大跨建筑結(jié)構(gòu)(設(shè)計(jì)要點(diǎn))(已修改)
2025-01-15 18:41 本頁(yè)面
【正文】 大跨建筑結(jié)構(gòu) 參考書(shū)目： 1.《大跨空間結(jié)構(gòu)》 張毅剛等編 機(jī)械工業(yè)出版社； 2.《 大跨空間結(jié)構(gòu) 》 完海鷹編 中國(guó)建筑工業(yè)出版社 ； 3.《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》 JGJ791； 4.《空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工》 東南大學(xué)出版社； 概 述 大跨與空間鋼結(jié)構(gòu)主要用于公共建筑 ， 如大會(huì)堂 、 影劇院 、 展覽館 、 音樂(lè)廳 、 體育館 、 加蓋體育場(chǎng) 、 航空港等 。 大跨度結(jié)構(gòu)也用于工業(yè)建筑 ， 如飛機(jī)制造廠的總裝配車間 、 飛機(jī)庫(kù) 、 造船廠的船體結(jié)構(gòu)車間等等 。這些建筑采用大跨結(jié)構(gòu)是受裝配機(jī)器 （ 如船舶 、 飛機(jī) ） 的大型尺寸或工藝過(guò)程要求所決定的 。 展覽館 日本大分體育公園綜合競(jìng)技場(chǎng) 倫敦千年穹頂 大跨度結(jié)構(gòu)的跨度沒(méi)有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》、《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》將 60m以上定義為 大跨度結(jié)構(gòu)，計(jì)算和構(gòu)造均有特殊規(guī)定。我國(guó)目前最大跨度做到 340m，以鋼索和膜材做成的索膜結(jié)構(gòu)最大已做到 320m。 大跨度結(jié)構(gòu)主要是在自重荷載下工作 ， 主要矛盾是減輕結(jié)構(gòu)自重 ， 故最適宜采用鋼結(jié)構(gòu) 。 在大跨度屋蓋中應(yīng)盡可能使用輕質(zhì)屋面結(jié)構(gòu)及輕質(zhì)屋面材料 ， 如彩色涂層壓型鋼板 、 壓型鋁合金板等 。 主要分為兩大類： 平面結(jié)構(gòu)體系 梁式體系 框架式體系 拱式體系 空間結(jié)構(gòu)體系 實(shí)體結(jié)構(gòu)類：薄殼、折板結(jié)構(gòu) 張力結(jié)構(gòu)類：懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu) 混合結(jié)構(gòu)類 網(wǎng)格結(jié)構(gòu)類：網(wǎng)架及網(wǎng)殼結(jié)構(gòu) 平面承重的大跨度鋼結(jié)構(gòu) 1 梁式結(jié)構(gòu)體系 梁式結(jié)構(gòu)體系一般采用簡(jiǎn)支桁架的形式 ， 桁架 的優(yōu)點(diǎn)是制作與安裝都比較簡(jiǎn)單 ， 其上 、 下弦及腹 桿僅承受拉力或壓力 ， 對(duì)支座也沒(méi)有橫推力 。 適用跨度： 40?60m， 更大的跨度由于耗鋼量 過(guò)大而不經(jīng)濟(jì) 。 重點(diǎn)是支撐系統(tǒng)的布置 ， 對(duì)保證整個(gè)結(jié)構(gòu)體系 的整體剛度是非常重要的 。 大跨度梁式結(jié)構(gòu)的外形及腹桿體系，決定于跨度、屋面型式及吊天棚結(jié)構(gòu)的形式，常用的有梯形和拱形桁架。按重量最優(yōu)確定的桁架的高跨比一般為 1/6～ 1/8。 常用形式： （ 1）角鋼（或 T型鋼）桁架 （ 2） H型鋼重型桁架 * （ 3）鋼管桁架（圓鋼管或矩形管） * 桁架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)和支座，跨度大于 35～40m時(shí)，梁式結(jié)構(gòu)的支座之一必須作成可移動(dòng)的，以減小對(duì)支承墻體或支柱傳遞的橫向反力，橫向反力一般由屋架下弦的彈性變形產(chǎn)生。 * 上海證券大廈 連接兩幢主樓的天橋桁架跨度63m，共支承著從17層至 26層共 8個(gè)樓層，采用了 H型鋼重型桁架。 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng) 上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓屋架梁跨度 83m，跨中高度超過(guò) 11m，單榀屋架梁重 55噸。 為了增加屋架結(jié)構(gòu)的剛度，同時(shí)為保證屋架梁在風(fēng)吸力作用下始終處于受拉狀態(tài)，下弦布置了一根預(yù)應(yīng)力鋼索，對(duì)下弦施加足夠的預(yù)應(yīng)力。 （ 1）角鋼（或 T型鋼）桁架 一般用節(jié)點(diǎn)板連接，過(guò)去采用的方法是按桁架弦桿或腹桿的最大內(nèi)力選擇節(jié)點(diǎn)板厚，當(dāng)受力較復(fù)雜時(shí)不可靠。國(guó)外有些規(guī)范（如美國(guó) AISC規(guī)范）規(guī)定需進(jìn)行計(jì)算。 88規(guī)范后的 90年代，重慶鋼鐵設(shè)計(jì)研究院會(huì)同云南省建筑設(shè)計(jì)院作了一系列雙角鋼桿件桁架節(jié)點(diǎn)板的試驗(yàn)，其中受拉試件 16個(gè)，受壓試件 8個(gè)。從而總結(jié)出 用撕裂面法推導(dǎo)出來(lái)的公式 。 由于桁架節(jié)點(diǎn)板的外形往往不規(guī)則 ， 同時(shí) ， 一些受動(dòng)力荷載的桁架還需要計(jì)算節(jié)點(diǎn)板的疲勞 ， 用撕裂面法推導(dǎo)出來(lái)的公式計(jì)算比較麻煩 。 故參照國(guó)外多數(shù)國(guó)家的經(jīng)驗(yàn) ， 規(guī)范建議對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)板也可采用有效寬度法進(jìn)行承載力計(jì)算 。 有效寬度法假定腹桿軸力 Ｎ 通過(guò)連接件在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)按照應(yīng)力擴(kuò)散角度傳至連接件端部與 N 相垂直的一定寬度范圍內(nèi) ， 稱為有效寬度 be 。 假定 be范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)板應(yīng)力達(dá)到 fu， 并令 betfu=Nu(節(jié)點(diǎn)板破壞時(shí)的腹桿軸力 )， 按此法擬合的結(jié)果 ， 當(dāng)應(yīng)力擴(kuò)散角 ?=270時(shí)精度最高 ， 計(jì)算值與試驗(yàn)值的比 值平均為 %；當(dāng) ?=300時(shí) ， 比值為%， 考慮到國(guó)外多數(shù)國(guó)家對(duì)應(yīng)力擴(kuò)散角均取為 300， 為與國(guó)際接軌且誤差較小 ， 建議取 ?=300。 有效寬度法適用于腹桿與節(jié)點(diǎn)板采用側(cè)焊 、圍焊 、 鉚釘 、 螺栓等多種連接情況 ， （ 采用鉚釘或螺栓連接時(shí) ， be應(yīng)取為有效凈寬度 ） 。 桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表 一般的鋼結(jié)構(gòu)教科書(shū)和手冊(cè)均列有 “ 桁架節(jié)點(diǎn)板厚度選用表 ” ， 但都系互相參考 ， 缺乏科學(xué)依據(jù) 。 這次該研究組先制作了 N t/b關(guān)系表 （ N為腹桿最大拉力； t為節(jié)點(diǎn)板厚度； b為連接肢寬度 ） ， 反映了側(cè)焊縫焊腳尺寸 hf hf2的影響 。 同時(shí)又在上述參數(shù)組合的最不利情況下 ， 重新整理出偏于安全的 N— t表 。 相對(duì)來(lái)說(shuō)它比以往的 N— t表更符合實(shí)際 。 為保證節(jié)點(diǎn)板受壓時(shí)的穩(wěn)定 ， 桁架桿件間間隙不能太大 ， 例如有豎腹桿的節(jié)點(diǎn)板 （ 或自由邊有加勁的節(jié)點(diǎn)板 ） ， 不能理解為 c 值愈小愈好 。 規(guī)范規(guī)定 “ 弦桿與腹桿 、 腹桿與腹桿之間的間隙 ， 不應(yīng)小于 20mm” ， 是由于間隙過(guò)小 ， 焊接殘余應(yīng)力影響過(guò)大 。 而對(duì)吊車桁架 ， 為避免疲勞破壞又規(guī)定此間隙 “ 不宜小于 50mm” ；同時(shí)還規(guī)定在工作溫度 20?C地區(qū)的桁架 ， 為防冷脆 ， “ 腹桿與弦桿相鄰焊縫焊趾間凈距不宜小于 ” 。 同樣 ， 這些規(guī)定不能理解為桿件間間隙愈大愈好 ， 在某些情況如出現(xiàn)矛盾 ， 應(yīng)妥善處理 。 yftc /23515? 隨著熱軋 H型鋼在我國(guó)投產(chǎn)，剖分 T型鋼用于 桁架弦桿或腹桿的情況越來(lái)越多。 T 型鋼桁架的優(yōu)點(diǎn)是：無(wú)離縫、防腐易處理、用鋼量省。 問(wèn)題： （ 1）節(jié)點(diǎn)施工不方便； （ 2）節(jié)點(diǎn)構(gòu)造方式不同，節(jié)點(diǎn)內(nèi)的應(yīng)力狀態(tài)更加復(fù)雜，同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)受力研究不夠，故規(guī)范公式均不適用； （ 3）板件的局部穩(wěn)定難以滿足規(guī)范的規(guī)定。 （ 2） H型 鋼重型桁架 桁架節(jié)點(diǎn)
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