本章目錄基本要求8.1平面承重的大跨屋蓋結構8.2空間網架屋蓋結構8.3懸掛式屋蓋簡介1.了解平面承重的大跨屋蓋結構的分類和構造特點。2.了解空間網架屋蓋結構的特性和組成分類。3.了解懸掛式屋蓋結構的布置形式。

大跨度房屋結構常用于公共建筑。如會堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場、市場、火車站、航空港等。也用于工業建筑，特別是在航空工業和造船工業中，如飛機制造廠的總裝配車間、飛機庫、造船廠的船體結構車間等。大跨度建筑物的用途、其使用條件以及對其建筑造型方面要求的差異性，決定了采用結構方案的多樣性。可采用梁式、框架式、拱式、空間式以及懸掛-懸索式的結構。圖8.0.1圖8.0.2圖8.0.3圖8.0.4飛機庫梁式結構950110073.8477004500087500圖8.0.5圖8.0.6圖8.0.7鄭州碧波園娛樂中心空間拱形屋蓋結構（建筑平面80m×80m）40,00021,500320001600032000800002800500012500圖8.0.8上海國際體操中心主體育館鋁穹頂下沉式碗形氣樓鋁合金三角板鋁合金穹頂構架遮雨板披水板鋁墻板以及采光窗圖8.0.9海南美蘭機場庫機庫網架與拉桿拱架結構100005000500022000±0.00022.000預應力混凝土長梁115000圖8.0.10首都機場三號號航站樓圖8.0.11日本名古屋網網殼穹頂第8.1節平面承重重的大跨屋蓋蓋結構1.梁式大跨結構構2.框架結構3.拱式結構了解大跨屋蓋蓋結構分類方方法與應用本節目錄基本要求應用：通常采用簡簡支桁架作為為主要承重構構件。其上、、下弦及腹桿桿僅承受拉力力或壓力，對對支座也沒有有橫推力。重點是支撐系統的布置，對保保證整個結構構體系的整體體剛度是非常常重要的。優點：制造與安裝裝較為簡單。。常用體系：大跨度屋蓋、預應力三角形形截面桁架適用跨度：4060m，更大的跨度由由于耗鋼量過過大而不經濟濟。8.1.1梁式大跨結構構◆預應力三角形形截面桁架預應力三角形形截面桁架便便于制造、運運輸和安裝，，給設置大跨跨度梁式結構構體系以良好好基礎。(a)圖8.1.1鋪設于屋架上上的鋼筋混凝凝土屋面板可可參與共同受受壓，采用管管材(方管、圓管)桿件以及施加加預應力這三三個方面使得得這種結構體體系鋼材用量量比較經濟。。(b)鋼筋混凝土屋面板拉桿三角形屋架6m(c)鋼筋混凝土屋面板24~30m(d)鋼筋混凝土屋面板18~24m玻璃窗圖8.1.2兩鉸框架：對溫度作用不敏感，剛度較差無鉸框架：剛度好，用鋼量省、便于安裝，但對基礎要求較高實腹框架：用工量少，可裝運性好，還能降低房屋高度。

格構框架：當跨度大于60m時，實腹式框架不太經濟，此時可采用格構式，最大可做到150m。8.1.2框架結構8.1.2.1框架的體系及及形式8.1.2.2計算原則及構構造特點◆計算原則格構式普通框框架可以折算算成與其等效效的實腹框架架。重型的格構式式框架按格構構式體系考慮慮全部腹桿的的變形進行計計算。大跨框架的撓撓度僅用可變變荷載求得，，永久荷載產產生的撓度由由相應的結構構起拱來抵消消。當跨度大于50m且剛性柱(支座)不高時，須計計入框架的溫溫度應力。兩兩鉸框架中，，框架柱可以以做成沿高度度變截面形式式，這樣能減減輕結構自重重并具有較好好的外觀。當桿件內力大大于等于2000kN時，應按重型型桁架設計，，桿件截面通通常設計成雙雙腹桿的。當支座反力大大于2500～3000kN時，框架的支支座應設計成成輥軸式；反反力較小時，，可設計成平平板式。◆構造特點在雙鉸框架結結構中,為減小橫梁中中部的彎矩,可采用圖中使使橫梁卸載的的做法。O懸掛墻(a)RRe(b)圖8.1.3橫梁與柱連接接的框架節點點內角彎折處處應做成平緩緩曲線以避免免應力集中。。為使轉角處處腹板不致失失穩，應在其其內部受壓區區設置短加勁勁肋。圖8.1.4（a）（b）8.1.3拱式結構8.1.3.1拱的體系及形形式（1）拱的形式有有：兩鉸拱、、三鉸拱、無無鉸拱。拱式式體系用鋼量量比梁式體系系及框架體系系經濟。兩鉸拱：安裝裝和制造簡單單。因為鉸可可自由轉動的的特性，兩鉸鉸拱易于適應應變形。三鉸拱：與兩兩鉸拱相比無無突出的優點點，拱鑰鉸還還使拱本身結結構及屋面設設置復雜化。。兩鉸拱lf(a)三鉸拱lf(b)無鉸拱lf(c)圖8.1.5①設置拉桿對于軟弱地基基的情況，設設置拉桿承擔擔拱的橫向水水平力更為合合適。設有拉拉桿的拱其支支座主要承受受垂直荷載，，故這種情況況下支座比較較輕巧。無鉸拱：對于于彎矩沿跨度度的分配最為為有利，但必必須設置強大大的基礎，而而且要計算溫溫度的作用。。（2）水平推力的的解決措施：：拱支承在墻體體上時，橫向向反力也可用用在支座鉸水水平處設置拉拉桿的辦法加加以解決。為為了在不增加加房屋高度的的情況下增大大房間的有效效高度，有時時將拉桿布置置于拱支座鉸鉸水平之上。。②設置拱扶壁在加蓋的體育育場、展覽館館以及飛機庫庫里，拱的支支座常常是房房屋的墻體、、看臺等。沒沒有橫墻或看看臺的情況下下則要求設置置拱扶壁以承承受拱的水平平推力。圖8.1.6設置抬高拉桿的拱拉桿±0.05505501670017800（3）拱外形：——接近壓力曲線線拋物線拱：當對稱的、沿沿拱弦線均布布的荷載值起起主要作用時時最為合適。圓弧拱：適于扁平拱,可以簡化拱的的設計與制造造，使拱構件件及節點達到到最大標準化。懸鏈線拱：適于自重很大的高高拱。高拱中中風荷載引起起很大的內力力，而且風荷荷載有可能自自兩面作用并并給出兩條截截然離散的風風壓線。此時時拱的外形宜宜取兩條極端端風壓曲線的的中間線。8.1.3.2拱的構造特點點◆拱截面分實腹腹式和桁架式式兩種，一般般為等截面。。拱身所受彎彎矩較小，因因而截面高度度不大，實腹腹式可取1/50-1/80，桁架式可取取1/30-1/60。◆拱截面可采用用H型鋼、雙角鋼鋼、T型鋼、槽鋼、、圓鋼管和方方鋼管等。◆格構拱的腹桿桿可設計成附附加豎桿的三三角體系、無無附加豎桿的的三角形體系系及斜腹桿體體系。（如下下圖）圖8.1.7格構拱構造方案α運輸單元主檁運輸單元主檁安裝節點(a)(b)(c)實腹式拱與格格構式拱的支支座鉸具有相相同的結構。。常用的支座座鉸的形式如如下。

圖8.1.8拱與框架的支座(鉸)節點平板(鉸)支座節點輥軸(鉸)支座節點8.1.3.3拱的計算特點點◆風荷載是拱結結構計算中一一項非常重要要的荷載。特特別應注意風風吸力對拱結結構的影響，，還應考慮側側風壓或端風風壓作用在建建筑物上的情情況。◆拱本身作為受受壓曲桿，需需要驗算強度度和穩定。拱拱出平面的穩穩定，由橫向向支撐及檁條條體系提供保保證。◆拱在彎矩作用用平面外的剛剛度如果與平平面內相差很很大，應按壓壓彎桿件驗算算平面外的穩穩定。第8.2節空間網架架屋蓋結構本節目錄基本要求1.空間結構及特特性2.平板式空間網網架的形式3.網架結構設計計特點了解空間網架架屋蓋結構的的特性和平板板式網架的設設計特點。空間網架結構構是由許多桿桿件按照一定定規律布置通通過節點連接接而成的網格格狀結構體系系。常將平板板型的空間網網架結構稱做做網架，將曲曲型的空間網網架結構稱做做網殼。目前前空間結構中中以網架結構構在我國發展展最快,應用最廣。空間結構體系網架及網殼結構懸索結構膜結構8.2.1空間結構及特特性空間結構體系系8.2.1.1優越的力學性性能◆整體受力，共共同工作。以以整個結構的的形體來承受受外荷載，按按照空間的幾幾何特性分擔擔承受荷載任任務，沒有平平面結構體系系中構件之間間那種主次關關系。◆空間受受力，，高次次超靜靜定。。在荷荷載作作用下下為三三向受受力，，并以以面內內力或或軸力力為主主。◆具有良良好的的抗震震性能能。◆跨越能能力大大。空間結結構特特性8.2.1.2良好的的經濟濟型、、安全全性與與適用用性◆整體受受力性性能好好，傳傳力路路線簡簡潔、、可靠靠，故故可節節約大大量建建筑材材料，，經濟濟效果果好。。◆高次超超靜定定結構構，內內力重重分布布可使使其具具有額額外的的安全全儲備備，可可靠程程度較較高。。◆適應不不同跨跨度、、不同同支承承條件件的各各種建建筑要求。。同時時，建建筑造造型輕輕巧、、美觀觀、便便于建建筑處處理和和裝飾飾等。。◆桿件主主要承承受軸軸向力力，能能充分分發揮揮材材料的的強度度。8.2.2平板式式空間間網架架的形形式網架結結構形形式較較多，，其其分類類有不不同標標準。。1.按結構構組成成分類類雙層網架三層網架周邊支承網架點支承網架周邊支承與點支承網架三邊支承或兩邊支承網架2.按支承承情況況分類類圖8.2.1周邊支承網架網格寬度與柱距一致圖8.2.2點支承網架四點支承網架多點支承網架圖8.2.4三邊支承網架圖8.2.3周邊支承與點支承混合網架圖8.2.5兩邊支承網架3.按網格格組成成分類類兩向正交正放網架兩向正交斜放網架三向網架交叉桁架體系四角錐體系正放四角錐體系正放抽空四角錐網架斜放四角錐網架(1)交叉桁桁架體體系這類網網架由由若干干相互互交叉叉的豎豎向平平面桁桁架所所組成成。豎豎向平平面桁桁架的的形式式與一一般平平面桁桁架相相似。。桁架架的節節間長長度即即為網網格尺尺寸。。這些些平面面桁架架可沿沿兩個個方向向或三三個方方向布布置，，當為為兩向向交叉叉時其其交角角可為為90°（正交交)或任意意角度度(斜交)；當為為三向向交叉叉時其其交角角為60°。這些些相互互交叉叉的豎豎向平平面桁桁架當當與邊邊界方方向平平行(或垂直直)時稱為為正放放，與與邊界界方向向斜交交時稱稱為斜斜放。。桁架之之間交交角的的變化化和邊邊界相相對位位置的的不同同，使使得有有下面面的網網架形形式。。◆兩向正正交正正放網網架兩向正正交正正放網網架的的構成成特點點是：：兩個個方向向的豎豎向平平面桁桁架垂垂直交交叉，，且分分別與與邊界界方向向平行行。圖8.2.6◆兩向正正交斜斜放網網架兩向正正交斜斜放網網架的的構成成特點點是：：兩個個方向向的豎豎向平平面桁桁架垂垂直交交叉，，是與與邊界界成45°夾角。。(a)(b)圖8.2.7◆三向網網架三向網網架的的構成成特點點是：：三個個方向向的豎豎向平平面桁桁架互互成60°角斜向向交叉叉。lh圖8.2.8（2）四角角錐體體系網網架正放四四角錐錐網架架：以倒四四角錐錐體為為組成成單元元，錐錐底的的四邊邊為網網架的的上弦弦桿，，錐棱棱為腹腹桿，，各錐錐頂相相連即即為下下弦桿桿，它它的上上、下下弦桿桿均與與相應應邊界界平行行。圖8.2.9正放抽空四四角錐網架架：在正放四角角錐網架的的基礎上，，除周邊網網格不動外外，適當抽抽掉一些四四角錐單元元中的腹桿桿和下弦桿桿，使下弦弦網格尺寸寸比上弦網網格尺寸大大一倍。圖8.2.10斜放四角錐錐網架：以倒四角錐錐體為組成成單元，由由錐底構成成的上弦桿桿與邊界成成45°夾角，而連連接各錐頂頂的下弦桿桿則與相應應邊界平行行。因此，，它的上弦弦網格呈正正交斜放，，下弦網格格呈正交正正放。圖8.2.11（1）一般計算算原則網架結構的的設計計算算應遵循現現行有關國國家或行業業標準的規規定。包括括：◆《建筑結構荷荷載規范》GB50009-2001◆《建筑抗震設設計規范》GB50011-2001◆《鋼結構設計計規范》GB50017-2003◆《冷彎薄壁型型鋼結構技技術規范》GB50018-2002◆《網架結構設設計與施工工規程》JGJ7-918.2.3網架結構的的設計特點點8.2.3.1計算方法要要點（2）計算方法法及其特點點根據需要可可采用精確確法或近似似。◆空間桁架位位移法，又稱矩陣位位移法。其其計算過程程在結構力力學中有過過介紹，即即該法以桿桿件為基本本單元，以以節點三個個線位移為為基本未知知量。先進進行單元分分析，得到到單元剛度度矩陣，后后進行整體體分析，得得到結構總總剛度矩陣陣和結構總總剛度方程程。再引進進邊界條件件求得各桿桿件內力N。求得各桿桿件內力N后,按照本書前前述軸心受受力構件一一章的內容容進行設計計驗算。空空間桁架位位移法計算算較精確，，且適用范范圍廣泛。。◆差分法與擬擬夾層板法法。差分法經慣慣性矩折算算，將網架架簡化為交交叉梁系進進行差分計計算,它適用于跨跨度L≤40m由平面桁架架系組成的的網架、正正放四角錐錐網架。一一般按圖表表計算，誤誤差≤20％。擬夾層板法法將網架簡簡化成正交交異性或者者各向同性性的平板進進行計算，，它適用于于跨度L≤40m由平面桁架架系或角錐錐體組成的的網架。一一般按圖表表計算，誤誤差≤10％。8.2.3.2一般設計規規定（1）選型網架結構設設計首先要要選型，通通常是根據據工程的平平面形狀、、跨度大小小、支承情情況、荷載載大小、屋屋面構造、、建筑設計等諸因因素，結合合以往的工工程經驗綜綜合確定。。網架桿件件的布置必必須保證不不出現結構構幾何可變變的情況。。（2）網格尺寸寸和網架高高度標準網格多多采用正方方形，但也也采用長方方形，網格格尺寸可取取(1/6～1/20)L2，網架高度(也稱為網架架矢高)H可取(1/10一1/20)L2，L2為網架的短短向跨度。。具體尺寸和和高度可根根據網架形形式、跨度度大小、屋屋面材料以以及構造要要求和建筑筑功能等因因素確定。。（1/14~1/20）L2（1/12~1/20）L2＞60m（1/2~1/16）L2（1/10~1/16）L230m~60m（1/10~1/14）

L2（1/6~1/12）L2＜30m網架高度H上弦網格尺寸網架的短向跨度（L2）表1網格尺寸、網架高度建議值（3）網架結構構體系的屋屋面目前，采用用得較多的的是有檁體體系與輕質質屋面相結結合的方案案。各種混混凝土屋面面板、鋼絲絲網水泥板板用于無檁檁體系中，，采用已越越來越少。。（4）網架桿桿件①截面以以圓鋼管管性能最最優，使使用最廣廣泛。②材料通通常選用用Q235系列或者者Q345系列鋼材材。③桿件的的計算長長度l0：對螺栓球球節點網網架(因節點接接近于鉸鉸接)，其桿件件的計算算長度l0取等于桿桿件的幾幾何長度度l。對焊接球球節點網網架，其其弦桿及及支座腹腹桿取l0＝0.9l,而其余腹桿取l0＝0.8l。④桿件的的長細比比限值[λ]對受壓稈稈件，其其長細比比限值[λ]＝180；對受拉桿桿件支座座處及支支座附近近的桿件件長細比比限值[λ]＝300、一般桿件件[λ]＝400，直接承受受動力荷荷載的桿桿件[λ]＝250。⑤桿件最最小截面面規格為了保證證網架桿桿件的承承載力并并使其具具有必要要的剛度度，限制制桿件的的截面規規格不得得小于鋼鋼管Φ48×2，角鋼L50××3（5）網架節節點設計計與構造造要點網架節點點有：焊焊接鋼板板節點、、焊接空空心球節節點、螺螺栓球節節點、焊焊接短鋼鋼管節點點等形式式。節點的重重量一般般為網架架總重量量的20％～25％，所占比重重較大，，因節點點破壞而而造成工工程事故故的例子子不少，，所以應應于充分分重視。。①焊接空空心球節節點空心球可可分為不不加肋和和加肋兩兩種，如如下圖所所示。所所用材料料為Q235鋼或Q345鋼。當球球直徑設設計為D時，用下下料為1.414D直徑的圓圓板經壓壓制成型型做成半半球，再再由兩個個半球對對焊而成成。這種節點點適用于于連接鋼鋼管桿件件，被廣廣泛應用用。節點點構造是是將鋼管管桿件直直接焊接接連接于于空心球球體上，，具有自自動對中中和“萬萬向”性性質，因因而適應應性很強強。D(a)D/3~D/2D(b)圖8.2.12直徑D為120～500mm的焊接空空心球，，其承載載力設計計值Nc(受壓球)和Nt(受拉球)可分別按按下式計計算：D——空心球外外徑(mm)；t——空心球壁壁厚(mm)；d————鋼管管外外徑徑(mm)；f————鋼管管材材料料強強度度設設計計值值(N／mm2)；ηc———受壓壓空空心心球球加加肋肋承承強強力力提提高高系系數數，，加加肋肋ηc=1.4，不加加肋肋ηc=1.0；ηt受拉拉空空心心球球加加肋肋承承強強力力提提高高系系數數，，加加肋肋ηt=1.1,不加加肋肋ηt=1.0。空心心球球外外徑徑D與壁壁厚厚t的比比值值可可按按設設計計要要求求選選用用，，一一般般取取D＝(25～45)t；空心心球球壁壁厚厚t與鋼鋼管管最最大大壁壁厚厚的的比比值值宜宜為為1.2～2.0。另另外外,空心心球球壁壁厚厚t不宜宜小小于于4mm。在確確定定空空心心球球外外徑徑時時，，球球面面上上網網架架相相連連接接桿桿件件與與桿桿件件之之間間的的縫縫隙隙a不宜宜小小于于10mm。為了了保保證證縫縫隙隙a，空心心球球直直徑徑也也可可初初步步按按下下式式估估算算：：D＝(d1+d2+2a)/θ式中中:θ—匯集集于于空空心心球球節節點點任任意意兩兩鋼鋼管管桿桿件件間的夾夾角角(rad)；d1,d2—組成成θ角的的鋼鋼管管外外徑徑(mm)；a—d1與d2兩鋼鋼管管間凈距距離離，，一一般般a≥10mm.②螺螺栓栓球球節節點點螺栓栓球球節節點點由由螺螺栓栓、、鋼鋼球球、、銷銷子子(或止止緊緊螺螺釘釘)、套套筒筒和和錐錐頭頭或或封封板板組組成成，，如如下下圖圖,適用用于于連連接接鋼鋼管管桿桿件件。。鋼球螺栓套筒帷頭銷子封板a1aa1l圖8.2.13螺栓栓是是節節點點中中最最關關鍵鍵的的傳傳力力部部件件，，在在同同一一網網架架中中，，連連接接弦弦桿桿所所采采用用的的高高強強度度螺螺栓栓可可采采用用同同一一直直徑徑，，而而連連接接腹腹桿桿的的可可采采用用同同一一直直徑徑。。在在小小跨跨度度的的輕輕型型網網架架中中，，連連接接球球體體的的弦弦桿桿和和腹腹桿桿可可以以采采用用同同一一規規格格的的直直徑徑。。螺螺栓栓直直徑徑一一般般由由網網架架中中最最大大受受拉拉桿桿件件的的內內力力控控制制，，一一個個螺螺栓栓受受拉拉承承載載力力設設計計值值按按下下式式計計算算：：

——螺栓直徑對承載力影響系數；當螺栓直徑＜30mm時,取為1.0；當螺校直徑＞30mm時,取為0.93；Ae—高強度螺栓的有效截面面積(mm2)，即螺栓螺紋處的截面積,當螺栓上鉆有銷孔或鍵槽時。Ae

應取螺紋處或銷孔鍵槽處二者中的較小值；ftb——高強度度螺栓栓經熱熱處理理后的的抗拉拉強度度設計計值，，對40B鋼、40Cr鋼與20MnTiB鋼，取取為430N/mm2；對45號鋼，，取為為365N/mm2。螺栓直直徑確