力不能有效地抵抗其水平推力时，拱变成为曲梁，这时拱截面将产生与梁截面相同的弯矩。解决拱脚水平推力的常见四种平衡方式：（1） 拉杆拱水平推力由拉杆直接承受。（2） 水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆

14、。（3） 推力由竖向承重结构承担。（4） 落地拱利用地基基础直接承受水平推力。拱结构的形式：天然石材、烧结砖、土坯、木材、钢筋混凝土、钢材。实腹拱、桁架拱、拉杆拱、薄壁拱、圆弧拱、抛物线拱、悬链线拱、轴线与压力线接近拱式结构的选型与布置结构支承方式：双铰拱、无铰拱、三铰拱。拱的矢高：在竖向荷载总量相同的情况下，矢高比越小，推力越大。矢高的选择：（1） 满足建筑造型及建筑使用功能要求。（2） 应使饥饿哦股受力合理。（3） 满足屋面排水构造要求。支座反力（1） 在竖向荷载作用下，拱支座产生水平推力。（2） 在竖向荷载作用下，水平推力。H=Mg/f（3） 水平推力与拱的矢高f成反比。*拱身截面的内力

15、（拱梁与简支梁的内力区别）（1） 弯矩计算：拱身内的弯矩小于相同跨度相同荷载作用下的简支梁内的弯矩。（2） 剪力计算：拱身截面内的剪力小于相同跨度相同荷载作用下的简支梁内的剪力。（3） 轴力计算：拱身截面内存在有较大的轴力，而简支梁中是没有轴力。合理轴线形式与结构的支承条件、外荷载的作用形式有关。当拱轴线的竖向坐标与相同跨度、相同荷载作用下的简支梁弯矩值成正比时，可使拱截面内弯矩为零，拱形合理。（在竖向均布荷载作用下，三铰拱的合理拱线为抛物线；在径向均布荷载作用下，三铰拱、无铰拱的合理拱线为圆弧线。拱的合理轴线合理轴线可使拱身各截面处于弯矩为零，仅受轴向力的拱轴曲线。（合理的轴线形式与结构的支

16、承条件、外荷载的作用形式有关。）内力分析（1） 采用合理地拱身轴线形式，可使拱身各截面的弯矩为零。（2） 拱脚支座存在较大的推力。拱身的截面弯矩、剪力小于相同条件下简支梁的弯矩。剪力。（3） 拱身截面攒在较大轴力。简支梁轴力为零。拱截面的主要尺寸截面形式拱身有实体和格构式两种形式。钢结构拱一般采用格构式，钢筋混凝土拱一般采用实体形式，截面有矩形、工字形两种。拱的结构布置拱的结构选型需考虑：1） 结构的支承形式2） 拱的矢高3） 拱身形式（拱轴线方程）4） 拱身截面形式及高度布置：并列布置、径向布置、环向布置、井式布置、多交叉布置。第5章 钢筋混凝土空间薄壁结构薄壳由两个几何曲面构成的空间结构。

17、（或是空间薄壁结构）主要承受各种作用产生的中面的内的力，其厚度远远小于其宽度和长度。薄壳结构按曲面生成的形式分筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳；由平板构成的折板、雁型板等。材料大多采用钢筋混凝土。壳体内力分布均匀，能充分利用材料强度，同时又能将称重与围护两种功能融合为一。薄壳结构为曲面的薄壁结构，为双向的空间结构，主要靠曲面内的双向轴向力和顺剪力（薄膜内力）来承重。壳体的强度和刚度主要是利用几何形状的合理性，而不是以增大其结构截面尺寸取得。工程中因壳体优越的双向直接受力性能-强度大，极大的空间刚度-刚度大，屋面与承重合一-板架合一等特性；用料省，自重轻，覆盖面大，稳定性好，容易适应建筑功

18、能和造型需要，故应用较广泛。薄壳是由上下两个几何曲面构成的。两个曲面之间的距离为板的厚度。（1） 零高斯曲线：一个主方向为直线其曲率为零。（2） 正高斯曲线：两个方向主曲率同号。（3） 负高斯曲线：两个方向主曲率异号。平移曲面-一条竖向曲线（母线）沿另一竖向曲线（导线）平移形成曲面。椭圆抛物面壳、双曲抛物面壳直纹曲面-一段直线（母线）的两端沿一条或两条固定曲线（导线）移动形成。薄壳结构的内力一般情况下壳板的径向和环向弯矩较小，可忽略，壳板内力可按无弯矩理论计算（理想的薄壳无弯矩和抗扭能力）。单位面积上的内力：在竖向荷载作用下只能有正向力和顺剪力。薄壳结构的施工（1) 现浇混凝土壳体（2) 预制

19、单元、现场高空装配成整体壳体（3) 地面现浇混凝土壳体或预制单元装配后整体提升（4) 装配整体式叠合壳体（钢丝网水泥薄板上在浇混凝土）（5) 采用柔膜喷涂成壳（柔膜上涂抹或喷射砂浆）圆顶薄壳：是正高斯曲率的旋转曲面壳，由壳面与支座环组成，壳面厚度可以做的很薄，一般为曲率半径的1/600，跨度可以很大。支座环对圆顶壳起箍的作用，并通过它将整个薄壳搁置在支承构件上。圆顶薄壳的组成及结构形式壳板：应具有一定的强度和刚度。支座环：薄壳结构保持几何图形不变的保证。下部支承：承受结构荷载并传至基础。支座环的拉力及壳面边缘局部弯矩支座环对圆顶壳板起套箍作用，承受壳身边缘传递来的推力，是圆顶结构保持几何形体不

20、变的保证。推力使支座环在水平面受拉。支座环对壳板的约束使壳面边缘产生径向的局部的弯矩。支承结构：常见的支承方式：（1） 通过支座环支承在房屋的竖向承重构件上（砖墙、钢筋混凝土柱等）。（2） 支承在斜柱或斜拱上。（3） 支承在框架上。（4） 直接落地支承在基础上。圆顶壳板的内力在轴对称荷载作用下，圆径向受力（压力顶小底大）；圆环向受力，顶部为压力，底部或受拉力或受压力。拱与壳比较拱结构：几何特征为外形呈现曲线状，结构特征为以压力为主的平面结构，支座处有水平推力，受力特征为主要承受压力。壳体结构：几何特征为外形呈曲线，结构特征为空间薄壁结构，受力特征为双向直接传力，主要薄壁内力（轴向力及顺剪力）。

21、筒壳与锥壳筒壳的结构组成筒壳（柱面薄壳）：是单向有曲率的薄壳。由壳身、侧边缘构件和横隔组成。筒壳的结构受力特点壳身与侧边缘构件共同工作，整体受力。横隔是筒壳的横向支承，缺少它，筒身的形体就要破坏。横隔间的距离为壳体的跨度l1，侧边构件间距离为壳体的波长l2。当l1/l2>3时为长壳，纵向梁的传力作用显著，按梁的理论计算； l1/l2<2时为短壳，纵向梁的传力作用很小，按膜壳理论计算。拱与筒壳的比较（1） 拱是平面结构，在平行切出的拱圈上相应位置各点的应力状态都是相同的。跨度为曲线两侧之距。沿纵向无约束；柱面筒壳是波宽方向（曲线方向）的拱与跨度方向（纵向直线）梁的作用组合，是空间结构

22、。（2） 从柱面筒壳的几何外形及支承条件来看，柱面筒壳内力分布规律及变形与两铰拱相似，但柱面筒壳杆件组成规律不同（形式不同），支座设横隔。（3） 拱作用的表现形式不同，正交类网壳以拱作用为主，斜交类网壳，最大内力集中在对角线（主拱）。壳板（壳身）结构：构造分类：平滑圆顶最常见，但需分格、采光困难。肋形圆顶可增加壳体稳定性，可使用集中荷载。多面圆顶可省材。双面扁壳双曲扁壳（微弯平板）：一抛物线沿另一与其正交的抛物线平移形成的曲面，薄壳的矢高f与被覆盖的底面短边边长之比不应超过1/5时称扁壳。双曲扁壳由壳身及周边四个横隔组成，横隔为带拉杆的拱或变高度的梁。适用于覆盖跨度为2050米的方形或矩形平面

23、（其长短边之比不宜超过2）的建筑。双曲扁壳的结构组成由壳板和竖直的边缘构件（横隔构件）组成双曲扁壳四周的横隔构件可以采用变截面或等截面的薄腹梁，拉杆拱或拱形桁架等，也可以采用空腹桁架或拱形钢架。横隔在四个交接处应有可靠的连接，使它们形成整体的箍，以约束壳面的变形。扁壳受力合理，经济指标好，当跨度超过30时，采用双曲扁壳是合理的。受力特点壳板以薄膜内力为主，在壳体边缘受一定横向弯矩。中间区域：约占整个壳板80%，壳板主要承受双向轴压力。边缘区域：壳板主要承受正弯矩，使壳体下表面受拉。四角区域：壳板主要承受顺剪力，产生很大的主应力。边缘构件主要承受板壳传来的顺剪力。双曲扁壳的结构构造双曲扁壳的矢高

24、f与被覆盖的底面短边边长之比不应超过1/5。双曲抛物面扭壳双曲抛物面壳（鞍壳、扭壳）：一竖向抛物线（母线）沿另一凸向与之相反的抛物线（导线）平行移动所形成的（负高斯）曲面。此种曲面与水平面截交的曲线为双曲线，故称为双曲抛物面壳。鞍壳、扭壳结构组成和型式组成：壳板、边缘构件工程中常见的各种扭壳也为其中一种类型，因其容易制作、稳定性好，容易适应建筑功能和造型需要，故应用较广泛。受力特点双曲抛物面壳体一般均按无弯矩理论计算。这种结构在竖向均布荷载作用下曲面内不产生法向力，仅存在顺剪力。（顺剪力产生主拉力或主压应力，作用在于剪力成45°角的截面上。整个截面可以想象为一系列拉索与压拱正交而组成

25、的曲面。扭壳的边缘构件（多为直杆）为轴心受拉或轴心受压构件，它承受壳板传来的顺剪力。总结(1) 壳，是一种曲面构件，主要城后各种作用产生的中面内的力。薄壳结构为曲面的薄壁结构。(2) 按曲面生成的形式分筒壳。圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。材料大多采用钢筋混凝土。壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与维护两种功能融合为一。(3) 实际工程中还可以利用对空间曲面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种平面的的建筑，但较为费工和费模板。折板结构折板结构是由许多薄平板以一定角度相互连接成的空间结构体系。构造简单，施工方便，模板消耗量小，自重轻。折板原理单一方向弯折，提供单方向的抗弯刚度。*折

26、板结构的组成组成：折板、边梁和横隔。当波长l2/跨度l1>1时，长折板；当波长l2/跨度l1<1时，短折板。*折板的受力特点及计算要点（1） 双向受力与传力：竖向荷载作用下，折缝与两侧斜板提供抗弯刚度承担此荷载。并借折缝把力传给折缝端头的支座。其横向靠多跨连续板传力，因横向有弯矩，板仍不能太薄或不能太宽。（2） 折缝的保证作用：在横向作连续板的支座，在纵向使各块斜板连城整体，保证其纵向刚度。（3） 横隔的保证作用：横隔不仅是折板的支座和板的边框，其最主要的作用是保证薄而高的斜板不变位，使之具有足够的横向刚度，从而具有纵向刚度的折板发挥其强度。折板结构的构造折板结构的板单元有矩形、三

27、角形两种。用于无盖则排水效果较好，并可构成折板钢架。折板的结构形式（1） 无边梁折板由若干等厚度的平板和横隔组成。（预制v形折板就是其中的一种）（2） 有边梁折板一般为现浇结构，由折板、边梁和横隔构件三部分组成.(筒壳式折板）折板的结构形式多样，可做折板梁，折板墙、柱，折板钢架，折板拱，折板壳等。折板的结构布置（1） 外伸悬挑挑檐、雨篷、站台、看台顶棚。（2） 形变沿纵向变化波宽与波高，护两端支座一高一低，改变造型。（3） 并列组合并列等宽的折板只能组成矩形，用追星变宽折板则能并列出扇形或环形。（4） 反向并列组合基本单元为一块三角形折板，为变截面v或，相隔相反组合。折板的组合：各块斜板互相依

28、靠，提高整体折板承载能力。第六章 平板网架结构平板网架结构网架结构是由空间网架结构：许多杆件根据建筑形体要求，按一定规律进行布置，通过节点连接组成的网状的三维空间杆系结构。具有三维受力特点，一般为高次超静定的空间结构。各杆件主要承受轴向力。网架的结构形态按构成方式可分为;平板网架和曲面网架。网架的组成双层网架上弦杆，下弦杆两个平面与上下弦之间的腹杆组成。（适用于跨度不大于50m）三层网架上弦杆，下弦杆中弦杆按个平面与三层弦之间的腹杆组成（适用跨度大于50m）特点：能够承受各方向的作用，且网架为高次超静定结构。网架结构中的空间交汇的杆件，即为受力杆件，有互为支撑杆件，协同工作。网架结构整体性能好

29、，稳定性好，空间刚度大，能有效承受非对称荷载、集中荷载和动荷载，有较好的抗震性能。平板网架是无水平推力、拉力的空间结构，一般简支在支座上。网架结构实现了较小规格的杆件束建造大跨度结构，结构站空间较小，且可利用空间大（网架上下弦之间的空间布置各种管线）。适用:网架结构平面布置灵活，可用于矩形、圆形、椭圆形、多边形。扇形等多种建筑平面，适用不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物。建筑造型新颖、轻巧、壮观。网架的结构形式及选型网架的结构形式按构成港式可分为交叉桁架体系和角锥体系两类。交叉桁架体系：两向或三向的相互价差平面桁架组成交叉立体桁架。交叉桁架体系网架一片片平面桁架相互交叉

30、组成立体桁架。每片桁架的上弦杆、下弦杆及腹杆位于同一垂直平面。整个网架科两向。三向交叉而成。（1） 双向正交正放网架网架由相互90°相交的平面桁架组成，桁架平行或垂直于建筑边缘线。上下弦的网格尺寸相同，同一方向的每个平面桁架长度相同，受力均匀，构造简单，便于制作安装。由于网架的上下弦网格都为方形网格，属于几何可变体系，需要适当设置水平支撑，保证其在水平力作用下的几何不变形。适用于建筑平面为正方形、近正方的矩、正多边形、圆形，此时两个方向的桁架跨度相近，空间作用明显，跨度以3060m的中等跨度。（2） 两向正交斜放网架两组相互交叉成90°的平面桁架组成，且两组桁架分别于其相应

31、的建筑平面边线成45°。两向正交斜放网架中每片桁架的长短不同，用于平面为矩形的建筑时，角部短桁架对于与之相交的长桁架起着弹性支座的作用，减小了长桁架的跨度，从而降低了跨中弯矩。但四角支座处产生拔力。两向正交斜放网架用于平面为长方形的建筑时，桁架的跨度不因建筑边长增加而增大，桁架的最大跨度保持一定值（短边的2倍）与两向正交正放网架相比有空间刚度大，用钢量省的优点。(3) 两向斜交斜放网架两组相互交叉不能为90°的平面桁架组成，切两组桁架分别与其相应的建筑平面边线的交角也不相同。构造复杂，受力性能不好，很少采用。（4） 三向交叉网架（5） 三向交叉网架（桁架互成60°

32、交角），平面呈正三角形格。适合建筑平面为三角形，六边形以及圆形平面的大跨建筑（常用于建筑跨度大于60m），它比两向相交的网架空间刚度大，受力均匀。但它的节点处交汇杆件多，节点构造复杂。角锥体系网架由基本单元为三角锥体、四角锥体或六角椎体所组成的空间网架结构。角锥桁架体系网架的主要形式（1） 四角椎体系网架网架的上、下弦平面为正方形网格，下弦杆相对于上弦杆平移半格，位于上弦方格中央，四用四根斜腹杆将上、下弦网格节点相连，即形成四角锥网架。类型：正放四角锥、正放抽空四角锥、斜放四角锥，星形四角锥网架、棋盘形四角锥网架。（2） 正放抽空四角锥网架下弦网格尺寸扩大一倍，节约钢材，便于采光、遮风。适用于

33、中、小跨度或屋面荷载较小的周边支承、点支承以及周边支承与点支承相结合的情况。（3） 斜放四角锥网架上弦杆约为下弦杆的0.7倍，上弦受压，下弦受拉，受力更合理，节点汇集杆件数目少，用钢量少，构造简单。但屋面板种类较多。屋面排水坡度的形成较难，造成屋面构造设计不便。适用于中小跨度周边支承，或周边支承与点支承相结合的方形和矩形平面的建筑。（4） 星形四角锥网架单元由两个倒置的三角形小桁架相互交叉而成。受力合理适用于中、小跨度切为主编支承的屋盖。（5) 棋盘形四角锥网架受力合理，受力均匀，杆件较少。屋面板规格统一，适用于小跨度的周边支承屋面。三角锥体系网架这类网架由三角锥体组成。上、下弦杆在自身平面内

34、部组成正三角形网格，下弦三角形的节点正对上弦三角形的重心，用三根斜腹杆把下弦每个节点和上弦三角形的三个顶点相连，即组成三角锥体。三角锥体网架受力均匀，空间刚度好，适用于矩形、三边形、六边形和圆形等建筑平面。（1） 三角锥网架（上下弦均为三角形）：受力均匀，整体刚度好，一般适用于中大跨度及重物盖的建筑物。（2） 抽空三角锥网架(上弦为三角形，下弦为三角形和六边形或全为六边形网格）：有规律的抽掉部分椎体，使用钢量较少，但其刚度较差，适用于屋盖荷载较轻、跨度较小的建筑。（3） 蜂窝形三角锥网架(上弦为三角形和六边形，下弦为六边形网格）：每个节点六根杆件交汇，节点和杆件数少，受力合理，用钢量少，适用于

35、轻型中、小跨度的屋盖或周边支承的建筑。六角锥体网架（锥尖向下）网架杆件多，节点构造复杂，屋面板为三角形或六角形，施工困难大，现较少采用。网架结构的支承方式平板网架是无推力的空间结构，一般简支于支座。但网架结构具有加大的空间刚度，对支承构件（支座）的刚度和稳定性较为敏感。周边支承（1） 网架的边界点都支承在周边柱上，传力明确，网架受力均匀，但周边柱较多。使用于大、中跨度的网架。（2） 网架的边界点支承在周边梁上，网架受力均匀，柱距布置灵活。适用于中小跨度的网架。三边支承网架:这种支承方式适用于飞机库或飞机修理及装配车间等。建筑功能要求某一边不可布置支承结构。跨度较大时，可在开口边（网架的自由边）

36、加反梁（或边桁架），改善网架的受力性能。两边支承网架：对边支撑方式，多用于折板网架，工程中应用较少。点支承网架：网架支承在四个支点或多个支点，柱数量较少。建筑平面布置灵活，建筑使用方便，特别使用于大柱距的厂房或仓库。为减少跨中的内力或挠度，网架周边可设悬挑，使杆件的内力更为均匀，且建筑外形轻巧美观。悬挑段长度为跨度的1/31/4。周边支承与点支承结合适用于大柱网工业厂房、仓库、展览厅等建筑。减小网架跨度，课有效减小网架杆件的内力和网架的挠度，节约钢材。网架结构的受力特点及选型平板网架是无推力的空间结构，一般简支于支座。但网架结构具有较大的空间刚度，对支承构件（支座）的刚度和稳定性较为敏感。网架

37、的空间工作性能即与结构的支撑条件有关，又与杆件的布置有关。网架结构选型的影响因素：建筑造型、建筑平面形状、跨度、支承方式、荷载的形式及大小、屋面构造和材料以及网架的制作安装方法都影响网架结构的选型。周边支承结构选型(1) 建筑平面为方形或矩形两向正交正放、两向正交斜放、正放四角锥、正放抽空四角锥、斜放四角锥、棋盘形四角锥和星形四角锥等七种网架比较（荷载、网格尺寸和网架的高度均相同）单位用钢量：斜放四角锥网架最少，正放四角锥网架最多。刚度：斜放四角锥网架、正放四角锥、星形四角锥最好。（2） 建筑平面为圆形或正六边形、正八边形（一般适用于三向网架）三向网架，三角锥网架，抽空三角锥、蜂窝三角锥等四种

38、网架比较（荷载、网格尺寸和网架的高度均相同）单位用钢量：跨度较小时，蜂窝三角锥网架最少，其次为抽空三角锥网架；跨度较大时，因刚度需求，三向网架及三角锥网架用钢较少。刚度：三向网架，三角锥网架较好。点支撑结构选型以四点支承为例:受力特点：两向正交正放比两向正交斜放受力合理。结论：网架结构的受力特点是空间工作，网架的空间工作性能既与杆件的布置有关，又与支承条件有关。网架弦杆的层数当屋盖的跨度大于100米或屋架设有悬挂吊车的工业厂房时，采用普通两层网架的整体刚度，用材均不合适：优点：多层网架结构刚度好，内力均匀，内力峰值远小于双层网架;多层网架网格小，杆件短，可充分发挥钢材的高强性能。缺点：多层网架

39、杆件和节点的数量较多，施工量大。腹杆布置腹杆的布置应尽量使受压杆件短，受拉杆件长，充分发挥杆件截面的强度。对交叉桁架体系网架，腹杆倾角一般在40°55°之间。对角锥网架，斜腹杆的倾角宜采用60°。这样可以使杆件标准化。跨度较大时，尽量减小上弦长度。采用再分式。悬臂长度：四点及多支撑的网架宜设有悬臂段，减少跨中弯矩。悬挑段长度为跨度的1/31/4。网架结构构造网架结构的杆件网架常采用圆钢管、角钢薄壁型钢作为杆件。网架的节点：连接各方向的交汇杆件，传递杆件内力。（1） 钢板节点节点刚度大，用钢量少，整体幸好，制作简单，适用于连接型钢杆件，网架杆件采用钢管时，会使节点构

40、造复杂。（2) 焊接空心球节点（两个半圆球焊接而成）构造简单，适应性强，传力明确，造型美观。适用于连接任意方向的网架杆件，但焊接量大，下料精度要求高。（3） 螺栓球节点实心钢球钻螺栓孔，高强螺栓连接，适应性强，传力明确且不用焊接、安装速度快，但节点构造复杂，机加工量大。网架的支座：网架的支座设计要求构造简单，传力可靠明确，尽量符合网架的计算假定。（1） 平板压力支座节点支座底板与支承面间的摩擦力较大，支座不能转动、移动，与计算假定不太相符，仅适用于小跨度网架。（2) 单面弧形压力支座节点支座底板与柱顶板间的设置一块弧形钢板，支座可有微量转动和移动，与计算假定教相符，仅适用于中小跨度的网架。(3

41、) 双面弧形压力支座节点（摇摆支座）支座底板与柱顶板间设置一块双面弧形铸钢块，支座可沿弧面作一定的转动和移动，与计算假定较相符，适用于大跨度的网架，但构造复杂，造价高，单向转动，不利于抗震。（4） 球铰压力支座节点支座处一个凸出的实心半球嵌合在一个凹进的半球内，在任意方向可移动、无线位移，与计算假定相符，利于抗震。适用于多点支承的大跨度的网架。（5） 板式橡胶支座节点（6） 支座底板与柱顶板间设置一块板式橡胶支座垫板，支座可线位移，还可两向转动，适用于大中跨度的网架，构造简单，造价较低。柱帽四点或多支撑点的网架，其支撑点处反力集中，使杆件内力很大，设置柱帽可扩散反力，也可丰富建筑造型。但柱帽的

42、设置将占用部分空间或影响立面处理。网架的屋面做法与屋面坡度网架屋面坡度（1） 上弦节点处加小立柱（但大跨度需验算立柱稳定性）。（2） 网架变高度找坡（制作及安装不便）。（3） 整个网架起坡（网架跨中起坡，网架呈折板状）。（4） 支承柱变高度。屋面做法：网架结构一般采用轻质、高强、隔热、防水性能好的屋面材料。网架结构选型综合考虑因素：建筑平面形状和尺寸，支承情况、荷载大小、屋面构造、支座安装方法和建筑功能。选型原则:安全可靠，技术先进，经济合理，美观适用。规范规定：（1） 平面形状为矩形的周边支承网架，当边长比不大于1.5时，宜选用斜放四角锥、棋盘四角、正放抽空四角锥、两向正交斜放、两向正交正放

43、、正放四角锥网架。中小跨度，也可选用星形四角锥，蜂窝形三角锥。当支承距离不等时，可选用两向斜交斜放。（2） 平面形状为矩形的周边支承网架，边长比大于1.5时，选用两向正交正放、正放四角锥、正放抽空四角锥网架。边长比小于2时，可选用斜放四角锥。当平面狭长时，选用单向折线形网架。（3） 平面形状为矩形，三边支承一边开口的网架可按（1）选型，开口边可增加网架层数或适当增加网架高度，且开口边为竖直或斜放的边桁架。（4） 平面形状为矩形，多点支承的网架，可选用正放四角锥、正放抽空四角锥、两向正交正放网架。对多点支承和周边支承相结合的多跨网架，还可选用两向正交斜放或两向斜交斜放四角锥网架。（5） 平面形状

44、为圆形、正六边形及接近正六边形且为周边支承的网架，可采用三向、三角锥或抽空三角锥网架。（6） 跨度不大于40m多层建筑的楼层及跨度不大于60m屋盖，可选用钢筋混凝土板为上弦的组合网架，组合网架宜选用正放四角锥、两向正交正放抽空四角锥，斜放四角锥网架和蜂窝形三角锥网架。第七章 网壳结构网壳结构网壳结构是曲面型的网格结构，即有曲面行板与边缘构件（梁、拱或桁架）组成的空间结构。具有杆系结构和薄壳结构的特性，受力合理，覆盖跨度大，施工简便，可创造新颖的建筑造型，是有着广阔前景的空间结构。优点：（1） 网壳结构的杆件主要承受轴力，内力分布均匀，应力峰值较小，可充分发挥出来强度作用。（2） 具有丰富的造型

45、。（3） 杆件尺寸与整个网壳结构的尺寸相比很小。（4） 网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆。缺点：计算、构造、制作安装均较复杂，不经济。筒网壳结构：单层网壳：单层柱面网壳、单层球面网壳。双层网壳：交叉桁架体系、角锥体系。单层筒网壳单向斜杆柱面网壳杆件小，结构形式简单，用钢少，但稳定性差，刚度不如双向斜杆柱面网壳。双向和三向网格型柱面网壳，具有较好的刚度和稳定性，杆件规格较单一，经济合理。分类;双斜杆网壳、三向网格型网壳（刚度好，适用大跨度）；联放网格型网壳（受力明确，稳定差）双层筒网壳：由两个同心或不同心的单层网壳经斜腹杆连接而成。（1） 交叉桁架体系：是由两个或三个方向的平行桁架交叉构成

46、。（构造简单，设计参普通钢桁架。)（2） 角锥双层筒网壳的网格形式：正放四角锥柱面网壳、正放抽空四角锥柱面网壳、斜置正放四角锥柱面网壳、三角锥柱面网壳、抽空三角锥柱面网壳（刚度大，杆件少，最常用，适用于小跨度，轻屋面）筒网壳受力特点：筒网壳结构的作用可看成为波长方向的拱与跨度方向的梁的作用组合，内力分布规律及变形也与两铰拱相似。正交类筒网壳结构的作用以波长方向的拱为主，结构受力均匀。斜交类网壳结构的作用是以对角线方向的主拱受力最大。筒网壳结构的支承：筒网壳结构的受力与其支承条件有很大关系。（1） 对边支承：以跨度方向为支承筒拱结构设计时注意解决拱脚推力问题。（拉杆、墙垛、斜柱、拱脚落地等。）以

47、波长方向为支承筒壳结构设计时注意结局边缘构件问题。（2） 四边支承或多点支承正确区分短壳、长壳、中长壳，解决空间问题。球网壳结构单层球网壳（1） 梯形（肋环形球面网壳）只有径向杆和纬向杆件，无斜杆，大部分网格呈四边形（形似蜘蛛网），节点构造简单，节点为刚性连接，且存在节点弯矩，适用于中、小跨度的穹顶。（2） 菱形（无纬向杆联方型网壳）由左斜杆与右斜杆构成菱形网格，斜杆夹角为30°50°，规律性明显，造型优美，构件一般为木材、工字钢、槽钢和砼构件。适用于大中跨度的穹顶建筑。（3） 三角形（有纬向杆联方型、施威德勒网壳）在菱形网格上增设纬向杆，形成三角形网格，提高了网壳的稳定性

48、和刚度，能承受较大的非对称荷载。适用于中、大跨度的穹顶建筑。双层球网壳的布置采用网壳厚度不等或局部网壳厚度改变，可不受单层网壳稳定性能控制，又能充分发挥网壳杆件的承受能力，节省材料。网格和干架布置时，应尽量使杆件只产生轴向力，避免产生弯矩，同时应使用网壳便于制作安装。可采用方法：（1） 从上到下，厚度均匀减薄。（2） 下部为双层，上部为单层。（3） 大部分为单层，仅在支承部位为双层。总结单层网壳的设计由稳定性控制，实际应力很小。具有构造简单，自重轻，省材料，但稳定性差，仅适用于中、小跨度的屋盖。当跨度大于40m时，双层网壳的刚度和稳定性好，且经济性能也优于单层网壳，还适用于有特殊技术要求（照明

49、、音响和空调等设备安装）等屋盖。扭网壳扭网壳为反双抛物面，也为双直纹曲面（一根直线沿着两根即不平行也不相交的直线滑动形成），壳面上每一点都可作两根相互垂直的直线。简单的施工方法就能准确地保证杆件布置，内力分布均匀，受力状态较理想，各点的应力状态相同。扭壳造型轻巧活泼，适应性强。（壳面上的两个对角线方向的正向力一正一负，解决拱受力好但易失稳。其他形状网壳结构（1) 柱面与球面相结合网壳（2) 曲面的剪裁组合网壳结构的选型：材料的选择取决于网壳形式、跨度与荷载、计算模型、节点体系、材料来源于价格，以及制造与安装。（1） 钢筋混凝土网壳：自重大，节点构造复杂。（2） 钢网壳：使用广泛。（3） 铝合金

50、网壳：自重轻、强度高，耐腐蚀易于加工、制造和安装。（4） 木网壳：经济，易于加工制造各种形式。（5） 塑料网壳及其他材料：自重轻。强度高、可透明、耐腐蚀、耐磨损、易于工厂加工。网壳结构的选型应对建筑使用功能、美学、空间利用、工程的平面形状与尺寸、荷载类型与大小、边界条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工等因素综合考虑。网壳结构的体型应与建筑造型协调对于高丶大跨度的网壳结构应与建筑紧密配合，使用网壳结构与建筑造型一致，与周围环境协调，整体比例适当。建筑空间大，可选用矢高较大的球面或柱面网壳；建筑空间小，可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式抛物面网壳；建筑空间大，但矢高受到控制，可选择支承于墙或

51、柱上。网壳结构的型式应与建筑平面协调平面为圆形，可选用球面网壳、组合柱面或组合双曲抛物面网壳；平面为正方形或矩形，可选用柱面、双曲扁网壳或双曲抛物面网壳；平面为狭长时，可选用柱面网壳；平面为菱形时，可循阿勇双曲抛物面网壳；平面为三角形或多边形时，可选用柱面、或球面或双曲抛物面等作适当的切割或组合。网壳结构的层数跨度较小，荷载对称且较小，可选用单层网壳，用钢量少；跨度较大，可选用双层网壳，提高稳定性且经济。非对称荷载较大时，杆件和节点会产生位移，发生几何变化，改变结构内力分布，慎用单层网壳。支承条件影响网壳结构静力特征和经济设计的重要因素包括支承的位置、数目、种类和楼层的支承标高。（1） 支承数

52、目越多，杆件内力分布越均匀；（2） 支承刚性越大，节点挠度越小，网壳的横向稳定性越大，但节点和基础的造价越高。第8章 悬索结构悬索结构是以一系列的受拉的钢索（或拉条）作为主要承重构件，钢索按一定规律组成各不同形式的结构体系，并悬挂在相应的支承结构上（边缘构件和下部支撑）。主要特点：悬索结构通过钢索的轴向拉伸来抵抗外部的荷载作用，受力合理，可最充分地利用钢材的抗拉强度，采用高强度钢材时，更好的减轻结构自重。悬索结构便于建筑造型，适用于多样的平面图形和外形轮廓，能较自由的满足各种建筑功能的需求。施工方便，能较经济的跨越很大的跨度。计算复杂，稳定性较差（单根索是几何可变结构），需合理确定边缘构件和下

53、部支承形式。组成:索网：主承重构件，轴向受拉，无弯矩，不计刚度。边缘构件：网索成型的关键，承受索网的巨大拉力。下部支承构件：钢筋混凝土立柱或框架。悬索一般采用由高强度钢丝组成的钢绞线、钢丝绳或钢丝束，也可以采用或圆钢筋或带状薄钢板。索的抗弯刚度为零。需保证屋盖体系在风荷载、地震作用下具有足够的刚度和稳定性。悬索的受力与变形悬索仅承受拉力，不能受弯，索端为不动铰支座。索支座水平拉力：与跨度平方成正比，与索的下垂度成反比。索的拉力：与跨度平方成正比，与索的下垂度成反比。悬索的变形悬索的变形会随着荷载的不同而改变。（悬索垂度越小，所需水平拉力越大。*拱与悬索结构的比较(1) 拱与单根悬索均属于以构建

54、截面上受轴向力为主的平面受力体系，但区别在于，悬索承受拉力，拱承受压力，材料可充分利用。(2) 索的抗弯刚度为零，易变形，设计中需保证屋盖体系在风荷载、地震作用下具有足够分刚度和稳定性。拱是以受压为主的结构，拱截面有一定的刚度，不能自由变形。(3) 支座均受较大的作用。拱脚支座产生水平推力。索支座受到水平拉力的作用。悬索的结构形式:悬索结构必须采取有效措施来保证屋盖结构在风荷载、地震作用下具有足够的刚度和稳定性。单层悬索结构（1） 单曲面单层悬索结构：由多条平行单根拉素构成。特点：属于平面结构，构造简单，传力明确；但屋面稳定性差，抗风能力小。索平衡需适当的形式传至基础。（2） 双曲面单层悬索结

55、构蝶形悬索结构特点：刚度及稳定性仅比单曲面好些，但仍较差。辐射式蝶形线索结构：拉索按辐射状布置，屋盖形成旋转曲面，拉索固定在外环（压）及中心环（拉）上，其内力随着垂度的减小而增大。刚度及稳定性较差。双层悬索结构（1） 单曲面双层索网由许多片平行索网构成。特点：平行索网，每片索网均由承重索和稳定索构成，承重索与稳定索之间用腹杆（圆钢或拉索）联系，腹杆对上、下索施加预应力。稳定性能好，整体刚度大。承重索和稳定索也可以不在同一平面内（错开布置），用斜腹杆连接。（2） 双曲面双层悬索结构屋盖由承重索和稳定索构成，用于圆形建筑，拉索按辐射状布置，中心设置拉环。双曲面双层拉索体系增加了稳定索，屋面刚度大，

56、抗风和抗震性能好。悬索结构的稳定性（1） 悬索结构是悬挂式的柔性索网体系，屋盖的刚度及稳定性较差。（2） 风载、动荷载或不对称荷载作用时的变形会影响使用功能。（3） 风力、地震力的动力作用会引起共振。不对称的活荷载或局部荷载的出现会破坏了自重作用下的平衡，形成新的平衡，悬索将产生相当大的位移（由平衡形式的改变引起的位移，又称构位移），同时造成屋面防水层损坏。解决方法（1） 增加悬索结构上的荷载（可稳定，但不经济）。（2） 形成预应力索壳组合结构（提高屋盖的刚度，减少挠度）。（3） 形成索梁或索桁架组合结构（改善整个屋面的受力性能，提高屋盖刚度）。（4） 增设反曲率稳定索第9章 膜结构膜结构是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等于一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，结合整体环境