空间钢结构的概念与应用二

ModernSpatialStructures大跨空间钢结构山东科技大学钢结构研究所王来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（SpatialGridStructures）2张拉整体结构（TensegrityStructures）3膜结构（MembraneStructures）4开合结构（RetractableStructures）5折叠结构（DeployableStructures）6玻璃结构（GlassifiedStructures）7其他的结构型式（OthertypesofStructures）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）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。

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。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（PandaDome）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雪球节被点螺栓恐球网塑架杆谢件(1屠)见网架文结构弄（平捉板网化格结法构）网架结竟构是一秩种空间退杆系结维构，受岔力杆件仙通过结始点有机戴的结合搂起来。结点崖一般花设计陪成铰指接，迁杆件刃主要艘承受涨轴力淹作用妹。由于予结构什组合始有规惠律，裤大量陷的杆修和结含点的防形状箩、尺刮寸相甘同，昨便于惰工厂息化生秀产，捎便于纳工地范安装钢。网架佣结构阁一般休是高夜次超芒静定得结构核，具戏有较赔高的洪安全角储备购，能行较好朝的承眨受集权中荷黎载、借动力籍荷载粪和非秘对称胆荷载屡，抗诵震性竞能好烈。网架速结构季能适安应不专同跨降度、筝不同阀支撑兴条件守的公果共建讨筑和济工厂司厂房脚的要亮求，罩也能婆适应镜不同颂建筑维平面拘及其醋组合。大型公尖共建筑桑、工业慨厂房、廉大型机孟库、特酬种结构郑、装饰底网架、造扩建增眨层等不役同领域销。19寺81年5月我国宰颁布了《网架踪蝶结构粱设计民与施虎工规断定》（JGJ赖7—8喉0）。网架结壁构工程扑应用：转大型厂退房体育设迈施公路收蜻费站首都机祝场亚洲雀最大A坑380刷机库净跨爷35薪0.慎8米狼，进隆深1驶10喜米，谋下弦最高度筋30哗米，斯可同岗时容越纳6效架以念空客武A3壶80黄和波杀音7票47治为代权表的秆宽体而客机剪及4柳架以坑波音罢73挂7为样代表最的窄掏体客赔机，眼是目闪前全骨球不岗多的军能够蓝容纳总空客避A3棍80置的机丘库之守一，百也是目前亚锯洲最大蝇的飞机辞维修库飘。(2)镜网壳攻结构（央曲面网量格结构貌）网壳结叮构是一桑种空间屋杆系结降构，受始力杆件焦通过结飘点有机铲的结合菌起来。网壳结预构则是娘主要承私受薄膜其内力的畜壳体，合主要以忘其合理汉的形体历来抵抗弱外荷载隆的作用祥。网壳极结构雁一般川是高缎次超舅静定洽结构共，具幕有较董高的翻安全泉储备混，能苦较好湿的承允受集陶中荷迹载、奶动力嚷荷载皮和非气对称如荷载睛，抗毙震性堵能好秧。同等朴条件液特别粘是大赏跨度脆条件回下，烦网壳抖要比雾网架清节省钩不少走钢材芬。网壳结批构外形穗美观，轮富于表隆现，充渐满变化条，改善塞、丰富携了人们叔的居住然环境。200撤3年我夫国颁布饭了《悬网壳结螺构技术盯规程》稼（JG纸J61内-20经03）碗。空间割结构天津体爬育中心哪体育馆198潮9年届中原化退肥厂散旨装库199屠5年蓝黑龙江察速滑馆国家向大剧铜院位于伙北京居人民轨大会适堂西希侧，雹西长志安街硬以南歌，总弯占地粱面积盛近1挽2公样顷，桐总建番筑面情积近怎15列万平个方米鱼，总屈投资蜘30淘亿元盐。该工程度外部围所护结构叨为钢结董构网壳炼，是半他椭圆球磨形，东霉西长轴与212干.2m中，南北姨短轴1杀43.乏64m驻，总高过度46斗.28京5。某干唉煤棚恶工程21押m短估程线找网壳巨蛋且网壳途结构盾.懂镇江努巨蛋驰又称巷“神室州第埋一蛋奸”，奇是高坏48蜘米、纱直径浙38咳米、治斜度稀23镰.5飘度的尤巨型奥不锈险钢网均壳结砌构。2.2解悬索饲结构悬索结豆构利用教钢材良荡好的受段拉性能馋，用高岛强钢丝废做拉索许，加上草高强的馅边缘构城件以及床下部的急支承构游件，使艘得结构矿自重极乒大的减睡小，而译跨度大系大地增灿加，除翼了稳定毫性较差嫂外，是坝比较理漫想的大金跨屋盖睬形式。擦对于建酷筑而言脂，由于恩拉索显姜示出柔裙韧的状尊态，使敢得结构引形式轻恢巧且富菊有动感欲，也充昌分显示陡了结构淹的特征伏和结构揪的美学夺。屋盖果用悬器索结云构的厦冰球括馆悬索粮结构拆屋面客覆盖格的世森博会苍展厅2.特3匪张拉谷整体线结构夕(t薄en渠se抚gr斧it谁y)概念毛是由狸美国隆著名食建筑删师富喜勒（孝R.冰B质.严Fu绕ll设er亿）提阵出来橡的，览它是介“张桂拉”嚷（T摊en抹si球le翠）和谎“整肺体”踏（I仇nt成eg闷ri抱ty象）的亮缩合族。这一耻概念道的产度生受增到大额自然蒙的启睡发。蒸富勒霞认为谅宇宙慰的运主行是帜按照呆张拉膨整体赤的原恢理进君行，缩慧即万修有引慌力是绳一平姑衡的股张力滴网，晶而各泼个星岩球是职这张壶网中誉的一符个个碧孤立言的点酱。按照这添个思想滤，张拉野整体结廉构可定婚义为一航组不连舞续的受求压构件那与一套亦连续的泄受拉单惊元组成堡的自支蒜撑、自束应力的菌空间网画格结构浩。由于张幕拉整体墨结构固代有的符用合自然发规律的祝特点，痒最大限纲度地利芝用了材杆料和截赚面的特仍性，因盼此可以买用尽量详少的钢颠材建造兴超大跨熟度的建扒筑。2.泉4窑膜结待构（Me胃mbr袭ane愿St补ruc厕tur邪e）膜结败构是鱼20哑世纪踢中期同发展护起来茫的一贱种新弊型建网筑结蓬构形评式，昂是由斥多种船高强伙薄膜释材料爹及加谦强构查件（牌钢架详、钢沾柱或蛙钢索港）通违过一从定方倚式使殿其内仓部产鞋生一代定的根预张悟应力辆以形短成一毁种作喜为覆章盖结咱构的物空间遭形状绕，并芒能承萌受一绑定的牌外荷淹载作程用的左一种扣空间廊结构县型式启。膜结宵构可睡分为额两大情类：张拉膜输结构充气部膜结塘构青岛音红乐广场寄的膜结细构英国津伦敦驱千年僚穹顶热（D啄=3晚20继m）日本北约九州穴闻生穹顶日本北夕九州穴毛生穹顶上海井体育惩场威海渐体育伙场张拉脖膜结支构的柳展示竖空间2.5卫开合皮结构(R乱et泉ra尺ct胖ab北le溜S昏tr时uc卧tu变re圣)开合结拘构的出膊现与人婚类体育贷事业的午发展密第切相关鞭，是当片代人类挡物质文俯化生活室水平发板展到相罪当程度毛、人们菠对体育胖比赛场手馆功能王要求日皱益完美涝的结果成。古代唯的奥伏运会转就是伐在天挺然草腾坪上扑、在繁阳光蠢照射梯与微典风吹胁拂中附召开促的。人们还娃是憧憬蠢大自然描的天空招、大自病然的阳介光、大换自然的腰风。如奸果条件诱允许，兴敞开式刊体育场嘴是受观御众和运掘动员欢晌迎的。颤因此，悔开合式河屋盖结害构应运繁而生。目前停，开膏合屋削盖结春构不恭仅仅庆应用蹦于体盒育场旁馆，肢而且爷广泛材应用技于飞臭机库久、商仅场、盒厂房删以及品需要柏晾晒由的仓饿储建棍筑。开合狡结构纸的开要合方饰式：水平移金动、重概叠方式趣、折叠灰方式混合方掠式日本搅宫崎昂市的宪海洋灾穹顶误（O弱ce苗an蚊D酒om派e）丰田体转育场札幌穹圣顶日本大续分体育绣馆2.菌6钟折叠傻结构（D例ep粗lo溉ya脊bl羊e谊St晌ru截ct居ur吗e）折叠结瓦构是一名种用时曲展开，霞不用时牺可折叠袋收起的蛾结构。从这个腊意义上闭说，有证着悠久手的历史营，广为糖人们所解熟悉的既雨伞或偿遮阳伞瞒就是一兼种折叠鞠结构。这表坊明折滔叠结内构的稿思想皆自古疯有之夸，但饮折叠饼结构半用于娇建筑迹领域悦并形弄成相私应的调设计典计算智理论您却是约近几元十年雀的事散。196络1年西梦班牙建董筑师P灾.P永ine蛇ro展怪出了他术的作品选——一育个可折散叠移动煮的小剧饱院。优点后：一养般可萄以重债复使接用，眠且折无叠后揭体积著很小差，便席于运励输及穷储存棒，与庭永久帅性建任筑物烛相比魄，不仍仅在众施工湖上省尤时省务力，裤而且栋可避重免不软必要壤的资杜金再贺投入殊而造师成的贞浪费个。应用井。生比活领雁域：蒜施工锐棚