大跨度钢结构.ppt

《大跨度钢结构.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨度钢结构.ppt（51页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、第第3章章 大跨度房屋结构大跨度房屋结构 3.1 概述概述u应用范围应用范围1、大会堂、大会堂 2、剧院、剧院3、体育馆、体育馆 4、市场、市场 5、航空港、航空港7、工厂、仓库、造船厂、工厂、仓库、造船厂 u结构形式结构形式1、平面结构体系平面结构体系 （5070m ）梁式结构（平面桁架和空间桁架）、平面刚架和拱式结构 2、空间结构体系空间结构体系 （100200m ）网架结构、网壳结构、悬索结构和张拉整体结构以及混合结构 3.2.1 梁式大跨结构梁式大跨结构桁架桁架（1）桁架的形式桁架的形式 平面桁架 （4060m ）、空间桁架（100m ） （2）梁式体系屋盖布置（梁式体系屋盖布置（简单

2、式 、复杂式 ）P1063.2.2 框架结构框架结构(1)框架的形式框架的形式 :实腹式和格构式 (两铰及无铰框架 )(2)框架式结构的布置框架式结构的布置l 横向框架布置(P108 )l 纵向框架布置 (P108 )l 双面框架布置(P108 ) 3.2 平面结构体系平面结构体系3.2.3 拱结构拱结构(1)拱的形式拱的形式 (2)拱式结构的布置拱式结构的布置 3.3 网架结构网架结构3.3.1网架结构的特点、适用范围网架结构的特点、适用范围 3.3.2网架的结构形式及选型网架的结构形式及选型(1)网架结构的几何不变性分析网架结构的几何不变性分析 (2)网架的组成网架的组成(网架是由上弦杆、

3、下弦杆两个表面及上下弦面之间的腹杆组成，一般称为双层网架，最为常用) (3)网架的结构形式网架的结构形式(交叉桁架体系网架 、角锥体系网架 ） 网架的结构选型网架的结构选型 ：安全可靠、技术先进、经济合理、美观适用 3.3.3 网架的主要尺寸网架的主要尺寸（1 ）网架的高度（）网架的高度（网架的跨度、屋面荷载、网架的跨度、屋面荷载、平面形状、支承条件及设备管道平面形状、支承条件及设备管道 ）主要取决于网架的跨度可按表3-1来确定 （2） 网格尺寸（网格尺寸（上弦网格尺寸上弦网格尺寸 ）按表3-1定 3.3.4 作用和荷载组合作用和荷载组合（1）永久荷载）永久荷载 （网架自重，楼面或屋面自重，保

4、温层、防水层、吊顶、设备管道等材料的自重 ）双层网架结构的自重可按下列经验公式估算：200/2wokLqg （32）（2）可变荷载）可变荷载 网架结构上的可变荷载主要有屋面或楼面活荷载、网架结构上的可变荷载主要有屋面或楼面活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载以及吊车荷载。其中在雪荷载、积灰荷载、风荷载以及吊车荷载。其中在荷载组合时，雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑，荷载组合时，雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑，取两者的较大值。取两者的较大值。 屋面或楼面活荷载的取值，可根据实际使用情况查屋面或楼面活荷载的取值，可根据实际使用情况查现行荷载规范确定。现行荷载规范确定。 在荷载组合时，雪荷载与屋面活荷载不

5、必同时考虑，在荷载组合时，雪荷载与屋面活荷载不必同时考虑，取两者的较大值。取两者的较大值。 积灰荷载的取值，应考虑厂房性质，由生产工艺提积灰荷载的取值，应考虑厂房性质，由生产工艺提出，或按荷载规范规定参考采用。出，或按荷载规范规定参考采用。 风荷载应根据实际情况考虑风荷载的影响。例如，风荷载应根据实际情况考虑风荷载的影响。例如，对于周边支承，且支座节点在上弦的网架的风荷载对于周边支承，且支座节点在上弦的网架的风荷载由四周墙承受，计算时可不考虑风荷载。由四周墙承受，计算时可不考虑风荷载。 吊车荷载标准值按现行荷载规范有关规定确定吊车荷载标准值按现行荷载规范有关规定确定 。（3）温度作用）温度作用

6、 温度作用是指由于温度变化，会引起杆温度作用是指由于温度变化，会引起杆件的伸长或缩短，如果这种温度变形受到约件的伸长或缩短，如果这种温度变形受到约束，网架杆件将产生附加温度应力，必须在束，网架杆件将产生附加温度应力，必须在计算和构造措施中加以考虑。当网架结构符计算和构造措施中加以考虑。当网架结构符合合P120条件之一者，可不考虑温度变化而引条件之一者，可不考虑温度变化而引起的内力。起的内力。 （4）地震作用）地震作用 一般情况下，在抗震设防烈度为一般情况下，在抗震设防烈度为6度或度或7度度的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验的地区，网架屋盖结构可不进行竖向抗震验算；在抗震设防烈度为算；在抗震

7、设防烈度为8度或度或9度的地区，网度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。架屋盖结构应进行竖向抗震验算。 3.3.4.2 荷载效应组合荷载效应组合 1. 承载能力极限状态承载能力极限状态 对于承载能力极限状态，应按下列组对于承载能力极限状态，应按下列组合值中取最不利值进行设计。合值中取最不利值进行设计。 对于非抗震设计时，结构构件的荷载效应组合的设计值应按对于非抗震设计时，结构构件的荷载效应组合的设计值应按下式计算：下式计算： 1）由可变荷载效应控制的组合）由可变荷载效应控制的组合 2）由永久荷载效应控制的组合）由永久荷载效应控制的组合niiiSSSS2QcQ1QQGGkIK1k（3-4）n

8、iiiiSSS1KQcQkGG （3-5） 对于抗震设计时，结构构件的地震作用效应和其他荷载对于抗震设计时，结构构件的地震作用效应和其他荷载效应组合的设计值应按下式计算：效应组合的设计值应按下式计算：2. 正常使用极限状态正常使用极限状态 wkwwEvkvEEhkEhGEGSSSSS （3-6）niiiSSSS2KQcK1QkG （3-7）网架结构的容许挠度不应超过下列数值：网架结构的容许挠度不应超过下列数值：用作屋盖用作屋盖L/250；用作楼盖；用作楼盖L/300，L为网架的短向跨度。当网架结构的最大为网架的短向跨度。当网架结构的最大挠度值不满足容许挠度限值时。需要重新挠度值不满足容许挠度限

9、值时。需要重新调整结构刚度或通过适当起拱的方法来解决。调整结构刚度或通过适当起拱的方法来解决。有起拱要求时，其挠度不得大于短向跨度的有起拱要求时，其挠度不得大于短向跨度的1/300。3.3.5 网架结构的计算方法网架结构的计算方法 1）空间桁架位移法）空间桁架位移法 空间桁架位移法（空间杆系有限元法）以网架结构的杆件作空间桁架位移法（空间杆系有限元法）以网架结构的杆件作为基本单元，以节点位移作为基本未知量。先对杆件单元进为基本单元，以节点位移作为基本未知量。先对杆件单元进行分析，根据虎克定律建立单元杆件内力与节点位移之间的行分析，根据虎克定律建立单元杆件内力与节点位移之间的关系，形成单元刚度矩

10、阵。然后再对结构进行整体分析，根关系，形成单元刚度矩阵。然后再对结构进行整体分析，根据各节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上的节点据各节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上的节点荷载和节点位移之间的关系，形成结构的总刚度矩阵和总刚荷载和节点位移之间的关系，形成结构的总刚度矩阵和总刚度方程。求解引入给定边界条件后的总刚度方程，得出各节度方程。求解引入给定边界条件后的总刚度方程，得出各节点的位移值。最后，由单元杆件内力与节点位移之间的关系点的位移值。最后，由单元杆件内力与节点位移之间的关系求出杆件内力。求出杆件内力。 空间桁架位移法是目前空间杆系结构计算精度最高的一种方空间桁架位移法是目

11、前空间杆系结构计算精度最高的一种方法（实践证明计算结果与试验值极为接近），适用于各种类法（实践证明计算结果与试验值极为接近），适用于各种类型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震型、各种平面形状、不同边界条件的网架，静力荷载、地震作用、温度作用等工况均可计算，也可同时考虑网架与下部作用、温度作用等工况均可计算，也可同时考虑网架与下部支承的共同作用。支承的共同作用。 2）交叉梁系差分法）交叉梁系差分法 交叉梁系差分法可用于跨度在交叉梁系差分法可用于跨度在40m以下的由以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算。计算。 3）拟夹层板法）拟夹

12、层板法 拟夹层板法可用于跨度在拟夹层板法可用于跨度在40m以下的由平面以下的由平面桁架系组成的网架或角锥网架的计算，此法桁架系组成的网架或角锥网架的计算，此法可考虑剪切变形和刚度变化的影响。可考虑剪切变形和刚度变化的影响。 4）假想弯矩法）假想弯矩法 假想弯矩法可用于斜放四角锥网架、棋盘形假想弯矩法可用于斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的估算。四角锥网架的估算。 3.3.7 网架的杆件与节点网架的杆件与节点 杆件的材料一般用杆件的材料一般用Q235钢和钢和16 Mn钢。钢。16 Mn钢强度高，钢强度高，塑性好，当荷载较大或跨度较大时，宜采用塑性好，当荷载较大或跨度较大时，宜采用16 Mn钢，可

13、以钢，可以减轻网架自重和节约钢材。减轻网架自重和节约钢材。 网架常采用圆钢管、角钢、薄壁型钢作为杆件。圆钢管截网架常采用圆钢管、角钢、薄壁型钢作为杆件。圆钢管截面封闭，且各向同性，抗弯刚度各向都相同，回转半径大，面封闭，且各向同性，抗弯刚度各向都相同，回转半径大，抗扭刚度大，因此受力性能较好，承载力高。杆件优先选用抗扭刚度大，因此受力性能较好，承载力高。杆件优先选用圆钢管，且最好是薄壁钢管。但圆钢管的价格较高。因而对圆钢管，且最好是薄壁钢管。但圆钢管的价格较高。因而对于中小跨度且荷载较小，也可采用角钢或薄壁型钢。于中小跨度且荷载较小，也可采用角钢或薄壁型钢。 杆件截面型式的选择主要与网架的网格

14、形式和节点形式杆件截面型式的选择主要与网架的网格形式和节点形式有关。对于交叉平面桁架体系，可选用角钢或圆钢管；对于有关。对于交叉平面桁架体系，可选用角钢或圆钢管；对于角锥体系网架则应选择圆钢管；若采用角锥体系网架则应选择圆钢管；若采用钢板节点钢板节点，宜选用角，宜选用角钢杆件；若采用焊接球节点、螺栓球节点，则应选用圆钢管钢杆件；若采用焊接球节点、螺栓球节点，则应选用圆钢管杆件。杆件。 网架杆件一般情况下为轴心受力杆件，也可能为拉弯或网架杆件一般情况下为轴心受力杆件，也可能为拉弯或压弯杆件，具体应根据钢结构设计规范进行承载能力极限状压弯杆件，具体应根据钢结构设计规范进行承载能力极限状态和正常使用

15、极限状态两方面的设计计算。态和正常使用极限状态两方面的设计计算。图3-48 钢板节点（a）角钢钢板节点 (b)管筒米字型板节点图3-49 焊接空心球 图3-50 螺栓球节点 3.4 网壳结构网壳结构3.4.1 网壳结构形式及选型网壳结构形式及选型 1 网壳结构的常用形式 2 网壳结构的选型 网壳结构的设计应根据建筑物的功能、平面形状和尺寸、网网壳结构的设计应根据建筑物的功能、平面形状和尺寸、网壳的支承方式、荷载大小、建筑构造与要求，综合考虑材料壳的支承方式、荷载大小、建筑构造与要求，综合考虑材料供应和施工条件以及制作安装方法，选择合理的网壳结构形供应和施工条件以及制作安装方法，选择合理的网壳结

16、构形式，以取得良好的技术经济效果。式，以取得良好的技术经济效果。 一般情况下，单层网壳结构由于稳定性较差，只适合于中、一般情况下，单层网壳结构由于稳定性较差，只适合于中、小跨度的建筑，而双层网壳适合于跨度大小小跨度的建筑，而双层网壳适合于跨度大小40m的建筑。当的建筑。当网壳结构承受较大的非对称荷载或集中荷载时，对于单层网网壳结构承受较大的非对称荷载或集中荷载时，对于单层网壳结构应选用球面短程线型壳结构应选用球面短程线型凯威特型、柱面双斜杆型和联凯威特型、柱面双斜杆型和联方型等稳定性好的网格形式。方型等稳定性好的网格形式。 网壳的矢高对结构受力性能影响很大，当网壳的跨度较小时，网壳的矢高对结构受力性能影响很大，当网壳的跨度较小时，可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式的双曲抛物面网壳；可选用矢高较小的双曲扁网壳或落地式的双曲抛物面网壳；当跨度较大时，应选用矢高较大的球面或柱面网壳。当跨度较大时，应选用矢高较大的球面或柱面网壳。3.5 悬索结构悬索结构3.5.1 悬索结构形式及选型悬索结构形式及选型1 悬索结构的常用形式悬索结构的常用形式2 悬索结构的选型悬索结构的选型 悬索结构的设计选型时