北京奥林匹克综合馆72m×83m斜拉网壳结构课件

第5章大跨空间结构新体系一、组合网架

采用钢筋混凝土平板或代肋平板，代替一般钢网架的上弦杆，作为结构的上表层，而形成一种下部是钢结构，上部由混凝土组成的一种新型的空间结构第5章大跨空间结构新体系一、组合网架采用钢筋混凝土平板或11、组合网架的特点：充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优势。结构的承重和维护功能合二为一。组合网架刚度大，抗震性能好。组合网架结构的经济性好。组合网架可适用于圆形、矩形、三角形、扇形等各种形式平面。不仅适用于各种建筑物的屋盖，而且更适用于大柱网、大空间的楼面。组合网架的缺点，上弦节点构造复杂，给制作安装带来一些不便。

第5章大跨空间结构新体系1、组合网架的特点：充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优势。22、组合网架结构的分类（1）按照网架形式来划分

交叉桁架系组合网架。两向正交正放组合网架、两向正交斜放组合网架及三向组合网架。四角锥组合网架。包括正放四角锥组合网架、正放抽空四角锥组合网架、斜放四角锥组合网架、棋盘形四角锥组合网架及星形四角锥组合网架五种形式三角锥体系组合网架。包括三角锥组合网架、抽空三角锥组合网架及蜂窝形三角锥组合网架三种形式。第5章大跨空间结构新体系2、组合网架结构的分类（1）按照网架形式来划分第5章大跨3两向正交类组合网架结构。包括两向正交正放组合网架结构、正放四角锥组合网架结构、正放抽空四角锥组合网架结构及棋盘形四角锥组合网架结构共四种形式的组合网架结构。两向斜交类组合网架结构。包括两向正交斜放组合网架结构、斜放四角锥组合网架结构及星型四角锥组合网架结构共三种形式的组合网架结构。三向类组合网架结构。包括三向组合网架结构、三角锥组合网架结构及抽空三角锥组合网架结构共三种形式的组合网架结构。蜂窝形三角锥组合网架结构。第5章大跨空间结构新体系（2）按照上弦板的搁置方式划分两向正交类组合网架结构。包括两向正交正放组合网架结构、正放四4周边支承组合网架结构。把周边所有组合网架支座节点搁置在柱、梁及墙等支承结构上。点支承组合网架结构。周边支承与点支承相结合。包括相邻两边支承与点支承结合和一边支承与点支承相结合。（3）根据支承布置情况划分第5章大跨空间结构新体系周边支承组合网架结构。把周边所有组合网架支座节点搁置在柱、梁53、组合网架的计算要点

将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力、面力和弯矩的梁元和板壳元；将腹杆和下弦作为承受轴力的杆元，并应考虑两种不同材料的材性。组合网架结构也可采用空间杆系有限元法作简化计算。分析时将组合网架的带肋平板等代为仅能承受轴力的上弦，并与腹杆和下弦构成两种不同材料的等代网架，按空间杆系有限元法进行内力位移计算。第5章大跨空间结构新体系3、组合网架的计算要点将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力6二、斜拉结构

斜拉结构通常是由塔柱、屋盖结构和斜拉索组合而成，斜拉索上端悬挂在塔柱上，下端与屋盖相连，三者共同工作而形成的结构体系。第5章大跨空间结构新体系北京奥林匹克综合馆72m×83m斜拉网壳结构二、斜拉结构斜拉结构通常是由塔柱、屋盖结构和斜拉7第5章大跨空间结构新体系斜拉索为主体结构提供中间弹性支承点，减小主体结构支承点间的距离，增加了结构的刚度，可以以较小的截面尺寸跨越较大的空间。能充分发挥拉索抗拉强度高和屋盖结构抗弯、压、拉强度高的优点。预应力杂交结构体系，由于高强度预应力拉索的引入使钢材强度的利用更加充分，结构自重降低；1、斜拉结构的特点第5章大跨空间结构新体系斜拉索为主体结构提供中间弹性支承点8对拉索施加预张力后，一方面可明显改变结构的受力状态，使结构受力均匀，提高结构的刚度；另外也可以避免拉索出现松弛，退出工作。结构体系以索取代立柱，形成室内无阻挡的大空间，易于满足各种功能要求；造型优美。斜置的拉索与高耸的塔柱有机的结合，融合建筑技术与艺术于一体，可以形成轻巧、造型富于变化的、丰富多姿的建筑形体。暴露在外的主体承重结构形态各异，粗犷刚劲，建筑造型新颖豪放。第5章大跨空间结构新体系对拉索施加预张力后，一方面可明显改变结构的受力状态，使结构受92、斜拉结构的分类竖琴形（平行）美学效果好；缺点是拉索的倾角较小，使塔柱产生较大的弯矩

辐射形塔的弯矩减小，缺点是多根索汇于塔顶，非常拥挤，造成锚固区应力集中、构造复杂

扇形布置综合了两种索形的优点，是一种比较理想的索形第5章大跨空间结构新体系（1）按布索形式2、斜拉结构的分类竖琴形（平行）第5章大跨空间结构新体系（10斜拉网架斜拉网壳斜拉立体桁架第5章大跨空间结构新体系（2）按建筑物的封闭情况封闭式敞开式半敞开式。当结构为敞开式和半敞开式时，必须考虑风吸力的作用，必要时需设置施加一定预应力的稳定索，以平衡风荷载。（3）按屋盖结构不同斜拉网架第5章大跨空间结构新体系（2）按建筑物的封闭情况11第5章大跨空间结构新体系布鲁塞尔世博会的苏联馆呼和浩特民航机库维修大厅第5章大跨空间结构新体系布鲁塞尔世博会的苏联馆呼和浩特民12第5章大跨空间结构新体系2000年建成的浙江省黄龙体育中心主体育场呈圆形，直径247.7m，挑篷屋盖结构采用斜拉网壳体系，斜拉索上端锚固在85m高的预应力混凝土塔筒上，支承看台上部的网壳第5章大跨空间结构新体系2000年建成的浙江省黄龙体育中心132001年建成的深圳市游泳跳水馆（120m×80m钢结构屋盖为预应力钢棒与主次桁架的斜拉组合结构，1榀钢梭形主立体桁架及两侧各四道次立体桁架，沿主桁架成对布置四根桅杆，每桅杆有四根斜拉索(钢棒)

第5章大跨空间结构新体系2001年建成的深圳市游泳跳水馆（120m×80m钢结构屋盖141999年建成的西安国际展览中心斜拉索立体桁架结构（163.3m×82m），32根斜拉索将整个屋盖悬吊在建筑物中部出屋面45m高的16座混凝土塔柱上，桁架间距9m第5章大跨空间结构新体系1999年建成的西安国际展览中心斜拉索立体桁架结构15三、拉索预应力网格结构拉索预应力空间网格结构由钢索和空间网格结构（网架、网壳、组合网架及组合网壳等）结构，通过张拉钢索对空间网格结构施加预应力，钢索和空间网格结构形成自相平衡体系，而不需要其他构件承受钢索的拉力。

第5章大跨空间结构新体系攀枝花市体育馆预应力组合网架结构三、拉索预应力网格结构拉索预应力空间网格结构由钢索和16拉索预应力网格结构可以方便地通过拉索的布置和索力的调整，按照设计人员的设计意图有效地调节结构内力和刚度的分布，从而提高结构承载力和控制结构变形，改善结构的受力性能。建筑设计的角度来看，拉索预应力网格结构只在网格结构中适当地布置少数拉索便可有效改善结构的受力性能，通常并不影响建筑造型的使用功能。同时由于预应力的引入，使得结构受力更趋于合理，因此拉索预应力网格可以适应更大的跨度，满足大空间建筑的要求。第5章大跨空间结构新体系1、拉索预应力网格结构的特点和分类拉索预应力网格结构可以方便地通过拉索的布置和索力的调整，按照17从制作和施工的角度来看，目前网格结构加工、安装技术已非常成熟，预应力拉索的材料、锚固系统、施工张拉和控制技术也非常完善，新材料和新工艺也不断涌现，为预应力网格结构的工程实现提供了有利的保证。从经济的角度来看，采用预应力的网格结构可以较大幅度地节省钢材，其技术经济指标可观。第5章大跨空间结构新体系上海国际购物中心预应力组合网架结构从制作和施工的角度来看，目前网格结构加工、安装技术已非常成熟182、拉索预应力网格结构分类

桁内配索预应力网格结构桁外配索预应力网格结构

第5章大跨空间结构新体系1）按拉索布置形式2、拉索预应力网格结构分类桁内配索预应力网格结构第5章19直线配索预应力网格结构折线配索预应力网格结构单次预应力网格结构多次预应力网格结构拉索预应力空间网格结构的工作原理实际上是一个内力代换的过程，即将网格结构中由于外荷载产生的一部分内力，逐步转换到由拉索承担，内力替换的过程可以一次到位，也可以分多次逐步进行。

第5章大跨空间结构新体系2）按拉索的类型3）按施加预应力次数直线配索预应力网格结构第5章大跨空间结构新体系2）按拉索的20四、张弦结构

张弦结构由三类基本构件组成，即可以承受弯矩和压力的上弦刚性构件（通常为梁、拱或桁架）、下弦的高强度拉索以及连接两者之间的撑杆。第5章大跨空间结构新体系梁拱桁架张弦结构+=索四、张弦结构张弦结构由三类基本构件组成，即可以承受21第5章大跨空间结构新体系第5章大跨空间结构新体系221、张弦结构特点

张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。对张弦结构中的索施加一定的预拉力，既可使索具有适当的初始绷紧度，又可以使桁架或梁产生反挠度，减小结构在荷载作用下的最终挠度。撑杆对上弦刚性构件提供弹性支撑，使上弦内力分布趋于均匀，从而达到改善结构受力性能的目的。上弦的刚性构件采用拱或桁架拱时，在荷载作用下拱的水平推力由下弦的抗拉构件承受，减轻拱对支座产生的负担，减少滑动支座的水平位移。上弦刚性构件和拉索协同工作，达到自平衡，充分发挥了每种材料的性能。第5章大跨空间结构新体系1、张弦结构特点张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时232、张弦结构的分类

1）平面张弦结构第5章大跨空间结构新体系

（a）直线型（b）拱形（c）人字拱形2、张弦结构的分类1）平面张弦结构第5章大跨空间结构新24第5章大跨空间结构新体系2）空间张弦结构双向张弦结构辐射式张弦结构单向张弦结构第5章大跨空间结构新体系2）空间张弦结构双向张弦结构单25第5章大跨空间结构新体系上海浦东国际机场航站楼张弦屋盖结构办票大厅的张弦梁屋盖跨度最大，水平投影跨度达到82.6m，每榀张弦梁纵向间距为9m。该张弦梁结构上下弦均为圆弧形，上弦构件由3根方钢管构成（其中主弦、两侧副均为焊接方钢管，主副弦之间以短钢管相连），撑杆为圆钢管，下弦拉索采用平行钢丝束。第5章大跨空间结构新体系上海浦东国际机场航站楼张弦屋盖结构26上海浦东国际机场航站楼广州国际会议展览中心上海浦东国际机场航站楼广州国际会议展览中心27第5章大跨空间结构新体系广州国际会议展览中心张弦桁架跨度为126.6m，南北高差为3.2m，桁架间距为15m。桁架使用倒三角形截面钢管桁架。第5章大跨空间结构新体系广州国际会议展览中心张弦桁架跨度为28第5章大跨空间结构新体系黑龙江国际会议体育中心张弦桁架屋盖结构建筑中部由35榀128m跨的预应力张弦桁架覆盖，桁架间距为15m第5章大跨空间结构新体系黑龙江国际会议体育中心张弦桁架屋盖29第5章大跨空间结构新体系

国家体育馆单曲面双向张弦桁架预应力钢结构，上弦为纵横正交的平面管桁架；下层为预应力张拉索，穿过钢撑杆下端的铸钢双向夹索节点，形成双向空间预应力索网。（a）全貌(b)内景第5章大跨空间结构新体系国家体育馆单曲面双向张弦桁30第5章大跨空间结构新体系一、组合网架

采用钢筋混凝土平板或代肋平板，代替一般钢网架的上弦杆，作为结构的上表层，而形成一种下部是钢结构，上部由混凝土组成的一种新型的空间结构第5章大跨空间结构新体系一、组合网架采用钢筋混凝土平板或311、组合网架的特点：充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优势。结构的承重和维护功能合二为一。组合网架刚度大，抗震性能好。组合网架结构的经济性好。组合网架可适用于圆形、矩形、三角形、扇形等各种形式平面。不仅适用于各种建筑物的屋盖，而且更适用于大柱网、大空间的楼面。组合网架的缺点，上弦节点构造复杂，给制作安装带来一些不便。

第5章大跨空间结构新体系1、组合网架的特点：充分发挥钢材受拉和混凝土受压的优势。322、组合网架结构的分类（1）按照网架形式来划分

交叉桁架系组合网架。两向正交正放组合网架、两向正交斜放组合网架及三向组合网架。四角锥组合网架。包括正放四角锥组合网架、正放抽空四角锥组合网架、斜放四角锥组合网架、棋盘形四角锥组合网架及星形四角锥组合网架五种形式三角锥体系组合网架。包括三角锥组合网架、抽空三角锥组合网架及蜂窝形三角锥组合网架三种形式。第5章大跨空间结构新体系2、组合网架结构的分类（1）按照网架形式来划分第5章大跨33两向正交类组合网架结构。包括两向正交正放组合网架结构、正放四角锥组合网架结构、正放抽空四角锥组合网架结构及棋盘形四角锥组合网架结构共四种形式的组合网架结构。两向斜交类组合网架结构。包括两向正交斜放组合网架结构、斜放四角锥组合网架结构及星型四角锥组合网架结构共三种形式的组合网架结构。三向类组合网架结构。包括三向组合网架结构、三角锥组合网架结构及抽空三角锥组合网架结构共三种形式的组合网架结构。蜂窝形三角锥组合网架结构。第5章大跨空间结构新体系（2）按照上弦板的搁置方式划分两向正交类组合网架结构。包括两向正交正放组合网架结构、正放四34周边支承组合网架结构。把周边所有组合网架支座节点搁置在柱、梁及墙等支承结构上。点支承组合网架结构。周边支承与点支承相结合。包括相邻两边支承与点支承结合和一边支承与点支承相结合。（3）根据支承布置情况划分第5章大跨空间结构新体系周边支承组合网架结构。把周边所有组合网架支座节点搁置在柱、梁353、组合网架的计算要点

将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力、面力和弯矩的梁元和板壳元；将腹杆和下弦作为承受轴力的杆元，并应考虑两种不同材料的材性。组合网架结构也可采用空间杆系有限元法作简化计算。分析时将组合网架的带肋平板等代为仅能承受轴力的上弦，并与腹杆和下弦构成两种不同材料的等代网架，按空间杆系有限元法进行内力位移计算。第5章大跨空间结构新体系3、组合网架的计算要点将组合网架的带肋平板离散成能承受轴力36二、斜拉结构

斜拉结构通常是由塔柱、屋盖结构和斜拉索组合而成，斜拉索上端悬挂在塔柱上，下端与屋盖相连，三者共同工作而形成的结构体系。第5章大跨空间结构新体系北京奥林匹克综合馆72m×83m斜拉网壳结构二、斜拉结构斜拉结构通常是由塔柱、屋盖结构和斜拉37第5章大跨空间结构新体系斜拉索为主体结构提供中间弹性支承点，减小主体结构支承点间的距离，增加了结构的刚度，可以以较小的截面尺寸跨越较大的空间。能充分发挥拉索抗拉强度高和屋盖结构抗弯、压、拉强度高的优点。预应力杂交结构体系，由于高强度预应力拉索的引入使钢材强度的利用更加充分，结构自重降低；1、斜拉结构的特点第5章大跨空间结构新体系斜拉索为主体结构提供中间弹性支承点38对拉索施加预张力后，一方面可明显改变结构的受力状态，使结构受力均匀，提高结构的刚度；另外也可以避免拉索出现松弛，退出工作。结构体系以索取代立柱，形成室内无阻挡的大空间，易于满足各种功能要求；造型优美。斜置的拉索与高耸的塔柱有机的结合，融合建筑技术与艺术于一体，可以形成轻巧、造型富于变化的、丰富多姿的建筑形体。暴露在外的主体承重结构形态各异，粗犷刚劲，建筑造型新颖豪放。第5章大跨空间结构新体系对拉索施加预张力后，一方面可明显改变结构的受力状态，使结构受392、斜拉结构的分类竖琴形（平行）美学效果好；缺点是拉索的倾角较小，使塔柱产生较大的弯矩

辐射形塔的弯矩减小，缺点是多根索汇于塔顶，非常拥挤，造成锚固区应力集中、构造复杂

扇形布置综合了两种索形的优点，是一种比较理想的索形第5章大跨空间结构新体系（1）按布索形式2、斜拉结构的分类竖琴形（平行）第5章大跨空间结构新体系（40斜拉网架斜拉网壳斜拉立体桁架第5章大跨空间结构新体系（2）按建筑物的封闭情况封闭式敞开式半敞开式。当结构为敞开式和半敞开式时，必须考虑风吸力的作用，必要时需设置施加一定预应力的稳定索，以平衡风荷载。（3）按屋盖结构不同斜拉网架第5章大跨空间结构新体系（2）按建筑物的封闭情况41第5章大跨空间结构新体系布鲁塞尔世博会的苏联馆呼和浩特民航机库维修大厅第5章大跨空间结构新体系布鲁塞尔世博会的苏联馆呼和浩特民42第5章大跨空间结构新体系2000年建成的浙江省黄龙体育中心主体育场呈圆形，直径247.7m，挑篷屋盖结构采用斜拉网壳体系，斜拉索上端锚固在85m高的预应力混凝土塔筒上，支承看台上部的网壳第5章大跨空间结构新体系2000年建成的浙江省黄龙体育中心432001年建成的深圳市游泳跳水馆（120m×80m钢结构屋盖为预应力钢棒与主次桁架的斜拉组合结构，1榀钢梭形主立体桁架及两侧各四道次立体桁架，沿主桁架成对布置四根桅杆，每桅杆有四根斜拉索(钢棒)

第5章大跨空间结构新体系2001年建成的深圳市游泳跳水馆（120m×80m钢结构屋盖441999年建成的西安国际展览中心斜拉索立体桁架结构（163.3m×82m），32根斜拉索将整个屋盖悬吊在建筑物中部出屋面45m高的16座混凝土塔柱上，桁架间距9m第5章大跨空间结构新体系1999年建成的西安国际展览中心斜拉索立体桁架结构45三、拉索预应力网格结构拉索预应力空间网格结构由钢索和空间网格结构（网架、网壳、组合网架及组合网壳等）结构，通过张拉钢索对空间网格结构施加预应力，钢索和空间网格结构形成自相平衡体系，而不需要其他构件承受钢索的拉力。

第5章大跨空间结构新体系攀枝花市体育馆预应力组合网架结构三、拉索预应力网格结构拉索预应力空间网格结构由钢索和46拉索预应力网格结构可以方便地通过拉索的布置和索力的调整，按照设计人员的设计意图有效地调节结构内力和刚度的分布，从而提高结构承载力和控制结构变形，改善结构的受力性能。建筑设计的角度来看，拉索预应力网格结构只在网格结构中适当地布置少数拉索便可有效改善结构的受力性能，通常并不影响建筑造型的使用功能。同时由于预应力的引入，使得结构受力更趋于合理，因此拉索预应力网格可以适应更大的跨度，满足大空间建筑的要求。第5章大跨空间结构新体系1、拉索预应力网格结构的特点和分类拉索预应力网格结构可以方便地通过拉索的布置和索力的调整，按照47从制作和施工的角度来看，目前网格结构加工、安装技术已非常成熟，预应力拉索的材料、锚固系统、施工张拉和控制技术也非常完善，新材料和新工艺也不断涌现，为预应力网格结构的工程实现提供了有利的保证。从经济的角度来看，采用预应力的网格结构可以较大幅度地节省钢材，其技术经济指标可观。第5章大跨空间结构新体系上海国际购物中心预应力组合网架结构从制作和施工的角度来看，目前网格结构加工、安装技术已非常成熟482、拉索预应力网格结构分类

桁内配索预应力网格结构桁外配索预应力网格结构

第5章大跨空间结构新体系1）按拉索布置形式2、拉索预应力网格结构分类桁内配索预应力网格结构第5章49直线配索预应力网格结构折线配索预应力网格结构单次预应力网格结构多次预应力网格结构拉索预应力空间网格结构的工作原理实际上是一个内力代换的过程，即将网格结构中由于外荷载产生的一部分内力，逐步转换到由拉索承担，内力替换的过程可以一次到位，也可以分多次逐步进行。

第5章大跨空间结构新体系2）按拉索的类型3）按施加预应力次数直线配索预应力网格结构第5章大跨空间结构新体系2）按拉索的50四、张弦结构

张弦结构由三类基本构件组成，即可以承受弯矩和压力的上弦刚性构件（通常为梁、拱或桁架）、下弦的高强度拉索以及连接两者之间的撑杆。第5章大跨空间结构新体系梁拱桁架张弦结构+=索四、张弦结构张弦结构由三类基本构件组成，即可以承受51第5章大跨空间结构新体系第5章大跨空间结构新体系521、张弦结构特点

张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。对张弦结构中的索施加一定的预拉力，既可使索具有适当的初始绷紧度，又可以使桁架或梁产生反挠度，减小结构在荷载作用下的最终挠度。撑杆对上弦刚性构件提供弹性支撑，使上弦