大跨度建筑

网架平板网架平面形状灵活，可设计成各种形状。按腹杆的设置不同可分为：交叉桁架体系、四角锥体系、三角锥体系和其它一些体系。网架的弦杆与边界相垂直时称为正放网架，与边界斜交时称为斜放网架。世界各国在大、中型屋盖中都已成功地建造很多网架结构，例如加拿大和日本的博览会、美国芝加哥国会大厅及英国伦敦的飞机库等，平面尺寸都很大，总用钢量也比较经济，前苏联还在网架中采用了预应力。总之，网架结构已成为现代世界应用较普遍的新型结构之一。我国从20世纪60年代开始研究和采用，近年来，由于电子计算技术的迅速发展，解决了网架结构高次超静定结构的计算问题，促使网架结构无论在型式方面以及实际工程应用方面，发展都很快。目前主要用于大、中跨度的公共建筑中，例如体育馆、飞机库、俱乐部、展览馆和候车大厅等，中小型工业厂房也开始推广应用。跨度越大，采用此种结构的优越性和经济效果也就越显著。网架结构spatialgridstructure•由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。•构成网架的基本单元有三角锥、三棱体、正方体、截头四角锥等，由这些基本单元可组合成平面形状的三边形、四边形、六边形、圆形或其他任何形体。•一般而言，网架钢结构有下列三种节点形式：•·焊接球节点•·螺栓球节点•·钢板节点网架网壳结构••网壳是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。此结构是一种国内外颇受关注、有广阔发展前景的空间结构。•网壳结构又包括单层网壳结构、预应力网壳结构、板锥网壳结构、肋环型索承网壳结构、单层叉筒网壳结构等。•我国网壳结构发展概况:•网壳结构在解放初曾有所应用。当时主要是一类联方型的网状筒壳，材料为型钢或木材，跨度在30m左右，如扬州苏北农学院体育馆、南京展览中心（551厂）、上海长宁电影院屋盖结构等。作为有影响的我国第一幢大跨度网壳结构是天津体育馆屋盖，采用带拉杆的联方型圆柱面网壳，平面尺寸为52mX68m，矢高为8.7m，用钢指标为45kg每平米。该网壳1956年建成，1973年因失火而重建。此后，截至1992年上半年，据不完全统计，我国已建成各类网壳近80幢，覆盖建筑面积约70000平米，其中80％是近10年兴建的。如1989年建成的北京奥林匹克体育中心综合体育馆，平面尺寸为70mX83.Zm，采用人字形截面双层圆柱面斜拉网壳，为目前国内跨度最大的网壳结构。同年建成的濮阳中原化肥尿素散装库，平面尺寸为58mX135m，采用双层正放四角锥圆柱面网壳，为国内覆盖建筑面积最大的网壳结构，也是第一个采用螺栓球节点的网状筒壳。1967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网壳，平面直径64m，矢高9.14m，为国内跨度最大的单层球面网完。又如1988年建成的北京体院体育馆，采用带斜撑的四块组合型双层扭网壳，平面尺寸为59.2m见方，矢高3.5m,挑檐3.5m，为我国跨度最大的四块组合型扭网壳。内双层球面网壳结构的钢屋架....整体结构采用钢网壳制作,...间张弦索撑网壳结构采用单层柱面网壳结构形式的无柱风雨棚桁架••桁架（truss）:由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构。在荷载作用下，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而能充分利用材料的强度，在跨度较大时可比实腹梁节省材料，减轻自重和增大刚度，故适用于较大跨度的承重结构和高耸结构，如屋架、桥梁、输电线路塔、卫星发射塔、水工闸门、起重机架等。常用的有钢桁架、钢筋混凝土桁架、预应力混凝土桁架、木桁架、钢与木组合桁架、钢与混凝土组合桁架。桁架按外形分有三角形桁架、梯形桁架、多边形桁架、平行弦桁架，及空腹桁架。在选择桁架形式时，应综合考虑桁架的用途、材料、支承方式和施工条件，在满足使用要求的前提下，力求制造和安装所用的材料和劳动量为最小。桁架的分类结构分类••三角形桁架•••在沿跨度均匀分布的节点荷载下，上下弦杆的轴力在端点处最大，向跨中逐渐减少；腹杆的轴力则相反。三角形桁架由于弦杆内力差别较大，材料消耗不够合理，多用于瓦屋面的屋架中。•梯形桁架•和三角形桁架相比，杆件受力情况有所改善，而且用于屋架中可以更容易满足某些工业厂房的工艺要求。如果梯形桁架的上、下弦平行就是平行弦桁架，杆件受力情况较梯形略差，但腹杆类型大为减少，多用于桥梁和栈桥中。•多边形桁架•也称折线形桁架。上弦节点位于二次抛物线上，如上弦呈拱形可减少节间荷载产生的弯矩，但制造较为复杂。在均布荷载作用下，桁架外形和简支梁的弯矩图形相似，因而上下弦轴力分布均匀，腹杆轴力较小，用料最省，是工程中常用的一种桁架形式。•空腹桁架基本取用多边形桁架的外形，上弦节点之间为直线，无斜腹杆，仅以竖腹杆和上下弦相连接。杆件的轴力分布和多边形桁架相似，但在不对称荷载作用下杆端弯矩值变化较大。优点是在节点相交会的杆件较少，施工制造方便。悬索结构•由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。中国是世界上最早应用悬索结构的国家之一，在古代就曾用竹、藤等材料做吊桥跨越深谷。明朝成化年间（1465～1487年）已用铁链建成霁虹桥。近代的悬索结构，除用于大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大跨度屋盖结构中应用。•分类•悬索按受力状态分成平面结构和空间结构。是我国第一座大跨度圆形悬索结构的多功能综合体育馆北京工人体育馆悬索结构折板结构•折板结构是由若干狭长的薄板以一定角度相交连成折线形的空间薄壁体系。跨度不宜超过30米，适宜于长条形平面的屋盖，两端应有通长的墙或圈梁作为折板的支点。常用有V形、梯形等型式。我国常用为预应力混凝土V形折板，具有制作简单、安装方便与节省材料等忧点，最大跨度可达24米。膜结构•膜结构(Membrane)是20世纪中期发展起来的一种新型建筑结构形式,是由多种高强薄膜材料(PVC或Teflon)及加强构件(钢架、钢柱或钢索)通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状,作为覆盖结构,并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式.膜结构可分为充气膜结构和张拉膜结构两大类.充气膜结构是靠室内不断充气,使室内外产生一定压力差(一般在10㎜～30㎜水柱之间),室内外的压力差使屋盖膜布受到一定的向上的浮力,从而实现较大的跨度.张拉摸结构则通过柱及钢架支承或钢索张拉成型,其造型非常优美灵活.•膜结构所用膜材料由基布和涂层两部分组成.基布主要采用聚酯纤维和玻璃纤维材料;涂层材料主要聚氯乙烯和聚四氟乙烯。常用膜材为聚酯纤维覆聚氯乙烯（PVC）和玻璃纤维覆聚聚四氟乙烯（Teflon）。PVC材料的主要特点是强度低、弹性大、易老化、徐变大、自洁性差，但价格便宜，容易加工制作，色彩丰富，抗折叠性能好。为改善其性能，可在其表面涂一层聚四氟乙烯涂层，提高其抗老化和自洁能力，其寿命可达到15年左右。Teflon材料强度高、弹性模量大、自洁、耐久耐火等性能好，但它价格较贵，不易折叠，对裁剪制作精度要求较高，寿命一般在30年以上，适用于永久建筑。•世界上第一座充气膜结构建成于1946年，设计者为美国的沃尔特·勃德（W.Bird），这是一座直径为15的充气穹顶。1967年在德国斯图加特召开的第一届国际充气结构会议，无疑给充气膜结构的发展注入了兴奋剂。随后各式各样的充气膜结构建筑出现在1970年大阪世界博览会上。其中具有代表性的有盖格尔设计的美国馆（137m×7m8卵形），以及川口卫设计的香肠形充气构件膜结构。后来人们认为70年大阪博览会是把膜结构系统地、商业性地向外界介绍的开始。大阪博览会展示了人们可以用膜结构建造永久性建筑。而70年代初美国盖格尔-勃格公司（Geiger-BergerAssociates）开发出的符合美国永久建筑规范的特氟隆（Teflon）膜材料为膜结构广泛应用于永久、半永久性建筑奠定了物质基础。之后，用特氟隆材料做成的室内充气式膜结构相继出现在大中型体育馆中，如1975年建成的密歇根州庞蒂亚克“银色穹顶”（椭圆形220×159m），1988年建成的日本东京体育馆（室内净面积4，6767㎡）上海世博园区世博轴索膜结构