建筑结构体系353

第一章梁第一节梁的形式一、梁的型式（一）梁按材料分类：石梁、木梁、钢梁、钢筋混凝土梁、预应力混凝土及钢－钢筋混凝土组合梁

石结构帕提农神庙阿提密斯是希腊的狩猎女神，阿拉伯人称她Lat，埃及人稱她依西斯(Isis)，而罗马人則稱她為戴安娜(Diana)，在古代的希臘阿提密斯女神深受敬仰，因此興建了七大奇观之一──阿提密斯神殿。阿提密斯神殿卢克索神庙石桥石结构特点：跨度可达8-9m

抗压强度大、抗拉很低、自重大木结构小品木结构木节点木结构桁架故宫太和殿故宫太和殿木结构特点：跨度可达11m

抗压、抗拉强度都较大、自重轻、防腐、防蛀、防火性能差、资源有限。但现代胶合木结构具有良好的防腐、防蛀、防阻燃的性能混凝梁钢筋砼结构特点：跨度可达12m（主要受裂缝限制），预应力混凝土梁可达18m，也有超过30m的工程实例受力明确、构造简单、施工方便、造价低、自重大

钢结构钢结构

（上海中心）钢梁截面大样钢结构特点：跨度可达11m

材料强度大、材质均匀、自重轻、防腐、防火性能差、造价及维修费用高。第二节梁的受力与变形

梁主要承受垂直于梁轴线方向的荷载作用，其内力主要为弯矩和剪力，有时也伴有扭矩或轴力。2007年元宵节，中国北方地区遭受了罕见的大雪灾，沈阳雪灾后厂房梁的变形梁的变形第二章桁架结构第一节桁架结构的受力特点一、桁架结构的组成竖腹杆斜腹杆上弦杆下弦杆二、桁架结构计算的假定组成桁架的所有各杆都是直杆，所有各杆的中心线都在同一平面内，这一平面称为桁架的中心平面；桁架的杆件与杆件相连接的节点均为铰接节点；

（简化模型的关键）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，并集中作用于节点上。（即桁架结构仅受节点荷载作用）（现实中难以完全实现）木材－隼接－接近铰接；钢材－铆接、焊接－接近刚接；钢筋砼－整体浇筑－刚接可能使桁架产生非节点力的情况：1、屋面板的宽度和桁架上弦的节间长度不等－－节间荷载和弯矩；2、吊顶梁间距与下弦节间长度不等－－节间荷载和弯矩；为保证桁架只受节点力，所采取的措施：1、桁架节间的划分应考虑屋面板、檩条、吊顶的布置要求，使荷载尽量作用在节点上；2、采用再分式屋架。（图2-1-3）三、桁架结构的内力特点：以轴力为主，但各杆件受力大小不均匀。因此，各杆件的材料强度不能被充分的发挥。根据受力特点，桁架分为平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、折线形桁架。1、平行弦桁架受力特点：轴力：上弦－中间大两边小下弦－变化小，分布均匀剪力：腹杆－与图吻合，变化大2、三角形桁架受力特点：轴力：弦杆－中间小两边大（变化规律为抛物线型）3、折线型桁架－高度变化接近抛物线型受力特点：轴力：弦杆－分布均匀第二节屋架结构的型式一、木屋架二、钢－木组合屋架三、钢屋架桁架结构轻型钢屋架四、轻钢屋架五、混凝土屋架砼预制屋架名称高跨比适宜跨度备注木屋架三角形1/5～1/418m以内梯形1/5～1/412～18m钢－木组合屋架三角形1/6～1/5或1/7～1/612～18m梯形1/7～1/618～24m钢屋架三角形1/4～1/6梯形1/6～1/10轻型钢屋架1/2～1/3或1/12～1/8混凝土屋架梯形型1/10～1/12折线型1/3～1/4拱形型1/6～1/8不同型式屋架主要参数对比表一、屋架结构的主要尺寸包括矢高：一般矢高可可取跨度的1/10～1/5坡度：一般不小于1/3二、屋架结构的选型主要考虑房屋的用途、建筑造型、屋面防水构造、屋架的跨度、结构材料的供应、施工技术条件等因素第三节屋架结构的选型与布置三、屋架结构的布置屋架结构布置主要包括屋架结构的跨度、间距、标高，主要考虑建筑外观造型及建筑使用功能方面的要求来决定四、屋架结构的支撑屋架支撑包括设置在屋架之间的垂直支撑、水平支撑、水平系杆以及设置在上、下弦平面内的横向支撑和通常设置在下弦平面内的纵向水平支撑。屋盖结构简图竖向支撑第五节桁架的其他型式一、立体桁架倒三角形支撑二、刚接桁架月牙型屋架三、主次桁架结构体系四、桁架结构在多层与高层建筑结构中的应用第三章单层刚架结构几个重要概念：

1、刚架结构：指梁、柱之间为刚性连接的结构。2、排架：当梁与柱之间为铰接的单层结构，一般称为排架。

3、框架：多层多跨的刚架结构为框架。

4、门式刚架：单层刚架也称为门式刚架。第一节单层刚架结构的受力特点一、约束条件对结构内力的影响刚架结构并不是十分合理的结构。一方面因为它与连续梁相似，仍为利用梁、柱截面来承受荷载的结构。另一方面因为它是一个典型的平面结构，在其自身平面外的刚度极小，必须布置适当的支撑。斜向支撑二、梁柱线刚度对比对结构内力的影响三、门式刚架的高跨比对结构内力的影响根据推力线的形状可以看出，刚架高度的减小将使支座处水平推力增大。四、结构构造对构造内力影响五、温度变化对结构内力的影响六、支座移动对结构内力影响第二节单层刚架结构的形式单层刚架结构的型式从结构受力条件看，可分为：无铰刚架、两铰刚架、三铰刚架；从结构材料看，分为：胶合木结构、钢结构、混凝土结构从构件截面看，可分为实腹式刚架、空腹式刚架、格构式刚架、等截面与变截面从建筑型式看，有平顶、坡顶、拱顶、单跨与多跨；从施工技术看，有预应力刚架和非预应力刚架一、胶合木刚架结构优点：

1、不受原木尺寸的限制；

2、可剔除木节等缺陷以提高强度；

3、具有较好的防腐和耐燃性能

4、可以提高生产效率；

5、胶合木桁架还具有构造简单、造型美观且便于运输安装。胶合木构架小品

胶合木构件的连接方法二、钢刚架结构实腹式刚架适用于跨度不是很大的结构，常做成两铰式结构，结构外露，外形可以做得比较美观。结构外形比较美观

实腹式刚架横梁高度一般取跨度的1/12~1/20；在水平面内设置拉杆，并施加预应力对刚架横梁产生卸荷力矩及反拱，这时横梁高度可取跨度的1/30~1/40。格构式刚架结构特点：使用范围较大，且具有刚度大、耗钢省等优点。格构式刚架的梁高可取跨度的1/15~1/20。格构式刚架格构柱钢筋混凝土刚架钢筋混凝土屋架四、预应力混凝土刚架预应力孔预应力锚杆钢筋示范预应力梁钢筋示范第三节单层刚架结构的构造与布置一、单层刚架结构的外形单层刚架结构可分为平顶、坡顶、拱顶、单跨、双跨或多跨连续。二、刚架节点的连接构造设计时既要使节点构造与结构计算简图一致，又要使制造、运输、安装方便。三、刚架铰节点的构造（学会看图）四、单层刚架结构的布置五、刚架结构的支撑系统第四节单层刚架结构的工程实例威海体育训练基地威海体育训练基地室内塑胶跑道训练馆第四章拱式结构

拱是以受轴向力为主的结构，这对于混凝土、砖、石等圬（wu）工材料是十分适宜的，它可以充分利用这些材料抗压轻度高的特点，避免它们抗拉强度低的缺点。一、支座反力二、拱身截面的内力M°YAPQ°dQ＝（VA－P）×cos

－H×sin

Q＝Q°×cos

－

H×sin

VAHPQNM

xyN＝－（VA－P）sin

－Hcos

N＝－Q°sin

－Hcos

M＝VA×x－P×d－H×yVA×x－P×dM0M＝M°－H×y↓↓↓↓↓cPalYAYBPHCAB

fHVAVBa↓↓↓↓↓l/2l/2dx三、拱的合理拱轴线在给定荷载作用下使拱内各截面弯矩剪力等于零，只有轴力的拱轴线。第二节拱脚水平推力一、水平推力直接由拉杆承担水平拉杆拱拱脚水平推力由大地承担地下拉杆拱二、水平推力通过刚性水平结构传递给总拉杆

拱的水平推力首先作用在刚性水平构件上，通过刚性水平构件传递给设置在两端山墙内的总拉杆来平衡。体育馆屋顶

三、水平推力由竖向承重结构承担巴黎凯旋门

北京西站四、水平推力直接作用在基础上当地质条件较好或拱脚水平推力较小时，拱的水平推力可直接作用在基础上，通过基础传给地基。第三节拱式结构的型式一、钢结构拱分为实腹式和格构式，格构比较节省材料。格构式拱屋架二、钢筋混凝土拱混凝土拱桥反拱桥第四节拱式结构的选型与布置一、结构支撑方式拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱。二、拱的矢高拱的矢高应满足以下要求：1.矢高应满足建筑使用功能和建筑造型的要求2.矢高的确定应使结构受力合理3.矢高应满足屋面排水构造的要求三、拱身截面高度类型实体拱格构式拱钢拱(1/50~1/80)L(1/30~1/60)L钢筋混凝土拱(1/30~1/40)L四、拱式结构的布置拱式结构可以根据平面的需要交叉布置，构成圆形平面或其他正多边形平面。第五节拱式结构的工程实例

南通体育会展中心整体建筑造型新颖，轮廓线飘逸流畅，具有时代性、标志性及地方性，是一座具有全国一流的体育会展场馆，是新世纪南通城市建设中的一项标志性工程。南通体育会展中心正立面南通体育会展中心背立面南通体育会展中心内部

第五章薄壁空间结构几个重要概念：

1、壳体结构：一般是由上下两个几何曲面构成的空间薄壁结构。这两个曲面之间的距离称为壳体的厚度t。当t不随坐标位置的不同而改变时称为等厚度壳，反之称为变厚度壳。当t远小于壳体的最小曲率半径R时称为薄壳，反之称为厚壳或中厚壳。自然界中的壳体结构鸡蛋河蚌螺蛳蜗牛坚果椰壳飞机轮船碗安全帽伦敦碗效果图伦敦碗结构分解悉尼歌剧院

生物体和建筑物之间有着许多异曲同工之处。生物体和建筑物一样，时刻要受到各种自然力的作用，为了适应这些力的作用，它们在长期的进化过程中形成了各种形态，具有了一定的强度、硬度和稳定性。例如羽茅草和禾本科植物的长叶子往往卷曲成筒形，香蒲植物的叶子构成螺旋状，它们以弯曲的表面增加强度和稳定性。模仿这些植物，人们设计了筒形叶桥。对世界著名的艾菲尔铁塔仔细测量和研究它的结构，发现它与人的小腿骨有着惊人的相似之处，铁塔的每个构件都在重复着小腿骨的结构。另外，一些动物的肢体和桥梁之间也有惊人的相似之处。动物的前后肢就像是两头的桥墩，脊椎恰似桥梁。事实证明，很多省料、有力又美观的建筑结构都是模仿生物的部分或主体结构设计而来的，例如藤蔓植物之与悬索结构，动物蛋壳之与薄壳结构，树干、竹笋之与高耸建筑物，蜂窝与蜂窝结构等等。二、薄壳结构的曲面形式1、旋转曲面2、平移曲面3、直纹曲面旋转曲面1、旋转曲面：由一条片面曲线绕该平面内某一给定的直线旋转一周所形成的曲面称为旋转曲面。平移曲面2、平移曲面：由一条竖向曲线作母线沿另一条竖向曲线（导线）平行移动所形成的曲面称为平移曲面。平移曲面双曲抛物面楼梯平移曲面双曲抛物面双曲抛物面壳：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。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，故应用较广泛直纹曲面直纹曲面：由一条直线（母线）的两端分别沿二固定曲线（导线）平行移动形成的曲面称直纹曲面三、薄壳结构的施工施工方法：

1、现浇混凝土壳体：整体性好、抗震性能好，但不易过薄、不易支摸。

2、各种拼接、预制壳体：可较薄，支摸简单，但抗震性、整体性差。第二节圆顶圆顶是正高斯曲率的旋转曲面壳。北京天文馆一、圆顶的结构组成及结构型式1、壳身结构2、支座环3、支撑结构圆顶的下部支撑结构主要有四种型式（1）圆顶结构通过支座环支撑在房屋的竖向承重构件上。（2）圆顶结构支承在斜柱或斜拱上（3）圆顶结构支撑在框架上（4）圆顶结构直接落地并支撑在基础上。大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST)LAMOST天文台是个直径50米，总高度超过58米，相当于二十层楼高的大型天文观测设备，望远镜总重超过700吨。国家天文台（北京）兴隆观测站

天区面积多目标光纤光谱天文望远镜（LAMOST)结构施工国家天文台（北京）兴隆观测站

二、圆顶的受力特点1、圆顶的破坏图形。由于砖砌体或混凝土的抗拉强度低，故往往在圆顶的下部沿径向出现多条裂缝。壳身开裂后，支座环内的钢筋应力增加，支座环的边框作用日益增强，相当于拉杆对于拱的作用。2、圆顶膜内力。圆顶受力一般均为“轴对称”问题，在同一纬线上的内力均相等。3、支座环的受力。支座环承受壳身边缘传来的推力，该推力使支座在水平面内受拉，在竖向平面内受弯。圆顶的受力特点三、圆顶的结构构造1、圆顶结构壳板厚度一般由构造要求确定，建议可取圆顶半径的1/600。2、在壳板内的受压区域及主拉应力小于混凝土抗拉强度的受拉区域内，可按不低于0.20％的最小配筋率配置构造筋，其直径不小于4mm，间距不超过250mm。3、由于支座环对壳板边缘变形的约束作用，壳板的边缘附近将会产生径向的局部弯矩。设计时应将壳板边缘部分局部加厚，并配置双层筋。4、支座环梁可以为普通钢筋混凝土梁亦可以为预应力混凝土梁。5、当建筑上由于通风采光等要求需在壳体顶部开设孔洞时，应在孔边设圆环加强。6、为方便施工，可采用装配式圆顶结构四、工程实例

罗马小体育馆（1957年）

罗马小体育馆内奈尔维（1891-1978）所设计的罗马小体育馆（1956-1957），是一个直径为60m的圆形平面，屋盖体系是由1620个壁厚为25mm的菱形槽板拼装起来的，在板缝中布筋现浇成肋形而成为波形拱（图1）。整个穹顶像一个反扣过来的荷叶，轻盈灵巧。并用暴露在外的36根Y形斜撑直接支撑在地环上。该建筑无论从外或从内，其力的传递脉络清晰，又不感到在卖弄技术，充分体现简约、对称、和谐的科学美，确具自在美的内涵，所以充分表现了“力量”，显示出体育建筑的特征。该馆由一条条精致的肋所组成的馆内的围合结构，构成了迷人的图案。而Y形斜撑的支撑拱支点很小，并且正好连接着三块菱形槽板，使交织成网的肋都顺势汇合到Y形的斜撑上，并流向地环，正是水银泻地，天衣无缝，无尚的和谐。从内部望去整个穹顶就像悬浮在空中一般，意境似诗如梦。第三节筒壳筒壳亦称柱面壳，它是单向有曲率的薄壳，是零高斯曲率壳。一、筒壳的结构组成筒壳由壳身、侧边构件及横隔三部分组成。二、筒壳的受力特点筒壳结构是横向拱的作用与纵向拱的作用的综合。三、筒壳的结构构造1、短壳短壳的壳板矢高一般不应小于波长的1/8.2、长壳长壳的截面高度建议采用跨长L1的1/10～1/15，其壳板的矢高不应小于波长L2的1/300～1/5003、天窗孔的布置筒壳的天窗孔及其它空洞建议沿纵向布置于壳体的上部。四川省博物馆采光天棚张拉筒壳设计第四节折板1、折板结构是把若干块薄板以一定的角度连接成整体的空间结构体系。折板结构具有筒壳结构受力性能好的优点，同时折板结构截面构造简单、施工方便、模板消耗量少。板的宽度<=3.5m，d<=100mm，否则自重大，横向M大，顶板的宽度应为（0.25~0.4）L2。多波板宜做成等厚，现浇折板的倾角宜<=30

——浇砼L1/L2>=1——长折板，矢高f1>=(1/10~1/15)L1L1/L2<1——短折板，矢高f1>=L2/8，f为截面总高。2、折板受力特点：实际工程中，一般L1/L2>=5——长折板——类似长筒壳对于L1/L2>=3的长折板可按梁理论计算。（1）板的横向计算1m宽板带的计算单元，按多跨连续板，转折边缘处视为连续支座（2）板的纵向计算取一个波长为计算单元，按两端支承在横隔构件上的梁（3）横隔构件的计算由于折板很薄，平面外的刚度很小，所以，折板传给横隔构件的只是沿折板平面内的顺剪力萨拉热窝双折板摩天楼美国伊利诺大学教堂第五节双曲扁壳双曲扁壳：指薄壳的矢高f与被其所覆盖的底面最短边a之间的比值f/a≤1/5的壳体。（微弯平板）是庞大的普通曲面上的一小部分。一、双曲扁壳的结构组成组成：壳身、周边竖直的边缘构件。边缘构件：带拉杆的拱或拱形桁架。双曲扁壳：可以为单波，也可以为双波。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。横隔本身平面内应有足够的刚度,否则壳面将产生很大内力及弯矩。二、特点：矢高小，受力性能和经济效果较好，建筑造型美观。失高/底面短边≤1/5但是为减少壳体边缘处的剪应力和弯曲应力，双曲扁壳不宜太扁；双向曲率不等时：曲率与较小曲率不宜超过2

底面长边与短边之比双曲扁壳允许斜放，但壳体底平面的最大倾角≤10°。双曲扁壳工程实例北京火车站：共6个双曲扁壳第六节双曲抛物面扭壳

一、结构型式及特点是双曲抛物面中沿直纹方向截取出来的一块壳面。稳定性好：下凹方向——如同受拉的索网上凸方向——如同薄拱当一个方向压曲时，另一个方向的拉应力就会增大，所以，提高稳定性。也是直纹曲面，所以，壳面的配筋和模板制作较简便。工程上常用的扭壳是从双曲抛物面中沿直纹方向切取的一部分，可以单块也可以组合成多种型式扭壳，型式新颖，深受欢迎，应用广泛。二、双曲抛物面扭壳的结构组成1、组成：壳板、边缘构件。壳板：双倾单块扭壳：两边落水，四边采光。单倾单块扭壳：两边落水，两边采光。组合型扭壳：四边采光边缘构件（仅受顺剪力作用）：三角形桁架、拉杆人字架、等腰三角形桁架。二、双曲抛物面扭壳的受力特点受力状态很理想。在竖向均布荷载作用下，曲面内仅存在顺剪力。顺剪力平行于直纹方向，且为常数。

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落地扭壳屋盖示意图工程实例：第七节空间薄壁结构的其他型式一、幕结构1、幕结构：由三角形或梯形薄板连接而成。底面为正方形或矩形。受力性能与双曲薄壳相似，施工方便，适合中小跨度的建筑。形式上单跨、双跨均可。组成：折板、侧边构件、下部支撑构件（见下图）。支撑形式：四边支撑、两对边支撑、四角支撑。支撑构件：称重墙、独立柱。幕结构的型式2、幕结构的构造1）幕结构在两个方向的跨度之比不宜大于2。2）失高可取较大跨度的1/8－1/12。3）幕结构顶板的平面尺寸不宜超过相应底边边长的（0.4－0.6)倍，侧板的倾角不宜大于35°。4）当幕结构的跨度小于6～7m时，斜板和水平板可设计成平板；当跨度达7～9m或更大时，折板宜设计成带肋的。5）幕结构布置在侧边构件内的主要受拉钢筋应延伸到支座，并可靠锚固，以便形成环形的圈梁。二、雁形板雁形板:是一种梁板合一的结构，它是以T形板和V形板为基础而形成的一种新的结构型式，以其形似飞行的雁而命名为雁形板。1、雁形板的截面形式雁形板分成普通型、加肋型、拉杆型三类。雁形板雁形板－横向加肋雁形板室内第六章平板网架结构空间网架结构是由许多杆件根据建筑形体要求，按照一定的规律进行布置，通过节点连接组成的一种网状的三维杆系结构。空间网架结构的外形可以为平板状，也可以呈曲面状。前者称为平板网架结构，常简称为网架；后者称为曲面网架或壳形网架结构，常简称为网壳。第一节概述国内、外大量的工程实践说明，网架结构已成为大跨度空间结构中应用最为广泛的结构形式之一。它之所以获得如此快的发展和如此广泛的应用，除了计算机技术的进步为之提供有利条件外，主要是由于网架结构是一种受力性能很好的空间结构体系，并具有以下优越性：1)省钢材。网架系三维受力结构，较平面结构节省材料，网架结构比传统的钢结构节省20％～30％的用钢量，如采用轻屋面经济效果将会更显著。如天津科学宫礼堂1SmX21m，网架用钢量为6．26kg／m2，河南中原机械厂冲压车间18mX60m，网架用钢量为6.76kg／m2；连云港集装箱厂集装箱车间(3X37m)X204m、(227)X156m，网架用钢量18kg／m2。2)抗震性能好。网架结构整体空间刚度大，稳定性能及抗震性能好，安全储备高，对于承受集中荷载，非对称荷载、局部超载、地基不均匀沉陷等均为有利。网格尺寸小，上弦便于设置轻屋面，下弦便于设置悬挂吊车，也可在两个方向设置悬挂吊车，国内一般常用。3）平板网架是一种无水平推力或拉力的空间结构，一般简支在支座上。4）应用范围广。网架结构不仅用于中小跨度的工业民用建筑，如工业厂房、俱乐部，食堂、会议室等，而更适用于大跨结构的公共建筑如体育馆等。首都体育馆(99mX112.2m)共11000m2，耗钢量65kg／m2。上海体育馆(柱内直径110m，共9500m2)，耗钢量47kg／m2。近几年来采用最多的是大柱网的工业厂房，柱网从12mX12m到36mX36m，面积从几千m2到十几万m2，它既适用于周边支承，也适用于三边支承一边开口，或两边支承两边开口，或四点及多点支承，网架结构还适于局部增加集中荷载。5）网架结构易于实现制作安装的工厂化、标准化。6）网架结构占有的空间小，并可利用网架上下弦之间的空间布置各种设备及管道等，能更有效地利用空间、使用方便、经济合理。7）网架的建筑造型新颖、壮观、轻巧、大方，并能直接利用网架上下弦杆件及腹杆的布置形成一些美丽的天花图案，因而为建筑师和业主乐于采用。造型灵活造型灵活第二节平板网架的结构体系及其形式由两向或三向相互交叉的平面桁架所组成。三角锥、四角锥、六角锥平板网架结构一般为双层，有时也有三层。按照杆件的布置规律及网格的格构原理分类，平板网架结构可分为：交叉桁架体系和角锥体系。交叉桁架体系角锥体系两类。注：1.图中周边均表示有边缘杆件，当周边没有圈梁并与支座的连接能保证与网架起共同作用时，也可不设边缘杆件。

2.图中仅表示网架的支承点在上弦节点，需要时支承点也可设在下弦节点。网架结构布置的图例两向正交正放网架一、交叉桁架体系网架的型式有四种：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、三向交叉网架。两向正交斜放网架两向斜交斜放网架三向网架正放四角锥网架二、角锥体系网架。1、四角锥有五种正放抽空四角锥网架棋盘形四角锥网架

斜放四角锥网架星形四角锥网架三角锥网架1、三角锥(3种)抽空三角锥网架蜂窝形三角锥网架第三节网架结构的支承方式1、周边支承网架，该形式傅力直接，受力均匀，是采用最普遍的一种方式。2、三边支承一边开口或两边开口的网架，一般应对非支承边（即自由边）作特别处理，如在自由边附近增加网架层次，加设托梁或托架，增加网架高度等方法。3、点支承网架：可置于4个或多个支承上，采用上弦，下弦或柱帽支承。4、周边与中间点支承相结合的网架，该形式特别适用于大面积的工业厂房或其他类似建筑。周边与中间点支承相结合的网架第四节网架结构的受力特点及其选型网架的受力特点是空间工作，网架的空间工作性能既与结构的支承条件有关，又与杆件的布置有关。一、周边支承网架结构1、周边支承网架结构的受力特点：对于正交桁架体系，在周边支承条件下，网架结构的传力路线犹如双向板结构或交叉梁系结构。对于正交斜放交叉桁架体系的网架，其荷载仍为沿着桁架方向向周边支座传递，但其受力性能却有所不同。2、选型：通过对两向正交正放、两向正交斜放、正放四角锥、正放抽空四角锥网架、斜放四角锥、棋盘形四角锥和星形四角锥网架七种网架的受力和用钢量分析。在荷载、网格尺寸和网架的高度都相同的条件下上述七种网架的单位建筑面积用钢量以斜放四角锥网架最少，其次是棋盘形四角锥和星形四角锥网架。正放四角锥用钢量最高。各种网架的挠度值差别不大，但相对来说，斜放四角锥、星形四角锥和正放四角锥网架的刚度为最好二、四点支承或多点支承网架1、四点支承网架结构的受力特点：当为四点支承时，正交正方网架比正交斜交网架受力合理。2、选型：在四点支承的情况下，正放网格的网架比斜放网格的要好些。从节点构造来看，两向正交正放网架简单一些，起拱或排水坡度均比较方便。三、三边支承的网架参照周边支承网架选型。第五节网架结构主要几何尺寸的确定网架结构的几何尺寸一般指网格的尺寸、网架的高度及腹杆的布置等。一、网架的网格尺寸网格尺寸，主要指上弦杆网格的几何尺寸。网格尺寸的确定与网架的跨度、柱距、屋面构造和杆件材料等有关，还跟网架的结构型式有关。网架短向跨度（L2）上弦网格尺寸网架高度<30m（1/6～1/12)L2（1/10～1/14)L230~60m（1/10～1/16)L2（1/12～1/16)L2>60m（1/12～1/20)L2（1/14～1/20)L2网架上弦网格尺寸及网架高度二、腹杆体系一般来讲，腹杆与上下弦平面的夹角以45°左右为宜，对节点构造有利，倾角过大或过小都不太合理再分式腹杆再分杆

当上弦网格尺寸较大、腹杆过长或上弦节间有集中荷载所用时，为减少压杆的计算长度或跨中弯矩，可采用再分式腹杆。三、悬臂长度四点及多点支承的网架宜设计悬臂，这样可减少网架的跨中弯矩，使网架杆件的内力较为均匀。悬臂段长度一般取跨度的1/4～1/3。单跨网架宜取跨度的1/3左右，多跨网架宜取跨度的1/4左右。第六节网架结构的构造一、杆件截面网架杆件可采用普通型钢和薄壁型钢。管材可采用高频电焊钢管或无缝钢管。杆件的截面应根据承载力和稳定性验算确定。杆件截面最小尺寸，普通型钢不宜小于∠50×3，钢管不宜小于Φ48×2。二、节点平板网架节点交汇的杆件多，且呈立体几何关系，因此，节点的型式和构造对结构的受力性能、制作安装、用钢量及工程造价有较大影响。节点设计应安全可靠、构造简单、节约钢材，并使各杆件的形心线同时交汇于节点，以免在杆件内部引起附加的偏心力矩。目前节点常用形式有：焊接钢板节点、焊接空心球节点、螺栓球节点。1、焊接钢板节点焊接钢板节点的构造应符合下列要求：

（1）杆件重心线在节点处宜交于一点，否则应考虑其偏心影响；

（2）杆件与节点连接焊缝的分布，应使焊缝截面的重心与杆件重心相重合，否则应考虑其偏心影响；

（3）便于制作和拼装。

网架弦杆应与盖板和十字节点板共同连接，当网架跨度较小时，弦杆也可直接与十字节点板连接。焊接钢板节点2、焊接空心球节点焊接空心球节点由两个半球对焊而成，分为不加肋和加肋两种，前者可提高球体承载力10％～40％A不加肋空心球B加肋空心球焊接空心球焊接空心球螺栓球节点螺栓球节点由螺栓、钢球、销子（或螺钉）、套筒和锥头（或封板）等零件组成。螺栓球节点螺栓球节点模型三、支座形式根据网架的跨度和支承方式分为：平板支座。弧形支座、球铰支座和橡胶支座。根据支承反力的不同，支座又可分为压力支座和拉力支座。1、压力支座：平板压力支座、单面弧形压力支座、双面弧形压力支座、球铰压力支座、板式橡胶支座等。单面弧形压力支座图a)二个螺栓连接；b)四个栓连接注：弹簧支座加弹簧盒

角钢杆件平板压(拉)力支座图左图为钢管杆件平板压(拉)力支座图

压力支座图

双面弧形

双弧支座板的材料一般用铸钢，适用于跨度大、下部支承结构刚度大的网架；

球铰压力支座图球铰压力支座节点：适用于多支点的大跨度网架板式橡胶支座板式橡胶垫板式橡胶支座的结构及性能

板式橡胶支座是由多层橡胶片与薄钢板硫化、粘合而成,它有足够的竖向钢度,能将上部构造的反力可靠的传递给墩台；有良好的弹性，以适应梁端的转动，又有教大的剪切变形能力，以满足上部构造的水平位移。

在上述的板式橡胶支座表面粘复一层1.5mm-3mm厚的聚四氟乙烯板就能制作成聚四氟乙烯滑板式橡胶支座。它除了竖向钢度与弹性变形，能承受垂直荷载及适应梁端转动外，因聚四氟乙烯板的低摩擦系数,可使梁端在四氟板表面自由滑动，水平位移不受限制，特别适宜中、小荷载，使用板式橡胶支座不仅技术性能优良,还具有构造简单、价格低廉、无需养护、易于更换、缓冲隔震、建筑高度低等特点。在桥梁界颇受欢迎，被广泛使用。2、拉力支座拉力支座主要有平板拉力支座和单面弧形拉力支座单面弧形拉力支座图

四、柱帽多点支承的网架宜设柱帽。柱帽一般设置于下弦平面之下，如图a（优点：很快能将柱顶集中反力扩散；缺点：由于加设柱帽，将占据一部分室内空间）；也可设置于上弦平面之上，如图b（优点：不占室内空间，柱帽上凸，可兼作采光天窗，柱帽中还可以布置灯光及音响等设备）；或上弦节点直接搁置于柱顶，柱帽呈伞形，如图c（优点：不占空间，屋面处理和节点构造比较简单）。五、屋面1、屋面排水坡度的形成：1）上弦几点上加小立柱找坡；2）网架变高度找坡；3）整个网架起坡；4）支承柱变高度。4、天窗架天窗架型式第七节组合网架结构一、概述组合网架是在一般钢网架结构的基础上，以钢筋混凝土肋形板代替上弦杆件和覆盖在网架上面的屋面板，而腹杆与下弦仍然为钢杆件。二、组合网架的特点

1．组合网架的刚度大、抗震性能好，与同等跨度的钢网架相比，因上弦节点为刚接，竖向刚度要增加30％-50％。由于装配整体后的钢筋混凝土上弦板在自身平面内有很大的水平刚度，它与传统的网架上弦平面做法(板与上弦杆脱开一段距离)相比水平刚度成倍地增加。因此，从总体来说，它的抗竖向和水平地震作用都优于一般网架。2、组合网架可使结构的承重与围护功能合二为一。将屋盖(或楼盖)不仅作为围护功能，而且也参与结构承重，大大地节省材料。3、组合网架不需设置上弦水平支撑。网架结构的上弦平面因构造和抗震要求需设置水平支撑，由于上弦板有足够的水平刚度，可不必设置上弦水平支撑，节省了材料。4、可充分发挥混凝土与钢材的强度优势。一般来说，混凝土受压性能较好，钢材受拉性能较好，网架的上部是受压的，下部是受拉的，这就充分发挥各自材料特性。5、组合网架布置灵活，可适用于各种建筑平面。矩形、三角形、圆形、扇形等建筑平面均可采用组合网架。6、组合网架不仅用作各种建筑物屋盖，也更适用于大柱网、大空间的楼面。现代大型商场、大型停车场和公共建筑等都是设计成多层结构，大柱网、大空间楼层采用组合网架比传统梁板结构减轻重量76％7、组合网架的经济性主要表现为节省钢材，一般网架的上弦杆占网架总用钢量35％—45％，将上弦杆用钢筋混凝土板来代替，用钢量将明显下降。据国内外资料分析表明，采用组合网架用于屋盖时，与同等跨度的网架相比(也采用钢筋混凝土屋面板)，其用钢量可节省15％-25％。用于楼盖时，可减少混凝土用量2．5—5倍，大大减轻结构自重。从造价来看，用于屋盖可降低造价2％—5％，用于楼盖可降低造价5％-25％。

组合网架具有许多优点，但用于屋盖时，因屋面用混凝土材料，属于重屋盖体系，它与轻屋盖(如压型钢板等)相比，显得自重太大，因此，不宜用于大跨度结构。组合网架支承形式

三、组合网架结构型式通常上弦预制板有四种主要型式，即正放正方形板、斜放正方形板、正三角形板、正三角形与六角形相间的板。四、组合网架结构的施工方法

1、高空散装法。

2、高空滑移法。

3、整体提升法。第八节网架结构的工程实例案例1：上海大舞台，座落在上海西南地区，著名的华亭宾馆对面，原名上海体育馆，一九七五年建成使用。主馆呈圆形，高33米，屋顶网架跨度直径110米，可容纳观众18000人。一九九九年经改建，新增1250平方米的双层舞台。设施先进，是目前国内首家剧院式的体育馆。可承接各类文艺演出、大型体育比赛、集会、大型展览等等，观众容量仍可保持在12000人左右广州白云国际机场始建于20世纪30年代，是国内三大航空枢纽机场之一，在中国民用机场布局中具有举足轻重的地位。1994年白云机场在中国500家最大服务业企业及行业评价中被列为中国最大服务业企业航空港第二位。2004年8月5日，总投资198亿元广州新白云国际机场正式投入运营。这是我国首个按照中枢机场理念设计和建设的航空港。机场占地面积为15平方公里，第一期工程飞行区两条平行跑道按4E级标准，航站区按满足2010年旅客吞吐量2500万人次要求设计。其中，新机场一期航站楼面积为32万平方米，是国内各机场航站楼之最，楼内所有设施设备均达到当今国际先进水平。案例2：白云国际机场白云机场

白云机场网架立面

白云机场俯视图

白云机场候机厅屋顶

机场入口案例3：北京新首都机场北京首都国际机场3号航站楼主楼由荷兰机场顾问公司(NACO)、英国诺曼•福斯特建筑事务所负责设计，2000年6月，中国民用航空总局开始进行北京首都国际机场中远期规划研究。2004年3月26日，3号航站楼完成施工及监理招标，正式签订了施工和监理合同，首都机场开始三期扩建工程。共征用了22200多亩土地，搬迁了9个村庄，共涉及1.2万人。扩建工程于2007年底全面竣工，2008年2月试运行，确保了2008年奥运会之前投入正常运营。3号航站楼位于北京首都国际机场东边。T3主楼及其配套工程位于现有东跑道和新建跑道之间。3号航站楼中央大厅东西宽121米，单层面积达9万平方米，是全球最大的单体航站楼。3号航站楼(T3)由主楼和国内候机廊、国际候机廊组成，配备了自动处理和高速传输的行李系统、快捷的旅客捷运系统以及信息系统，总建筑面积98.6万平方米。新建一条长3800米、宽60米的跑道，满足F类飞机的使用要求，配备了世界上最先进的三类精密自动飞机引导系统，这是我国目前最先进的起降导航系统，在很低的能见度下仍可实行飞机起降。世界上最大的飞机空中客车A380能够顺利起降。此外，新建北货运区，相应配套建设场内交通系统，以及供水、供电、供气、供油、通导、航空公司基地等设施。新首都机场鸟瞰图

新首都机场鸟瞰图

北京新首都机场三号航站楼北京新首都机场入口北京新首都机场屋顶网架第七章网壳结构重要概念：

网壳结构即为网状的壳体结构，或者说是曲面状的网架结构。其外形为壳，其构成为网格状，是格构化的壳体，也是壳形的网架。第一节概述

网壳结构的优点：1、网壳结构的杆件主要承受轴力，结构内力分布比较均匀，应力峰值较小，因而可以充分发挥材料强度作用。2、由于它可以采用各种壳体结构的曲面型式，在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型。3、由于杆件尺寸与整个网壳结构的尺寸相比很小，可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性的连续体，利用钢筋混凝土薄壳结构的分析结果进行定性分析。4、网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆，即以折面代替曲面，如果杆件布置和构造处理得当，可以具有与薄壳结构相类似的良好受力性能。综上所述，网壳结构兼有薄壳结构和平板网架结构的优点，是一种很有竞争力的大跨度空间结构，近年来发展十分迅速。网壳的分类1.按杆件的布置方式分类有：单层网壳和双层网壳2、按材料分类有木网壳、钢筋混凝土网壳、钢网壳、铝合金网壳、塑料网壳、玻璃网壳等。3、按曲面形式分为:单曲面和双曲面。

单曲面网壳结构（大同大学体育馆钢屋面结构双曲网壳球形网架）第二节筒网壳结构筒网壳也称为柱面网壳，是单曲面结构，其横截面常为圆弧形，也可采用椭圆形、抛物线性和双中心圆弧形一、单层筒网壳单层筒网壳以网格的形式及其排列方式分为五种形式1、联方网格型筒网壳：受力明确，屋面荷载从两个斜向拱的方向传至基础，简捷明了。2、弗普尔型筒网壳：用钢量少，用于小跨度或荷载较小的情况下。3、单斜杆筒网壳：用钢量少，用于小跨度或荷载较小的情况下。4、双斜杆筒网壳和三向网格型筒网壳：刚度和稳定性较好，构件单一，便于设计和施工。二、双层筒网壳1、按照组成几何规律分为：平面桁架体系双层筒网壳、四角锥体系双层筒网壳、三角锥体系双层筒网壳；2、按弦杆布置方向分为：正交类双层筒网壳、斜交类双层筒网壳、混合类双层筒网壳。三、筒网壳结构的受力特点（与筒壳结构类似）网壳结构的受力与其支承条件有很大关系。网壳结构的支承一般有两对边支承、四边支承、多点支承等。1、两对边支承当筒网壳结构以跨度方向为支承支座时，即成为筒拱结构。拱脚常支承于梁顶圈梁、柱顶联系梁，或侧边桁架上，或者直接支承于基础上，为解决拱脚推力问题，可采用以下四种：（1）设置拉杆；（2）设墙垛；（3）设斜柱、墩；（4）拱脚落地。2、四边支承或多点支承四边支承或多点支承的筒网壳结构可分为短壳、长壳和中长壳。筒网壳的受力同时有拱式受压和梁式受弯两个方面，两种作用的大小同网格的构成及网壳的跨度与波长之比有关。其中短网壳的拱式受压作用比较明显，而长网壳表现出更多的梁式受弯特性，中长壳的受力特点界于两者之间。梁式筒网壳拱式筒网壳第三节球网壳结构球网壳的关键在于球面的划分。球面划分的基本要求有二：（1）杆件规格尽可能少，以便制作与装配；（2）形成的结构必须是几何不变体。一、单层球网壳1、肋环型网格：只有径向杆和纬向杆，大部分网格呈四边形，其平面图酷似蜘蛛网特点：杆件种类少，每个节点只交汇四根杆件，节点构造简单，单节点一般为刚性连接。2、施威特勒型网格：由径向网肋、环向网肋和斜向网肋构成。特点：是规律性明显，内部及周边无不规则网格，刚度较大，能承受较大的非对称荷载，可用于大中跨度的穹顶。3、联方型网格联方型网格由左斜肋与右斜肋构成菱形网格，两斜肋的夹角为30˚～50˚可用于大中跨度的穹顶。特点：是没有径向杆件，规律性明显，造型美观，从室内仰视，像葵花一样。联方型网格缺点：网格周边大，中间小，杆件不均匀。联方型网格北京奥运会自行车馆4、凯威特型网格：先用n根通长的径向杆将球面分成n个扇形曲面，然后在每个扇形曲面内用纬向杆和斜向杆划分成比较均匀的三角形网格。凯威特型网格5、三向网格型由竖向平面成60˚的三族竖向网肋构成。特点：杆件少，受力比较明确。三向网格型6、短程线型网格短程线是指球面上两点间最短的曲线，这条最短的曲线必定是位于由该两点及球心所组成的平面与球面相交的大圆圆周上。7、双向子午线网格双向子午线网格是由位于两组子午线上的交叉杆件所组成。二、双层球网壳1、双层球网壳的形成双层网壳是由两个同心的单层球面通过腹杆连接而成。总体稳定性好。短程线型的双层球面网壳北京科技馆穹幕影院我国最大的穹幕影厅，也是世界上最大的穹幕影厅之一，它是由一个内径为32m，外径为35m，高25.5m的四分之三双层球网壳组成。它的穹幕直径27米，银幕面积约1000平方米，拥有470个坐位。北京科技馆穹幕影院施工照片北京科技馆穹幕影院立面图球网壳2、双层球网壳的布置已建成的球网球大多数为等厚度的，即内外两层壳面是同心的。在设计时为了使网壳具有单双层网壳的主要优点，又避免它们的阿缺点，既不受单层网壳稳定性控制，又能充分发挥杆件的承载力，节省材料，可采用变厚度或局部双层网壳。其主要形式有以下几种:（1）从支承周边到顶部，网壳的厚度均匀减少；（2）网壳的下部为双层，顶部为单层；（3）网壳的大部分为单层，仅在支承区域为双层；（4）在双层等厚网壳上大面积抽空布置。第四节扭网壳结构扭网壳为直纹曲面，桥面上每个点都可作两根互相垂直的直线。因此，扭网壳采用直线杆件直接形成，采用简单的施工方法就能准确地保证杆件按壳面布置。一、单层扭网壳单层扭网壳杆件少，节点连接简单，施工方便。二、双层扭网壳双层扭网壳结构的构成与双层筒网壳结构相似。网格的形成与单层扭网壳相似，也可以分为两向正交正放网格和两向正交斜放网格。德阳市体育馆，屋盖为双曲抛物面网壳结构，汶川地震未造成结构破坏

北京石景山体育馆该建筑平面是边长为99.7m的正三角形，屋盖由三片四边形的双曲抛物面双层钢筋网壳组成，各网壳支承在中央的三叉形格构式刚架和外缘的钢筋混凝土边梁上。三、扭网壳结构的受力特点

单层扭壳本身具有较好的稳定性，但其出平面刚度较小，因此控制网壳的挠度成了设计中的关键。相同结构边缘构件无垂直变位比边缘构件有垂直变位的网壳挠度几乎增大两倍，在扭壳的周边，布置水平斜杆，以形成周边将强带，可提高抗侧力能力。扭壳的支承考虑到其脊线为直线，会产生较大的温度应力，如果采用固定约束，对网壳受力不利，对于支承柱也会产生较大的水平推力，因此做成橡胶支座，有利于放松水平约束。第五节其他形状的网壳结构一、柱面与球面相组合的网壳结构二、双曲扁网壳结构三、组合椭圆抛物面网壳结构。肇庆市体育馆屋盖由椭圆抛物面切割组合而成，整个结构酷似一朵莲花。体育馆建筑平面为截角的正方形，边长75m。肇庆市体育馆第六节网壳结构的选型网壳结构的选型应对建筑使用功能、美学、空间利用、平面形状与尺寸、荷载的类别与大小、边界条件、屋面构造、材料、节点体系、制作与施工方法等作综合考虑。网壳结构网壳结构一般应考虑以下几个方面：一、网壳结构的体型应与建筑造型相协调二、网壳结构的型式应与建筑平面相协调三、网壳结构的层数。在同等条件下，单层网壳比双层网壳用钢量少。但单层网壳由于受稳定性控制较大，当跨度超过一定数值后，双层网壳的用钢量反而省。四、网格尺寸五、网壳的失高与厚度。柱面网壳的矢高比可取1/4～1/8，单层柱面网壳的矢跨比宜大于1/5，球面网壳的矢跨比一般取1/2～1/7。

北京奥运会自行车馆钢网壳跨度133.06m，圆形屋盖水平投影直径149.536m，矢高14.69m，网壳厚度为2.8m，顶标高为35.29m，整个屋盖系统由双层球面焊接球网壳、全封闭相贯线节点环形管桁架、24组向外倾斜15度，高10.35m的人字柱以及24组球铰可转动铸钢支座组成的组合结构体系。钢材材质为Q345B及Q345C，钢结构总用钢量为2000t，该工程是目前我国跨度最大的双层球面网壳结构。施工中，针对各组合部分结构自身特点及施工现场条件，采用了分区独立施工、空中合拢对接的综合施工法。其中网壳部分采用低空外扩拼装、拔杆群接力提升的方法完成安装。工程实例：北京奥运会自行车馆

其设计及施工创新点有以下列几方面：

1)老山自行车馆屋盖采用的带人字形柱的双层球面网壳结构概念清晰、传力明确、应力分布合理，具有良好的抗震性能和稳定性能。

2)环梁与柱脚铸钢球铰支座有效地减小了网壳对支柱及基础的推力，同时也解决了大跨度网架结构的温度应力问题。

3)设置肋板与垫板提高了环梁大直径圆钢管（D=1200）相贯节点抵抗局部失稳的能力，缓解了节点相贯处的局部应力集中，有效地提高了节点复杂应力作用下的承载能力。

4)该网壳结构采用了外扩拼装及圆形拔杆群接力提升就位的安装方法，该方法简便可行、易于控制安装精度且施工费用低。北京奥运会自行车馆立面北京奥运会自行车馆鸟瞰图北京奥运会自行车馆钢网壳顶第八章悬索结构

悬索结构由受拉索、边缘构件和下部支撑构件所组成。悬索结构的组成悬索桥悬索桥悬索屋盖结构具有以下特点：1、悬索结构通过索的轴向受拉来抵抗外荷载的作用，可以最充分地利用钢材的强度。2、悬索结构便于建筑造型，容易适应各种建筑平面，因而能较自由地满足各种建筑功能和表达形式的要求。3、悬索结构施工比较方便。4、可以创造具有良好物理性能的建筑空间。5、悬索屋盖结构的稳定性较差。6、悬索结构的边缘构件和下部支承必须具有一定的刚度和合理的形式，以承受索端巨大的水平拉力。第二节悬索的受力与变形特点单根悬索的受力与拱的受力有相似之处，都是属于轴心受力构件，但拱属于轴心受压构件，而悬索属于轴心受拉构件。一、索的支座反力

f＝M0/H在竖向荷载作用下，悬索支座受到水平拉力的大小等于相同跨度简直梁在相同作用的跨中弯矩除以悬索的垂度。H值的大小与悬索的下垂度f成反比。f越小，H越大；f接近0时，H趋于无穷大。悬索结构的受力分析二、索的拉力索的拉力为N，N为在沿索的切线方向，与水平线夹角为α。根据力的平衡条件Σx＝0，可得：

Ncosα＝H

N＝H/cosα索的轴力在支座截面为最大，在跨中截面时为最小。最小轴力为：N＝qL2/8f三、悬索的变形悬索是一个轴线受拉构件，即无弯矩也无剪力。由于索本身是柔性构件，其抗弯刚度可以完全忽略不计，因此索的形状会随荷载的不同而改变。悬索结构的变形第三节悬索结构的型式悬索屋盖结构按屋面几何形式的不同，可分为单曲面和双曲面两类；根据拉索布置方式的不同，可分为单层悬索体系、双层悬索体系、交叉索网体系。一、单层悬索体系单层悬索体系的优点是传力明确，构造简单；缺点是屋面稳定性差，抗风（上吸力）能力小。为此常采用重屋面，适用于小跨度建筑的屋面。1、单曲面单层拉索体系单曲面单层拉索体系也称单层平行拉索系。它由许多平行的单根拉索组成。屋盖表面为筒状凹面，需从两端山墙排水。图8－3－1单曲面单层拉索水平力的平衡拉索水平力的传递，一般有以下三种方式：（1）拉索水平力通过竖向承重结构传至基础（见图8－3－1a、图8－3－2和图8－3－3）；（2）拉索水平力通过拉锚传至基础。索的拉力可在柱顶改变方向后通过拉锚传至基础（图8－3－1b

）。拉锚可用下列方法锚固于地基，（1）锚固在足够重的大体积混凝土中（图8－3－4a）；（2）利用底板及回填土自重抵抗拉力（图8－3－4b）；（3）锚固于受拉摩擦桩或受弯摩擦桩上（图8－3－4c）；（4）锚固在岩石层的钻孔中。（3）拉索水平力通过刚性水平构件集中传至抗侧力墙。（见图8－3－1c）2、双层单面拉索体系双曲面单层拉索体系也称单层辐射索系。这种索系常见于圆形的建筑平面，其各种拉索按辐射状布置。整个屋面形成一个旋转曲面。二、双层悬索体系双层悬索体系是由一系列承重索和反曲率的稳定索组成。优点是稳定性好，整体刚度大，反向曲率的索系可以承受不同方向的荷载作用。适宜采用轻钢屋面。1、单曲面双层拉索体系（双层平行索系），承重索的垂度一般取跨度的1/15～1/20；稳定索的拱度则取1/20～1/25。2、双曲面双层拉索体系双曲面双层拉索体系也称为双层辐射索系。承重索和稳定所均沿辐射方向布置，周边支承在周边柱顶的受压环梁上，中心则设置受拉内环梁。双曲面双层悬索结构在中心常设有一内环梁，这种内环梁不仅受力复杂，而且需要较多的钢材受力和作用扣件。成都市城北体育馆采用了无拉环的圆形双层悬索结构，将上述受拉环由受拉环改为构造环。三、交叉索网体系（鞍形索网）是由两组相互正交的、曲率相反的拉索直接交叠组成，形成负高斯曲率的双曲抛物面。边缘构件的形式很多，根据建筑造型的要求一般有以下几种布置方式：1、边缘构件为闭合曲线环梁（见图8－3－15a）；2、边缘构件为落地交叉拱（见图8－3－15b）；3、边缘构件为不落地交叉拱（见图8－3－15c）4、边缘构件为一对不相交的落地拱（见图8－3－15e）5、边缘构件为拉索结构（见图8－3－15f）。第四节悬索结构的稳定悬索结构稳定性差主要表现在两个方面，一是适应荷载变化的能力差，二是抗风吸，风振能力差。为使单层悬索具有必要的稳定性，一般可采用以下几种措施：一、增加悬索结构的荷载在悬索上加荷载或在悬索下吊挂重荷等方法，增加屋盖自重。通常当屋盖自重超过最大风吸力的1.1～1.3倍，即可认为是安全的。二、形成预应力索－壳组合结构对混凝土屋面施加预应力，使之形成一倒挂的薄壳与悬索共同受力、整体工作。三、形成索—梁或索—桁架组合结构单曲面单层拉索体系可在索上搁置横向加劲梁或横向加劲桁架，形成所谓的索—梁体系。四、增设相反曲率的稳定索这一方法即为双层拉索体系或交叉索网体系。通过调整受拉索或受压撑杆的长度，可对悬索体系施加预应力，使承重索和索内始终保持足够大的拉紧力，提高了整个体系的稳定和抗震能力。第五节悬索结构的工程实例一、北京工人体育馆工人体育馆工程于1961年建成，建成后一直是北京地区举行大型活动的重要场所，建筑面积约4万平方米，地下一层，地上四层，整体形式为圆形，顶棚为辐轮式悬索结构，跨度达到94米，堪称该结构的经典范例。可容纳15000名观众。是上世纪五十年代“十大建筑”之一。北京奥运对其进行了改扩建，工人体育馆增加了使用功能。除全面改造更新了通风、照明、机电等设施，还增加了240个记者席、30多个贵宾席和40平方米的贵宾休息室，使体育馆设计更加人性化，安全性更高，舒适性更强。体育馆鸟瞰图体育馆外观体育馆穹顶和观众看台

体育馆走廊

体育馆内的超级大灯体育馆馆内全景第九章大跨度建筑结构的其他型式

大跨度建筑是人类社会发展与进步的产物，它能够大限度地满足工业生产和体育、文化、商业活动的需要，体现了一个城市或一个国家建筑技术的发展水平。同时，大跨度的公共建筑往往被作为一个城市或地区的标志，传递着一个民族的文化特征和当代社会的精神风貌，并对改善城市景观、调节市民的生活环境起着重要的作用。（如：鸟巢、水立方等）第一节混合空间结构一、概述建筑结构型式不仅影响到建筑的安全性和经济性，更影响到建筑空间艺术的可行性和合理性。因此，结构型式的选择不但要考虑到建筑的使用功能、材料供应、经济指标，及施工条件等各方面的因素，对于大跨度建筑而言，更应注意建筑造型与结构受力的协调统一，注意结构力学原理的科学性与建筑空间的艺术性的完美统一。大跨度建筑的结构型式有刚架结构、桁架结构、拱式结构、薄壳结构、平板网架结构、网壳结构、悬索结构等。二、混合空间结构的组成混合空间结构的组成需考虑以下几个原则1、应满足建筑功能的需要。2、结构受力均匀合理，动力性能相互协调，材料强度得到充分发挥。3、结构刚柔相济，并具有良好的稳定性。柔性结构具有良好的抗震性，刚性结构具有良好的抗风性，两者结合，利于结构的动力性能和整体稳定性。4、尽量采用预应力等先进的技术手段，以改善结构的受力性能，节省材料，并可以使结构更加轻巧。5、施工比较简捷，造价比较合理。三、混合空间结构的应用实例1、刚架－索混合空间结构屋盖用悬索结构的冰球馆及某世博会展厅丹东体育馆丹东体育馆采用了刚架－索混合空间结构。大厅平面尺寸为45×80m。2、拱－网架混合空间结构江西省体育馆建筑平面呈八边形，东西常84.3,南北74.6m。整个体育馆设计新颖、功能齐全。主馆结构由跨度８８米、矢高５１米的钢筋混凝土大拱和钢筋混凝土框架吊撑，屋盖为球型网架与桁架组合，屋面采用彩色聚氨脂夹心钢板。馆内设有运动员室、裁判员室、贵宾室、会议室，并有约３千平方米观众休息大厅。江西省体育馆3、拱－悬索混合结构耶鲁大学冰球馆由美国建筑师小沙里宁设计，1958年建于康涅狄格州纽黑文，是当时大胆地运用现代科学技术成果，把建筑造型升华到雕刻艺术领域的最好作品之一。其屋顶的正中是一条弓形的脊梁，向两边拉着悬索屋顶，如同一座颇具想象力的帐篷，可同时容纳3000人。耶鲁大学冰球馆采用悬索结构，沿球场纵轴线布置一根钢筋混凝土拱梁，悬索分别由两侧垂下，固定在观众席上。建筑造型奔放舒展，表达出冰球运动的速度和力量。垂直布置的钢筋混凝土落地拱作为承重索的中间支座，拱中间高度为53.4m，截面为915×1530mm，截面的高度和宽度是向着支座基础逐渐增加的。承重索的另一端锚固在建筑周边的墙上，外墙沿着溜冰场的两边，形成两垛相对的曲线墙，尤如一个竖向悬臂构件，承受悬索的拉力。耶鲁大学冰球馆耶鲁大学冰球馆4、悬索－拱－交叉索网混合空间结构北京市朝阳体育馆屋盖结构由中央“索－拱结构”两片预应力鞍形索网组成，索网悬挂在中央“索－拱结构”和外侧的边缘构件之间。中央索拱结构由两条悬索和两个格构式的钢拱组成、索和拱的轴线均为平面抛物线，分别布置在相互对称的四个斜平面内，通过水平和竖向连杆两良相连，构成桥式的立体预应力索拱体系。索和拱的两端支承在四片三角形钢筋混凝土墙上。北京市朝阳体育馆5、悬索－交叉索网混合结构

日本代代木体育中心大体育馆，是1964年东京奥运会体育场。这一建筑具有十分奇特的造型，平面呈反对称，屋顶用粗大的钢索形成悬垂的屋脊，钢索支承在两座混凝土塔架上并通过锚锚固在混凝土上，屋顶鞍形索网就支承在中间的钢索和周边的拱上。四、混合空间结构的特点混合空间结构具有以特点：1、混合空间结构综合利用各种不同结构在受力性能、建筑造型、综合经济指标等方面的优势。2、以刚架、拱、悬索或斜拉桥架形式巨型骨架作为网架、网壳、悬索等屋盖的支承，可有效地减小网架、网壳或悬索结构的跨度，提高屋盖结构的刚度，从而降低了网架、网壳、悬索结构的材料用量和工程造价。3、刚架、拱及悬索或斜拉索的支塔结构具有巨大的外形尺寸，同时也承受很大的荷载，因此其截面形式常为箱形、工字形、槽形等，并采用劲性钢筋或采用预应力技术，这就可有效地保证巨型骨架结构的刚度和承载能力。4、混合空间结构的建筑造型活波明快、易于变化，可以适用多种边界条件。第二节斜拉混合结构利用斜拉索可以组成各种斜拉混合结构。在梁、板、刚架、桁架、拱、壳体、网架、网壳等大跨度建筑中，都可以利用塔柱顶端伸出的斜拉索作为附加的弹性支承点，使结构的跨度减小，将受弯构件的传力改为由索和塔柱承受拉，压的传力途径，以达到减小结构截面、减少材料用量的目的。一、斜拉索的布置斜拉索使斜拉构件中的重要组成部分。一般斜拉索与其所悬挂的屋盖水平面之间的夹角以不小于25度为宜。浙江黄龙体育中心体育场采用了斜拉网壳结构，也采用了斜拉网壳结构。体育场环梁244m，挑蓬悬挑50m，吊塔为85m高的预应力钢筋砼筒体结构。二、斜拉混合结构的工程实例浙江黄龙体育中心a美国泛美航空公司纽约国际机场候机楼；b美国世界运输航空公司某机库；c法兰克福汉莎航空公司机库斜拉混合结构第三节薄膜结构薄膜结构使张拉结构中最近发展起来的一种形式，它以性能优良的软织物为材料，可以使向膜内充气，由空气压力支承膜面，也可以使利用柔软性的拉索结构或刚性的支承结构将薄膜绷紧或撑起，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大跨度空间的结构体系。一、薄膜结构的特点薄膜结构是一种古老的结构型式，其造型在自然界中十分常见，如水泡、蝙蝠翼、蜘蛛网等。日常生活中应用膜结构的实例如：气球、伞、帆、风筝等薄膜的特点：1、膜结构是建筑与结构完美结合的一种结构体系。薄膜既承受膜面内的张力，也为结构的一部分；又可防雨、挡风、起维护作用，同时还可以采光以节省室内照明的能源。2、膜材料具有良好的力学性能。其受拉强度可达1400N/cm，薄膜的受力为单纯受拉，膜材只承受膜面的张力，因而可充分发挥材料的受拉性能。3、薄膜结构还是一种良好的抗震建筑物。它的自重轻，对地震反应很小，它为柔性结构，具有良好的变形性能，易于耗散地震能量。4、薄膜结构制作方便，施工速度快，造价经济。5、薄膜材料与传统屋盖材料相比，具有透光性。透光率一般可达4％～16％