[PPT]大跨空间钢结构

1、Modern Spatial Structures大跨空间钢结构第一章 现代空间结构概论一、钢结构及其应用二、空间钢结构的概念三、现代空间结构的型式和应用 1 网格结构 ，包括网架和网壳（ Spatial Grid Structures） 2 张拉整体结构（Tensegrity Structures） 3 膜结构（Membrane Structures） 4 开合结构（Retractable Structures） 5 折叠结构（Deployable Structures） 6 玻璃结构（Glassified Structures） 7 其他的结构型式（Other types of Struc

2、tures） 轻质材料的质量密度与强度的比值 小Q235钢C30混凝土另外：航天材料、军事材料等（1）轻质高强Q235钢 密度：7850kg/m3 强度：235N/mm2 C30混凝土 密度：2450kg/m3 强度：14.3N/mm2 一.钢结构的特点和应用1. 钢结构的特点（2）塑性、韧性好塑性和韧性是概念上完全不同的两个物理量塑性承受静力荷载时，材料吸收变形能的能力。塑性好，会使结构一般情况下不会由于偶然超载而突然断裂，给人以安全保证 韧性承受动力荷载时，材料吸收能量的多少。韧性好，说明材料具有良好的动力工作性能。 （3）材质均匀，性能稳定，符合力学假定（4）制作简便，施工工期短（5）

3、密闭性好，具有可焊性：容器、管道、闸门（6）耐腐蚀性差：防腐防锈措施（7） 耐热不耐火100以内，强度无影响 150以上，必须进行遮挡处理600左右，钢材进入塑性，无承载能力措施：防火涂料、防火漆、外包混凝土（8） 低温冷脆 钢结构在低温和其他条件下，可能发生脆性断裂，这应引起设计者的特别注意。1.2 钢结构的应用范围（1）重：重工业厂房（2）大：大跨度结构（3）高：高层建筑、高耸结构（4）动：受动荷载作用的结构（5）轻：荷载较小的轻钢结构（6）拆：可拆装的结构二、空间结构的概念1、空间结构的概念 空间结构： 凡是建筑结构的形体成三维空间状并具有三维受力特性、呈立体工作状态的结构称为空间结构。

4、 与平面结构的区别 2、空间结构的历史与发展 自然界起源：如蛋壳、肥皂泡、蜘蛛网、蜂窝等 空间结构的建筑美观性 空间结构的材料 空间结构的发展水平已成为一个国家建筑技术水平的标志3、空间结构的分类(1)刚性空间结构：薄壁空间结构 、网架结构网和壳结构等。(2)柔性空间结构:悬索结构 、充气结构 、张拉整体结构和薄膜结构等。 (3)杂交空间结构:拉索预应力空间网架（网壳）结构、斜拉空间网架（网壳）结构、索桁结构和悬索空间网格结构等。 1、空间结构的基本特征 三、空间结构技术与应用（1）空间结构是现代建筑结构 当前的空间结构型式，许多是继承了传统的结构，比如： 悬索结构公元前200多年，汉朝，铁链

5、悬桥； 膜结构古时的牧民和军队使用的牛皮或布等制作的帐篷； 开合结构公元82年的古罗马大剧场就有雏形； 网壳结构1893年就已建造，之后得到发展； 网架结构从1944年已经开始发展； （2）建筑与结构的协调与统一 空间钢结构是建筑与结构的协调与统一，是建筑与结构协同发展的典型空间结构的建筑结构学。 几个例子。济州体育场首都机场扩建工程 国家体育场 国家体育场总占地面积21公顷，建筑面积 258,000m2。平面为椭圆形,长轴340m ,短轴292m。屋盖中间设185.3mX127.5m开口。 “鸟巢”钢结构总重4.2万吨。水立方游泳馆新建南通体育馆 南通体育场国内第一个大型体育场的开闭顶工程。

6、它结构新颖，造型独特。钢结构部分由主拱桁架、副拱桁架、斜拱及内环拱组成，屋盖部分还有固定网壳和活动网壳。其中主拱桁架最大跨度262，矢高55.4m，结构形式非常复杂，安装难度国内罕见。 （3）结构型式丰富多样，适应各种跨度，结构的效率高，自重轻（4）制作与安装技术先进、工艺简单 日本：川口卫 攀达穹顶 （Panda Dome）攀达穹顶体系施工工程2、现代空间结构的几种形式和应用 2.1 空间网格结构螺栓球节点焊接球节点螺栓球网架杆件(1) 网架结构（平板网格结构）网架结构是一种空间杆系结构，受力杆件通过结点有机的结合起来。 结点一般设计成铰接，杆件主要承受轴力作用 。 由于结构组合有规律，大量

7、的杆和结点的形状、尺寸相同，便于工厂化生产，便于工地安装 。 网架结构一般是高次超静定结构，具有较高的安全储备，能较好的承受集中荷载、动力荷载和非对称荷载，抗震性能好 。 网架结构能适应不同跨度、不同支撑条件的公共建筑和工厂厂房的要求，也能适应不同建筑平面及其组合 。大型公共建筑、工业厂房、大型机库、特种结构、装饰网架、扩建增层等不同领域。1981年5月我国颁布了网架结构设计与施工规定（JGJ780）。 网架结构工程应用：大型厂房体育设施公路收费站首都机场亚洲最大A380机库净跨350.8米，进深110米，下弦高度30米，可同时容纳6架以空客A380和波音747为代表的宽体客机及4架以波音73

8、7为代表的窄体客机，是目前全球不多的能够容纳空客A380的机库之一，也是目前亚洲最大的飞机维修库。(2) 网壳结构（曲面网格结构）网壳结构是一种空间杆系结构，受力杆件通过结点有机的结合起来。 网壳结构则是主要承受薄膜内力的壳体，主要以其合理的形体来抵抗外荷载的作用。 网壳结构一般是高次超静定结构，具有较高的安全储备，能较好的承受集中荷载、动力荷载和非对称荷载，抗震性能好 。同等条件特别是大跨度条件下，网壳要比网架节省不少钢材 。网壳结构外形美观，富于表现，充满变化，改善、丰富了人们的居住环境。 2003年我国颁布了 网壳结构技术规程（JGJ61-2003）。 空间结构天津体育中心体育馆1989

9、年 中原化肥厂散装库1995年 黑龙江速滑馆国家大剧院 位于北京人民大会堂西侧，西长安街以南，总占地面积近12公顷，总建筑面积近15万平方米，总投资30亿元。 该工程外部围护结构为钢结构网壳，是半椭圆球形，东西长轴212.2m，南北短轴143.64m，总高度46.285。某干煤棚工程21m短程线网壳巨蛋网壳结构.镇江巨蛋又称“神州第一蛋”，是高48米、直径38米、斜度23.5度的巨型不锈钢网壳结构。 2.2 悬索结构悬索结构利用钢材良好的受拉性能，用高强钢丝做拉索，加上高强的边缘构件以及下部的支承构件，使得结构自重极大的减小，而跨度大大地增加，除了稳定性较差外，是比较理想的大跨屋盖形式。对于建

10、筑而言，由于拉索显示出柔韧的状态，使得结构形式轻巧且富有动感，也充分显示了结构的特征和结构的美学。 屋盖用悬索结构的冰球馆悬索结构屋面覆盖的世博会展厅 2.3 张拉整体结构(tensegrity)概念是由美国著名建筑师富勒（R. B. Fuller）提出来的，它是“张拉”（Tensile）和“整体”（Integrity）的缩合。这一概念的产生受到大自然的启发。富勒认为宇宙的运行是按照张拉整体的原理进行，即万有引力是一平衡的张力网，而各个星球是这张网中的一个个孤立的点。按照这个思想，张拉整体结构可定义为一组不连续的受压构件与一套连续的受拉单元组成的自支撑、自应力的空间网格结构。由于张拉整体结构固

11、有的符合自然规律的特点，最大限度地利用了材料和截面的特性，因此可以用尽量少的钢材建造超大跨度的建筑。 2.4 膜结构（Membrane Structure）膜结构是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式，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一种作为覆盖结构的空间形状，并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构型式。膜结构可分为两大类： 张拉膜结构 充气膜结构青岛音乐广场的膜结构英国伦敦千年穹顶（D=320m）日本北九州穴生穹顶日本北九州穴生穹顶上海体育场威海体育场张拉膜结构的展示空间2.5 开合结构(Retractable Struct

12、ure)开合结构的出现与人类体育事业的发展密切相关，是当代人类物质文化生活水平发展到相当程度、人们对体育比赛场馆功能要求日益完美的结果。古代的奥运会就是在天然草坪上、在阳光照射与微风吹拂中召开的。人们还是憧憬大自然的天空、大自然的阳光、大自然的风。如果条件允许，敞开式体育场是受观众和运动员欢迎的。因此，开合式屋盖结构应运而生。目前，开合屋盖结构不仅仅应用于体育场馆，而且广泛应用于飞机库、商场、厂房以及需要晾晒的仓储建筑。开合结构的开合方式： 水平移动、重叠方式、折叠方式 混合方式日本宫崎市的海洋穹顶（Ocean Dome）丰田体育场札幌穹顶日本大分体育馆2.6 折叠结构（Deployable

13、Structure）折叠结构是一种用时展开，不用时可折叠收起的结构。从这个意义上说，有着悠久的历史，广为人们所熟悉的雨伞或遮阳伞就是一种折叠结构。这表明折叠结构的思想自古有之，但折叠结构用于建筑领域并形成相应的设计计算理论却是近几十年的事。1961年西班牙建筑师P. Pinero展出了他的作品一个可折叠移动的小剧院。优点：一般可以重复使用，且折叠后体积很小，便于运输及储存，与永久性建筑物相比，不仅在施工上省时省力，而且可避免不必要的资金再投入而造成的浪费。应用。生活领域：施工棚、集市大棚、临时货仓； 军事领域：战地指挥所、救护所、装配抢修及野营的帐篷； 航空航天领域：太阳帆、可展式天线等。2.7 玻璃结构玻璃作为建筑材料用于建筑物已经有着很长的历史，但是多用于门、窗、采光带等。近年来随着玻璃性能的不断改进，以及人们对玻璃特性认识的不