1、發展歷史平面結構體系薄殼結構薄膜結構網架結構懸索結構桁架結構 拱結構(單)懸索梁薄腹梁空間結構體系2、大跨建筑的發展概況、大跨建筑的發展概況（1）羅馬萬神廟，見圖）羅馬萬神廟，見圖1萬神廟平面是圓型的，穹頂直萬神廟平面是圓型的，穹頂直徑達徑達43.3m，頂端高度也是，頂端高度也是43.3m；穹頂象征天宇，中央；穹頂象征天宇，中央開一個直徑開一個直徑8.9m的圓洞。的圓洞。2、大跨建筑的發展概況、大跨建筑的發展概況（2）威斯敏斯特教堂，見圖）威斯敏斯特教堂，見圖2總長總長156米，寬米，寬22米；大穹窿頂高米；大穹窿頂高31米，跨度大米，跨度大19.3m，鐘樓高，鐘樓高68.5米，拱腳厚度達米，

2、拱腳厚度達910mm。 （3）德國法蘭克福機場的機庫，采用的是）德國法蘭克福機場的機庫，采用的是270m100m的的雙跨懸索結構雙跨懸索結構，見圖，見圖3。圖圖3 德國法蘭克福機場機庫德國法蘭克福機場機庫 應用應用 公共建筑公共建筑(劇院，展覽館，體育場館，車站等劇院，展覽館，體育場館，車站等) 專門用途的建筑專門用途的建筑 (飛機庫，汽車庫等飛機庫，汽車庫等) 生產性建筑生產性建筑(飛機制造飛機制造廠裝配車間廠裝配車間，造船廠造船廠等等) 主要特點主要特點 跨度大跨度大 120m 160m(長春體育館，網殼結構，長春體育館，網殼結構，1998) 個性化個性化(非大量非大量建設項目建設項目，方

3、案極其個性化，方案極其個性化)大跨度結構的應用及其特點：圖圖2.1圖圖2.2圖圖2.3圖圖2.8 上海國際體操中心主體育館上海國際體操中心主體育館鋁穹頂鋁穹頂下沉式碗形氣樓下沉式碗形氣樓鋁合金三角板鋁合金三角板鋁合金穹頂構架鋁合金穹頂構架遮雨板遮雨板披水板披水板鋁墻板以及鋁墻板以及采光窗采光窗圖圖2.10 首都機場三號航站樓首都機場三號航站樓圖圖2.11 日本名古屋網殼穹頂日本名古屋網殼穹頂懸索與拱結合的結構懸索與拱結合的結構 1958年建成的美國耶魯大學溜冰館是典型的組合懸索結構。年建成的美國耶魯大學溜冰館是典型的組合懸索結構。屋蓋結構由沿建筑物縱向軸豎立的中央鋼筋混凝土平面大拱和屋蓋結構由

4、沿建筑物縱向軸豎立的中央鋼筋混凝土平面大拱和兩側的兩片預應力索網組成。曲面屋蓋造型極為美觀，外形有兩側的兩片預應力索網組成。曲面屋蓋造型極為美觀，外形有些象一只古怪的海龜似的甲殼動物。些象一只古怪的海龜似的甲殼動物。中央大拱的中央大拱的跨度近跨度近100m.兩片索網的承重索兩片索網的承重索高端錨掛在鋼筋混高端錨掛在鋼筋混凝土大拱上。凝土大拱上。另一端錨掛在縱另一端錨掛在縱向曲墻頂端的鋼向曲墻頂端的鋼筋混凝土曲梁上筋混凝土曲梁上美國耶魯大學溜冰館入口處美國耶魯大學溜冰館入口處大拱與曲梁的軸線大拱與曲梁的軸線均為平面拋物線。均為平面拋物線。大跨度建筑屋蓋結構v門式剛架結構門式剛架結構v薄腹梁結構薄

5、腹梁結構v桁架結構桁架結構v拱結構拱結構v薄殼結構薄殼結構v網架結構網架結構v懸索結構懸索結構v薄膜結構薄膜結構v充氣建筑結構充氣建筑結構 3.4 3.4 空間桿系有限元法空間桿系有限元法 3.7 3.7 網殼網殼梁式結構：梁式結構：平面桁架、平面桁架、空間桁架空間桁架平面剛架平面剛架拱式結構拱式結構平板網架結構平板網架結構網殼結構網殼結構懸索結構懸索結構斜拉結構斜拉結構張拉整體結構張拉整體結構平面結構體系平面結構體系空間結構體系空間結構體系v平面桁架體系和平板網架的區別：平面桁架體系和平板網架的區別：網架結構的優點網架結構的優點 1 1、多向受力的空間結構，比、多向受力的空間結構，比單向受力

6、的平面單向受力的平面桁架桁架適用跨度更大，一般可達到適用跨度更大，一般可達到30-60m30-60m； 2 2、整體性強，穩定性好，空間剛度大，具有、整體性強，穩定性好，空間剛度大，具有各向受力性能，各向受力性能，應力分布均勻應力分布均勻，節省材料；，節省材料； 3 3、網架是、網架是高次超靜定結構高次超靜定結構，結構安全度特別，結構安全度特別大，倘若某一構件受壓屈曲，也不導致破壞；大，倘若某一構件受壓屈曲，也不導致破壞； 4 4、網格型式，為屋面鋪設覆蓋材料和天花裝、網格型式，為屋面鋪設覆蓋材料和天花裝飾或燈具布置等提供方便。飾或燈具布置等提供方便。曲面網架（網殼）曲面網架（網殼）1、類型：

7、單層曲面網格、雙層曲面網格。、類型：單層曲面網格、雙層曲面網格。v工程實例曲面網架（雙層、雙曲）工程實例曲面網架（雙層、雙曲）全國最大跨度的球殼全國最大跨度的球殼漳州后石電廠球形煤倉漳州后石電廠球形煤倉加拿大加拿大1967蒙特利蒙特利爾博覽會美國館爾博覽會美國館建筑師富勒善用建筑師富勒善用三角形三角形的網架組成多面體穹窿的網架組成多面體穹窿。這種結構以較少的材料這種結構以較少的材料造成了輕質高強的屋蓋，造成了輕質高強的屋蓋，輕巧的覆蓋了很大的空輕巧的覆蓋了很大的空間。間。曲面網架（單層、雙曲）曲面網架（單層、雙曲）外形在縱橫外形在縱橫兩個方向均兩個方向均呈曲線形呈曲線形 v工程實例板形網架（雙

8、層、單曲）工程實例板形網架（雙層、單曲）高空散裝法高空散裝法建于建于1993年。屋蓋年。屋蓋222m，是世界最大的球面網殼，是世界最大的球面網殼，同時更為巧妙的是屋蓋具同時更為巧妙的是屋蓋具有合開性，它的球形屋蓋有合開性，它的球形屋蓋由由三塊可旋轉的扇形網殼三塊可旋轉的扇形網殼組成，扇形沿組成，扇形沿圓周導軌圓周導軌移移動，按需要可呈全封閉、動，按需要可呈全封閉、開啟開啟1/3或或2/3等不同狀態。等不同狀態。工程實例日本福岡體育館工程實例日本福岡體育館屋蓋具有屋蓋具有開合性。開合性。由三塊可由三塊可旋轉的扇旋轉的扇形網殼組形網殼組成。成。3.2.2 3.2.2 雙層網架的常用形式雙層網架的常

9、用形式8181米有柱展廳，屋蓋采用雙向空間鋼桁架結構。桁架下弦標高米有柱展廳，屋蓋采用雙向空間鋼桁架結構。桁架下弦標高為為10.55米，桁架高度米，桁架高度H=4.0米，鋼桁架沿縱向間距為米，鋼桁架沿縱向間距為27米，沿橫向米，沿橫向間距為間距為9米，均支承在鋼筋砼柱柱頂，由于該區屋面為屋頂花園，米，均支承在鋼筋砼柱柱頂，由于該區屋面為屋頂花園，屋面活荷載按屋面活荷載按8.0KN/m2設計設計,故屋蓋承重結構選用鋼桁架故屋蓋承重結構選用鋼桁架,并且正交并且正交桁架高度相等桁架高度相等, 在縱向垂直支撐、系桿的保證作用下形成空間桁架在縱向垂直支撐、系桿的保證作用下形成空間桁架結構體系。結構體系。

10、 廈門國際會展中心廈門國際會展中心 廈門國際會展中心廈門國際會展中心 平面形狀平面形狀支承方式支承方式使用型式使用型式矩形矩形（長寬比（長寬比1.51.5）周邊支承周邊支承正放、斜放、棋盤形、正放抽空、兩向正正放、斜放、棋盤形、正放抽空、兩向正交斜放或正放四角錐，交斜放或正放四角錐，矩形矩形（長寬比（長寬比1.51.5）周邊支承周邊支承正放、正放抽空、兩向正交正放、正放抽正放、正放抽空、兩向正交正放、正放抽空四角錐空四角錐矩形矩形多點支承多點支承正放、正放抽空、兩向正交正放網架正放、正放抽空、兩向正交正放網架圓形、正六邊形圓形、正六邊形周邊支承周邊支承三向網架，三角錐或抽空三角錐網架三向網架，

11、三角錐或抽空三角錐網架200/2Lqgwok式中：式中： q qw 除網架自重外的屋面荷載標準值（除網架自重外的屋面荷載標準值（kN/m2）；）； L L2 網架短向跨度（網架短向跨度（m）；）； 系數，鋼管桿件網架取系數，鋼管桿件網架取1.0，型鋼桿件網架取，型鋼桿件網架取1.2。iiGFvEvk式中：式中： FEvki 作用在網架第作用在網架第i 節點上豎向地震作用標準值；節點上豎向地震作用標準值；Gi 網架第網架第i節點的重力荷載代表值，恒載取節點的重力荷載代表值，恒載取100%；雪；雪 載及積灰荷載取載及積灰荷載取50%，屋面活載不計入；，屋面活載不計入；v 豎向地震作用系數，按下表取

12、值：豎向地震作用系數，按下表取值：1038. 02ftEEALum式中：式中： 系數，平面內弦桿為正放時取系數，平面內弦桿為正放時取1.0，正交斜放取，正交斜放取21/2， 三向時取三向時取2.0；Am 支承平面內弦桿截面積的算術平均值；支承平面內弦桿截面積的算術平均值；桿端力向量為：桿端力向量為： T j zj yjxi zi yixeFFFFFFF桿端位移向量為：桿端位移向量為： T jjjiiiewvuwvu桿端力和位移的關系為：桿端力和位移的關系為： eeeKF 000000000000001001000000000000001001ijelEAK式中式中 lij 桿單元桿單元ij的長

13、度；的長度； E 材料的彈性模量；材料的彈性模量； A 桿單元桿單元ij的截面積。的截面積。v 設桿件設桿件ij與整體坐標與整體坐標x ，y ，z 軸夾角的余弦為軸夾角的余弦為l ，m ，n 。v 由圖中所示的幾何關系可得出：由圖中所示的幾何關系可得出： ijijijijijijlzznlyymlxxlcoscoscos222)()()(ijijijijzzyyxxlv 令分別為桿件令分別為桿件ij在整體坐標系中的節點力、節點位移和單元剛度矩陣。在在整體坐標系中的節點力、節點位移和單元剛度矩陣。在整體坐標系中和節點位移間的關系力為：整體坐標系中和節點位移間的關系力為： eeeKF eezjie

14、yjiexjiezijeyijexijezjieyjiexjiezijeyijexijeFTFFFFFFTTTTFFFFFFF22211211222222222222222222220000nllnlmnnnlmnlnnllmlnllnlmnnnlmnlnnllmlT22211211TTTTTeezjieyjiexjiezijeyijexijezjieyjiexjiezijeyijexijeFTFFFFFFTTTTFFFFFFF22211211TTT1 eeeKF eeeeeKTKTFT eeFTF eeeFTFTF T-1 eeT eeeTT T-1TTT1 2221121122222222

15、2KKKKnmnlnnmnlnmlmmnmlmllnlmlnmnlnmlmllEAKije稱對 eeeKF ejijjjiijiiejiKKKKFF式（式（2 2）v式中式中 36 為為6號桿端點號桿端點3位移；位移； 3 節點節點3的位移的位移。 內外力平衡條件為匯交于同一節點的桿端內力之和等于該節點上的外荷內外力平衡條件為匯交于同一節點的桿端內力之和等于該節點上的外荷載，即：載，即： T333393837363 wvu Tz3y3x3393837363 PPPPFFFF式中式中 F F36 為為6號桿端點號桿端點3的桿端力；的桿端力； P P3 作用在節點作用在節點3的外荷載，的外荷載，P

16、x3、Py3、Pz3分別為結構整體坐標分別為結構整體坐標 x、y、z 向的荷載。向的荷載。 v 由式（由式（2 2）（）（3 3）可寫出連于節點）可寫出連于節點3 3的桿端力與各節點位移關系：的桿端力與各節點位移關系： 2632363363KKF 1731373373KKF 4834383383KKF 5935393393KKF將上列各式代入式（將上列各式代入式（4），整理后可得：），整理后可得： 359354834393383373363326321731PKKKKKKKK 5412333393593383483373173363263339383736KKKKKKKKFFFFv 式（式（5

17、）是節點）是節點3的內外力平衡方程，對網架中的所有節點，逐點的內外力平衡方程，對網架中的所有節點，逐點列出平衡方程，聯立起來便為結構總剛度方程，其表達式為：列出平衡方程，聯立起來便為結構總剛度方程，其表達式為： PK式中式中 節點位移列陣，對于本桁架節點位移列陣，對于本桁架T555333111 wvuwvuwvuP 荷載列陣，對于本例桁架荷載列陣，對于本例桁架T5z5y5x3z3y3x1z1y1x PPPPPPPPPPK 結構總剛度矩陣，空間網架每個節點有結構總剛度矩陣，空間網架每個節點有3個自由度，個自由度， 網架網架n個節點，個節點，K為為3n3n方陣。方陣。935834963363273

18、115141312111098765432115141351211104987365423211KKKKKi節點節點節點節點節點作業：作業： 一結構，網架高度2.5m，節點編號及整體坐標如圖所示。EA=105kN。試建立O1桿的整體剛度矩陣。1fAN minilfAN minil式中式中 匯交于球節點任意兩鋼管桿件間的夾角（匯交于球節點任意兩鋼管桿件間的夾角（rad）；）； 組成組成 角的鋼管外徑；角的鋼管外徑；DdttdNcc223 .13400式中式中 受壓空心球的軸向壓力設計值（受壓空心球的軸向壓力設計值（N）；）； 空心球外徑（空心球外徑（mm）；）； 空心球壁厚（空心球壁厚（mm）；）； 鋼管桿件外徑（鋼管桿件外徑（mm）；）； 加肋承載力提高系數，不加肋取加肋承載力提高系數，不加肋取1.0，加肋取，加肋取1.4；fdtNtt55. 0式中式中 受拉空心球的軸向拉力設計值（受拉空心球的軸向拉力設計值（N）；）； 空