大跨结构第1讲-大跨房屋结构体系

房屋建筑学大跨度建筑构造大跨度建筑结构型式与建筑造型大跨度建筑结构型式与建筑造型结构是房屋的骨架，是形成建筑内部空间和外部形式的物质基础，结构是在特定的材料和施工技术条件下运用力学原理创造出来的。

某种新的结构一旦产生并在工程实践中反复出现时，便会逐渐形成一种崭新的建筑形式。

可见结构技术是影响建筑的重要因素，在大跨度建筑中尤其如此。

通过上述例子说明，在建筑设计中，选择结构型式不仅是结构工程师的工作，也是建筑师的职责，现代建筑的特点是建筑艺术与建筑技术的高度统一。

建筑师只有对各种结构形式的基本力学特征和适用范围有深入的了解才能自由地进行创作，把结构型式与建筑造型融为一体。

现就大跨度建筑常见的各种结构型式及其建筑造型作介绍。

一、拱结构及其建筑造型拱结构及其建筑造型(一)拱的受力特点、优缺点和适用范围拱是古代大跨度建筑的主要结构型式。

由于拱呈曲面形状，在外力作用下，拱内的变矩值可以降低到最小限度，主要内力变为轴向压力，且应力分布均匀，能充分利用材料的强度，比同样跨度的梁结构断面小，故拱能跨越较大的空间。

但是拱结构在承受荷载后将产生横向推力，为了保持结构的稳定性，必须设置宽厚坚固的拱脚支座抵抗横推力。

常见的方式是在拱的两侧作两道厚墙来支承拱，墙厚随拱跨增大而加厚。

很明显，这会使建筑的平面空间组合受到约束。

拱的内力主要是轴向压力，结构材料应选用抗压性能好的材料。

古代建筑的拱主要采用砖石材料，近代建筑中，多采用钢筋混凝土拱，有的采用钢桁架拱，跨度可达百米以上。

拱结构所形成的巨大空间常常用来建筑商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。

(二)拱的型式拱结构按组成和支座方式不同分为三铰拱、两铰拱和无铰拱三种。

(三)拱结构的建筑造型拱结构的造型主要取决于矢高大小和平衡拱推力的方式。

拱的矢高对建筑的外部轮廓形象影响最大。

矢高小的拱，外形起伏变化小，呈扁平状，结构占用的空间小，但水平推力和拱身轴力都偏大。

而矢高大的拱，外形起伏变化强烈，产生的水平推力和轴向力都较小，但拱身材料耗费量多，拱下形成的内部空间大，拱曲面坡度很陡，当采用油毡屋面时，容易出现沥青流淌和油毡滑移现象。

大跨度房屋的界定标准
大跨度房屋的界定标准有以下几种：
1. 混凝土结构：跨度在30m以上的房屋。

2. 钢结构：跨度在60m以上或横向跨越60m的房屋。

3. 框架结构：跨度在18m以上的房屋。

大跨度房屋通常用于大型公共建筑和工业建筑，如民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑，以及工业建筑的飞机装配车间、飞机库和其他大跨度厂房等。

请注意，对于具体的建筑项目，还需要考虑当地建筑规范和标准，以及建筑师和工程师的建议和要求，来确定大跨度房屋的界定标准。

大跨度结构其结构体系有很多种，如网架结构、索结构、薄壳结构、充气结构、应力膜皮结构、混凝土拱形桁架等，常用于展览馆、体育馆、飞机机库等。

一.网架结构网架结构为大跨度结构最常见的结构形式，因其为空间结构，故一般称为空间网架。

其杆件多采用钢管或型钢，现场安装。

常见的为平面桁架、四角锥体和三角形锥体组成，其节点形式可分为焊接钢板节点和焊接空心球节点两种。

二.索结构索结构是将桥梁中的悬索“移植”到房屋建筑中，可以说是土木工程中结构形式互通互用的典型范例。

三.薄壳结构薄壳结构常用的形状为圆顶、筒壳、折板、双曲扁壳和双曲抛物面壳等。

圆形圆顶结构是轴对称结构，在轴对称荷载作用下，将只产生两种力：径向力和环向力。

径向力为沿经线方向的力，因其要平衡垂直向下荷载，所以必定为压力。

环向力为沿纬线方向的力。

圆形屋顶在垂直荷载作用下，上部的圆顶部分将受压收缩，其直径将变小，而下部近支承部分直径将增大，即上部将产生环向压力，而下部将产生环向拉力，中间将有一截面，为环向压力向环向拉力转变的交界线，该处的环向力为0，该截面称为“过渡缝”。

悉尼歌剧院格拉加尼亚修道院教堂上页下页四.混凝土拱形桁架混凝土拱形桁架在以前的工程中应用较多，但因其自重较大，施工复杂，现已很少采用。

目前最大跨度的拱形桁架为贝尔格莱德的机库，为预应力混凝土桁架结构，跨度为135.8m。

日本姬路市中心体育馆五.充气结构充气结构又称充气薄膜结构，是在玻璃丝增强塑料薄膜或尼龙布罩内部充气形成一定的形状，作为建筑空间的覆盖物。

对角跨长200m,由室内地面至顶高6.07m的东京穹顶，是不用柱子，只依靠室内外气压差来制成的膜屋盖结构，也是在日本最初用于多功能全天候的体育场，约30,000平方米超大椭圆形屋顶，采用悬索加强的充气膜结构。

其双向各配置14根共28根钢索，在其上张拉着涂有特富龙的玻璃纤维布。

请看充气膜的充气过程：六.应力膜皮结构应力膜皮结构一般是用钢质薄板做成很多块各种板片单元焊接而成的空间结构。

关于大跨度钢结构设计的一些探讨对于建筑结构来说，跨度越大，则其自重就越大且其水平构件的弯矩将按跨度比的平方增长，这是极其不利的，钢结构强度高而质量轻且结构形式灵活，用于大跨度结构具有较大的优势，因此在建筑结构中应用广泛，例如体育馆、候车室、飞机库、航站楼等大跨度结构都用到了钢结构。

本文主要对大跨度房屋钢结构设计中需要注意的一些问题进行简单的探讨。

标签：大跨度房屋；钢结构；设计在众多的结构形式中，钢结构具有强度高、重量轻、组装简单、施工周期短等优点，在进行钢结构设计时，要根据具体的工程情况，选择合适的结构形式，在钢材选择上，要充分考虑结构的受力形式和大小，而且要根据建筑结构的标准，考虑钢结构的抗火要求。

此外，钢结构建筑一般是采用工厂加工，现场拼装的方式进行施工，这就需要钢结构在运输和起吊过程中有足够的刚度，并保证稳定性要求。

1大跨度房屋钢结构分类大跨度房屋钢结构按刚性差异以及它们的组合不同，分成三类：刚性结构、柔性结构及杂交（刚柔混合体系）结构。

在此主要介绍以下两种大跨度房屋钢结构。

1.1刚性大跨度房屋钢结构刚性大跨度房屋钢结构的构成如下：由大量钢杆件组成，如：空间桁架、网架等，根据结构单元的形式不同可以分为以下两种类型，一种称为空间网格结构，另一种称为空间结构。

1.2 柔性大跨度房屋钢结构柔性大跨度结构可由其受力体系的不同分为以下三类：竖直平面结构、水平层面结构及空间结构。

在柔性钢结构中，其受力较均匀，而且结构受力主要集中在竖直、水平和空间对称位置上。

如：悬索结构、膜结构等。

2 大跨度房屋钢结构的设计要点对于大跨度房屋结构来讲，其主要设计依据是所受的荷载类型，按照相关的标准，可以将荷载分为以下几类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。

在进行结构设计时，还要注意结构布置合理、防震缝的设置等问题。

2.1永久荷载对大跨度房屋结构，永久荷载主要由以下两方面组成：屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。

在永久荷载计算过程中，要根据具体的情况，不要遗漏任何应该计入自重的构件材料。

浅析大跨房屋钢结构建筑的结构体系【摘要】随着我国改革开放的进一步深化和世界知识经济的普遍发展，经济腾飞，人民生活水平日益提高，房产建筑和交易市场呈现出前所未有的繁荣景象。

20时间后半期，土木工程和结构工程涌现出更高、更大、更长的超大型复杂结构，大跨房屋钢结构建筑形式得到更为广泛的应用，然而中国以建筑师的设计思维和视角对此进行研究的课题甚少。

本文基于传统大跨房屋钢结构建筑体系的理论和实践，从建筑师的角度，充分考虑建筑因素的复杂性和难度处理，对其基本构成要素和材料、构件、技术等进行详细分析，并参考《大跨空间结构选型的因素体系模型》一文的建模系统，对大跨房屋钢结构建筑的结构体系进行了重新的诠释与补充。

旨在为民用钢建筑提供新思路和新方法，提高工程质量、加快工程进度、降低施工成本。

【关键字】大跨房屋钢结构；结构体系；新结构形式1 大跨度钢的主要内容和应用情况1.1 大跨度钢的主要内容和特点理论界普遍认为大跨度钢结构体系覆盖范围广、包括内容多，很难用明确、严格的定义来说明，一般认可跨度超过60m的结构可以称为大跨度结构。

由于其结构上的多跨、连续跨等形式不同和受力特征的区别，又可概括出以下体系：大跨度钢结构具有形式多样化、多姿多彩的特点。

自上个世纪60年代以来，这种结构在我国得到广泛应用，直至80-90年代，中、小型跨度网架已经遍布各地，体育场馆、工厂车间、居民住房、机场等都使用了大跨度钢结构。

这种结构由逐杆相连改为上、下弦杆连续设置，较方便地形成多曲率，不存在节点连接件，结构用钢量可与网格结构持平或有所减小。

除此之外，代预应力技术的引入使大跨度空间钢结构更具活力，呈现出先进性、合理性、经济性的优势，改善了原结构的受力状态和内力峰值，增强结构刚度、技术经济效果明显提高。

构新材料的应用和计算机技术的进步也极大地推动大跨空间钢结构的进步与发展。

广厦钢结构 cad 系统、天津空间网架工程公司 tjwj909，以及浙大空间网格结构分析设计软件 mstcad 都是大跨度钢结构更加完善。

大跨度房屋结构摘要：随着经济的发展，大跨度结构在公共建筑中的应用越来越广泛。

关键词：大跨度;实腹式框架;格构式框架Abstract: with the development of economy, big span structure in the public buildings used more widely.Keywords: big span; Solid-web framework; Of lattice frame大跨度房屋结构常用于公共建筑。

公共建筑如大会堂，影剧院，展览馆，音乐厅，体育馆，加盖体育场，市场，火车站，航空港等，受使用要求和建筑造型要求所制约，具有大的跨度。

它们是为了满足人类社会文化生活不断丰富的需求而产生的。

大跨度房屋结构也用于工业建筑。

特别是航空工业和造船工业中，更多地采用大跨度结构如飞机制造厂的总装配车间，飞机库，造船厂的船体结构车间等等。

这些建筑采用大跨度结构是受装配机器（如船舶，飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。

大跨度建筑物的用途，其使用条件以及对其建筑造型方面要求的差异性，决定了采用结构方案的多样性------梁式的，框架式的，拱式的，空间式的以及悬挂-悬索式的。

梁氏及框架式体系，较常用于矩形平面的大跨建筑无盖；拱式体系具有建筑造型方面的优点，跨度在80m和更大时，这种体系比较经济；呈网格或实腹薄壳及褶板，平板网架结构，穹顶或篷盖状的空间体系，用钢量最为经济，多用于圆形或矩形的房屋平面。

悬挂结构体系中主要承重构件是用高强材料制作的受拉索缆（钢绞线，高强钢丝束等），轻巧是它的最大优点。

这种结构体系制造和安装都比较简单。

大跨度屋盖主要具有矩形平面。

但是公共建筑如影剧院，音乐厅，体育馆，展览馆等，除了矩形平面，也可能具有圆形或椭圆形平面。

采用普通矩形以外的平面，使屋盖结构的构成复杂化，这不便于使用定型结构构件。

大跨建筑物一般不属于大量建设项目，其建筑及结构方案极具个性，当然，这也在一定程度上限制了结构的定型化及工业化。

大跨度房屋钢结构设计与分析摘要：当今社会经济飞速发展,人民生活水平日益提高,世界各国纷纷筹划建造更大、更高、更长的各种超大型复杂结构物。

来满足人们对生活空间的追求。

大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。

本文介绍了大跨度钢结构设计的现状和大跨度房屋主要的钢结构划分，分析了大跨度房屋钢结构的设计要点。

关键词：大跨度，房屋，钢结构，设计要点引言与其他材料的结构相比,钢结构具有材料强度高、结构重量轻;结构的塑性韧性较好;钢结构的制造简单施工周期短等优点。

我们在进行钢结构设计时,应当从工程实际出发,合理选用钢材,选择高强度、具有较好经济指标的钢材;在结构方案选择上,应尽可能采用标准化、模数化的结构布置;在连接设计中,应选用构造简单、传力直接的节点形式,并应满足构造要求;另外,在钢结构设计中,还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求,并应针对钢结构的实际,满足防火、防腐的要求。

宜优先选用通用的和标准化的结构和构件,减少制作、安装工作量。

一、大跨度钢结构设计的现状与设计其他形式的钢结构一样，大跨度钢结构设计主要解决结构体系设计、构件设计及连接节点设计等方面的内容。

与其他形式钢结构不一样的是，大跨度钢结构体系几何与材料非线性影响突出，延性性能成为其体系、构件、节点的安全控制因素。

在工程实践中，设计技术人员迫切需要设计规范提供明确的大跨度钢结构计算分析理论与设计方法、与现代计算技术相应的工程实用计算软件以及明确的结构承载力与变形能力安全控制指标。

我国现行钢结构及相关设计规范( 程) 对体系、构件及连接节点等三个层次设计的现状可简单总结如下:1、在计算理论与设计方法方面，现行钢结构及相关设计规范( 程) 对计算理论与方法的规定，相当程度是基于手算或平面简化计算技术，对于空间受力的大跨度钢结构体系缺乏适应性。

此外现行钢结构及相关设计规范( 程) 对连接设计有计算公式，对节点设计缺乏明确的计算理论和方法。