大跨度房屋屋盖结构

大跨楼屋盖结构建模教学1.概述网架本身具有：重量轻、刚度大、抗震性能好、空间大等自身的优势,所以越来越受到大家的青睐.大跨度楼盖和屋盖的应用也越来越普遍,也越来越多的出现在大家的视线中,比如：加油站、门厅、大型展厅,都喜欢采用这种混搭结构形式.但是大部分设计师,对于这种结构如何建模及进行整体计算非常困惑,本篇文章将详细讲解,如何在结构设计软件PKPM中快速完成这类结构的建模及相关参数的设置.2.网架独立计算的缺点和整体计算的必要性大家对于这种结构,有一些很简化的处理方法.一般都是先对网架单独进行计算分析,然后把支座力以集中力的形式,加到下部主体结构中,以此来考虑网架荷载对下部结构的影响.另外,因为网架的面内刚度很大,所以设计师一般采用一些近似的方法,模拟网架刚度对主体结构的影响,比如：用虚梁、用等代梁、用刚性杆件、用刚性楼板模拟等.但这些模拟方法都是不准确的,因为不管用什么方法模拟,都没有真实的把上部网架建到模型中,更无法实现上部网架和下部主体结构的整体计算分析,尤其是网架单独分析与整体分析在动力特性上的差异.所以这些简化处理方法,都无法真实反映出网架的刚度、没有反映出网架真实的变形及振动、无法准确考虑竖向地震的影响、无法考虑上下部的相互作用,以及大屋盖结构和下部结构的整体效应.简言之,这些近似的处理方法都是不准确的,网架与下部结构整体计算是十分必要的.3.相关的规范条文规范中对于该类结构的规定很多,下面列出其中几处,供大家参考：《建筑抗震设计规范》10.2.7中提到：屋盖结构抗震分析的计算模型,应符合下列要求：1、应合理确定计算模型,屋盖与主要支承部位的连接假定应与构造相符.2、计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用.《建筑抗震设计规范》10.2.7条文说明：屋盖结构自身的地震效应是与下部结构协同工作的结果.由于下部结构的竖向刚度一般较大,以往在屋盖结构的竖向地震作用计算时通常习惯于仅单独以屋盖结构作为分析模型.但研究表明,不考虑屋盖结构与下部结构的协同工作,会对屋盖结构的地震作用,特别是水平地震作用计算产生显著影响,甚至得出错误结果.即便在竖向地震作用计算时,当下部结构给屋盖提供的竖向刚度较弱或分布不均匀时,仅按屋盖结构模型所计算的结果也会产生较大的误差.因此,考虑上下部结构的协同作用是屋盖结构地震作用计算的基本原则.考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算.因此对于不规则的结构,抗震计算应采用整体结构模型.当下部结构比较规则时,也可以采用一些简化方法(如等效为支座弹性约束)来计入下部结构的影响.但是,这种简化必须依据可靠且符合动力学原理.透过以上内容,可以非常清晰的看到,对于这种结构结构进行整体分析的必要性.4.应用PKPM整体建模方法为了实现这种结构形式的快速建模,V3以后的版本,利用PMSAP核心的集成设计,即图1.图1因为该产品线是PM和Spas的结合,对于下部的标准层依然可以在PM 中正常建模,只有上部的空间网架需要采用Spas的建模方式.具体的操作流程如下：1、新建工程目录,并且在左侧选择第二条产品线：PMSAP核心的集成设计.然后直接进入【结构建模】模块中；2、此时会进入PMCAD建模界面,设计师可以在该界面下,建立下部主体结构模型,如图2所示；图23、建完下部主体结构后,开始建立空间网架；进到空间层有两条路径：路径一,点击：【基本丨工具】>【空间建模】菜单,程序即可自动进入空间建模模块,如图3所示；图3路径二,点击【添加新标准层】>【空间标准层】,也可以进入空间层建模功能,如图4所示：图44、进入空间层功能后,程序会弹出图5的对话框.图5设计师可以根据工程需要,选择显示部分楼层,或者显示全部楼层（对于楼层比较多的工程,可以选择显示部分楼层,使得后续操作更方便）；5、创建上部网架模型.对于上部网架,程序支持：自己创建或者外部导入两种方式；方法一,围区网架：如果是非常规则的网架,可以使用程序提供的【围区网架】功能,如图6所示.图6具体操作步骤如下：a）选择【围区网架】命令；b）沿逆时针依次选择节点,直至形成封闭围区,然后右键确定.c）选择与网架网格平行的两点,会弹出图7所示的对话框.图7设置相应的参数后,即可形成图8所示的网架；最后按照实际截面进行构件布置即可.图8方法二,外部导入：a）先用pmsap打开已经建好的网架,点击图9中的【设基点】命令,再点击网架中的某一点.这样,下次导入该网架时,就会以刚刚设置的点左右对位基点；图9b）【PMSAP核心的集成设计】打开已经建好的下部结构,然后进入空间标准层；c）点击【导入子结构】,然后根据定位基点,把网架拼到下部结构中即可,如图10所示.图106、对下部主体结构和上部空间网架层,进行组装：1）点击【返回】键,回到PM建模界面,如图11所示；图112）点击：【楼层组装】>【空间层组装】,会弹出图12所示的空间层组装对话框；图123）根据实际工程情况,选择“空间标准层号”,以及对应的“标准层号”,本实例的空间层以及标准层号都是1；4）设置好对应关系后,点击“添加”即可完成空间层的组装.拼装后的完整模型,如图13所示：图135.几个关键点说明如果设计师看的仔细的话,会发现刚才导入的网架中,有一根竖向的短线；其实这根短线是用来模拟支座的.因为网架和下部结构之间需要通过支座连接,所以这里通过一根短柱来模拟支座.下面说一下支座的建模,以及支座和下部结构的连接如何模拟；1）支座的模拟：模拟支座的小短柱,可以按照实际支座的高度建模即可（一般是300-600mm之间）；支座的截面宽度,可以定在300-400mm左右.如果把支座层单独建成一个标准层,并且与下部结构一起组装的话,因为该层柱子太短,刚度较大,为了规避掉这个问题,建议设计师把该短柱层,直接建到上部网架层中；本例题即是采用的这种建模方法.2）支座层与下部结构的连接形式：根据实际工程情况不同,网架与下部结构的连接形式,也可能有所不同,比如：滑动、铰接等.设计师可以根据自己的工程情况,在程序中设置相应的参数,即可达到不同的约束效果,如图14所示;图14图14中,K11、K22、K33,表示三个方向的平动约束刚度；Kθ1、Kθ2、Kθ3,表示三个方向的转动约束刚度；如果按照上图的约束刚度填写,即是常见的铰接形式.因为每个节点有三个平动、三个转动六个自由度,设计师可以根据自己的工程情况,进行约束刚度的填写,进而可以达到不同的约束情况.另外：对于一般不会产生附加阻尼的支座,图14中的阻尼系数填零即可.约束形式定义好后,即可布置到模型中,如图15所示：图15到此,上部网架和下部主体结构已经完整拼接到一起；设置好相应的计算参数后,就可以对结构进行整体计算和分析了.6.小结本文较为详细的介绍了底部结构与顶层网架这种常见结构形式的建模方法、参数设置等,希望会对设计师能够有所帮助.。

大跨度型钢混凝土梁板屋盖设计摘要：随着经济的不断发展，以及功能需求的不断提升，越来越多的大跨度结构形式在各种建筑设计中出现。

按照GB50011-2010建筑抗震设计规范的要求，跨度大于18 m的框架为大跨度框架。

解决大跨度屋面结构有许多方法，如采用钢结构、预应力混凝土梁板结构或者是型钢混凝土梁板结构等。

各种结构形式有各自的特点和要求。

预应力框架主梁的经济跨度为15m～25m，梁跨高比15～20。

在该跨度范围内采用预应力混凝土，可解决大跨度梁的抗裂、挠度问题，扩大柱网，形成大空间，提高建筑物的使用功能。

关键词：大跨度结构；型钢混凝土梁板；屋盖设计前言高层建筑和大跨度建筑是近代经济发展和科学技术进步的产物。

随着经济的发展，人口向城市集中，造成城市用地紧张，促进了高层建筑的发展。

而随着人们物质和精神文明建设的发展，各类公共建筑也不断涌现，这又促进了大跨度建筑的发展。

这两类建筑都具有自重较大，结构构件受力较大，抗震性能要求较高的特点，而型钢混凝土结构相对于传统的钢筋混凝土结构，能更好地适应这些要求，因而在近些年来得到快速的发展。

型钢混凝土结构，又称钢骨混凝土结构或劲性钢筋混凝土结构，它是指梁、柱、墙、筒体等杆件或构件，以型钢为骨架，外围包以钢筋混凝土所形成的组合结构。

使用的型钢可分为实腹式和空腹式两大类：实腹式型钢构件可由型钢或钢板焊成，常见的截面有I、H形等，也有矩形及圆形钢管。

空腹式构件的型钢一般由缀板或缀条连接角钢或槽钢组成。

空腹式型钢比较节约钢材，但制作费用较高，抗震性能相对较差，目前应用不多。

实腹式型钢由于制作简便、承载力大，因此被广泛应用。

1型钢混凝土结构的优缺点1.1与钢筋混凝土构件相比较，型钢混凝土结构具有以下特点：（1）整体工作—型钢骨架与外包钢筋混凝土形成整体，共同受力。

（2）截面尺寸小—钢筋混凝土构件受到自重和配筋率限值的制约，提高承载力和刚度的唯一途径是加大截面尺寸；而型钢混凝土构件可以利用设置较大截面的型钢参与共同受力，承载力相同，截面面积可以大大减小。

大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构是一种用于搭建大型建筑物屋顶的结构形式，具有跨度大、空间利用率高等优点。

常见的大跨度屋盖结构包括以下几种形式：
1. 桁架结构：桁架结构是利用多根钢管或钢杆组成的网格状结构，常用于建筑物屋面、车站、体育馆等大型建筑物的屋盖结构。

2. 穹顶结构：穹顶结构是由多个弧形钢管或钢杆组成的圆形、半圆形或椭圆形的屋盖结构，适用于建筑物、体育场馆等大型场所。

3. 悬索结构：悬索结构是由多个悬挂在主梁上的钢缆组成的屋盖结构，具有跨度大、空间利用率高的优点，适用于桥梁、体育场馆、展览馆等大型建筑物。

4. 薄壳结构：薄壳结构是利用高强度钢板或混凝土构成的薄壳结构，常用于建筑物屋面、地铁站、机场航站楼等大型建筑物的屋盖结构。

以上是大跨度屋盖结构的几种形式，不同的场所和需求可以选择不同的结构形式，以满足建筑物的要求。

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安徽建筑建筑结构研究与应用基金项目：国家自然科学基金面上资助城市高架桥及城市公路交通系统地震可恢复性理论研究（51678544）、重庆文理学院校内科研项目（2017RJJ32）作者简介：刘洋（1999-），男，重庆巫溪人，重庆文理学院土木工程专业本科在读，专业方向：土木工程。

摘要：为了进一步探索大跨度屋盖结构的选型及优化过程，依据第十二届全国大学生结构设计竞赛赛题，借助有限元软件SeismoStruct 对预先设计好的大跨度屋盖结构进行选型和优化，研究了大跨度屋盖结构的承载能力、变形能力与结构构件尺寸和节点位置之间的关系。

结果表明，节点位置直接影响杆件受力，从而影响结构的承载能力和变形能力。

构件尺寸直接决定构件的刚度，进而影响结构的承载能力和变形能力。

可见大跨度屋盖结构受力复杂，对其选型本质上就是选取结构简单、传力途径明显，在多工况荷载组合下受力合理的结构。

对选出的模型进行优化实质上就是通过改变节点构造、节点位置和构件的尺寸大小等方式促使结构达到高承载、低变形的效果。

关键词：大跨度屋盖结构；结构选型；模型优化设计；Seismo‐Struct中图分类号：TU231文献标志码：A文章编号：1007-7359（2019）09-0099-04DOI ：10.16330/ki.1007-7359.2019.09.041大跨度屋盖体系多应用于公共建筑、工业厂房、生产性建筑、专门用途建筑等建筑[1]。

大跨度屋盖体系分为平面结构体系（梁式结构、拱式结构、平面刚梁等）和空间结构体系（网壳结构、悬索结构、平板网架结构、张拉整体结构、斜拉结构等）。

其中，网壳结构、网架结构、桁架结构应用较为广泛[2]。

以日本福冈体育馆为例，该建筑是世界上最大的球面网壳结构，它竣工于1993年，屋盖直径达到222m 之长。

福冈体育馆的屋盖由三个可以旋转的扇形屋盖组成，扇形屋盖沿着圆周导轨进行移动，按照不同的需求可以呈现全关闭、1/3关闭或2/3关闭等不同状态。

常见大跨度建筑的结构形式结构类型：有拱、刚架以及桁架、折板结构、壳体结构、网架结构、悬索结构、充气结构、篷帐张力结构等。

拱是古代大跨度建筑的主要结构形式。

由于拱成曲面形状，在外力作用下，拱内的弯矩可以降到最小限度，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，有的采用钢衍架拱，跨度可达百米以上。

拱结构所形成的巨大空间常常用来建造商场、展览馆、体育馆、散装货仓等建筑。

刚架是由梁和柱组成的结构，各杆件主要受弯,刚架的结点主要是刚结点，也可以有部分铰结点或组合结点。

全部是钢材焊接的结构，一般用于超高层的办公大楼，或大型的会场和展厅。

桁架是一种由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构。

桁架由直杆组成的一般具有三角形单元的平面或空间结构，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。

桁架的优点是杆件主要承受拉力或压力，可以充分发挥材料的作用，节约材料，减轻结构重量。

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。

折叠折板屋顶结构一种由许多块钢筋混凝土板连接成波折形的整体薄壁折板屋顶结构。

这种折板也可作为垂直构件的墙体或其他承重构件使用。

折板屋顶结构组合形式有单坡和多坡，单跨和多跨，平行折板和复式折板等,能适应不同建筑平面的需要。

常用的截面形状有V形和梯形，板厚一般为5~10厘米,最薄的预制预应力板的厚度为3厘米。

跨度为6~40米，波折宽度一般不大于12米,现浇折板波折的倾角不大于30°;坡度大时须采用双面模板或喷射法施工。

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。

大跨度建筑结构体系简述-各种大跨度结构类型- 结构理论摘要：大跨度空间结构是目前发展最快的结构类型。

大跨度建筑及作为其核心的空间结构技术的发展战况是代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

而大跨度结构的表现形式是多种多样的，具体如下文所示：关键词：大跨度空间结构；拱券结构及穹隆结构；椼架结构与网架结构；壳体结构；悬索结构；膜结构一、拱券结构及穹隆结构从迄今还保存着的古希腊宏大的露天剧场遗迹来看，人类大约在两千多年前，就有扩大室内空间的要求。

古代建筑室内空间的扩大是和拱结构的演变发展紧密联系着的，从建筑历史发展的观点来看，一切拱结构-包括各种形式的券、筒形拱、交叉拱、穹隆-的变化和发展，都可以说是人类为了谋求更大室内空间的产物。

券拱技术是罗马建筑最大的特色及成就，它对欧洲建筑做出了巨大的贡献，影响之大无与伦比。

罗马建筑典型的布局方法、空间组合、艺术形式和风格以及某些建筑的功能和规模等等都是同券拱结构有密切联系。

拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力，为保持稳定，这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。

例如以筒形拱来形成空间，反映在平面上必须有两条互相平行的厚实的侧墙，拱的跨度越大，支承它的墙则越厚。

很明显，这必然会影响空间组合的灵活性。

为了克服这种局限，在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上，创造出一种双向交叉的筒形拱。

而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构穹隆结构也是一种古老的大跨度结构形式，早在公元前14世纪建造的阿托雷斯宝库所运用的就是一个直径为14.5米的叠涩穹隆。

到了罗马时代，半球形的穹隆结构已被广泛地运用于各种类型的建筑，其中最著名的要算潘泰翁神庙。

神殿的直径为43.3米，其上部覆盖的是一个由混凝土做成的穹隆结构。

在大跨度结构中，结构的支点越分散，对于平面布局和空间组合的约束性就越强；反之，结构的支承点越集中，其灵活性就越大。

从罗马时代的筒形拱衍变成高直式的尖拱拱肋结构；从半球形的穹隆结构发展成带有帆拱的穹隆结构，都表明由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。

大跨度双层网壳屋盖结构的设计前言：大跨度的双层网壳由于其整体性好，覆盖空间大，耗钢量省、施工方便等优点，越来越多的作为工业建筑、体育馆、会馆等结构的屋盖结构。

这类结构为空间多自由度铰接体系，具有杆件多、节点多，动力性能极为复杂等特点。

本文通过一个工程实例，分析了该类结构体系的主要静力和动力特性，对在设计中起控制作用的水平和竖向地震作用进行了较详细和全面分析和研究。

最后，对必不可少的抗震构造措施进行简要介绍。

【关键词】双层网壳；支承体系；竖向地震；抗震性能；抗震构造工程概况某水泥厂石灰石均化库的屋面圆形楼盖的直径为102.00m，球型壳体球径为58.07m，矢高30.30m，楼盖支座高度5.52m；屋面楼盖的结构形式采用双层球面网壳，网格采用正交四角锥系，肋环型布置，环向数为，径向为，支座数为32个。

网壳厚度为m。

竖向支承系统由钢筋混凝土柱和混凝土环梁组成。

结构分析和设计分析模型：本工程利用Autodesk公司的AutoCAD软件建模，采用北京建研院pkpm系列工程设计软件的PMSAP软件进行计算分析。

网架的杆件采用空间铰支杆单元来模拟。

网壳支座节点与混凝土柱采用固定铰支座。

荷载作用：荷载工况主要包括恒荷载、活荷载、风荷载、地震作用和温度作用，各项荷载的取值如下：1）恒荷载（DL）：杆件自重由程序自动计算。

屋面板自重0.25为kn/m2,按照屋面板的面积折算为集中力作用于网壳上弦的节点上。

2）活荷载（LL）：屋面检修活载：0. 50 kn/m2,积灰荷载：0.50 kn/m2,雪荷载0.625 kn/m2。

取三项活载中最大的雪荷载进行设计。

按照屋面板的水平投影面积折算为集中力作用于网壳上弦的节点上。

3）风荷载（WL）：场地的基本分压为0.563kn/m2, 地面粗糙度类别为B 类。

风荷载体型系数按照建筑结构荷载规范（GB50009-2001）（2006年版）中表7.3.1中第35款旋转壳顶中f/l=30.3/102>1/4的情况下相关公式进行计算。

大跨度屋盖结构一、桁架桁架应用极广，适用跨度范围(6—60m)非常大。

以受力特点可分为：平面桁架、立体桁架、空腹桁架。

通常所指的桁架全是平面桁架，只在强调其与立体桁架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。

文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空间屋顶结构的问题；10世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，进一步加大跨度。

出现了各种钢屋架采用桁架。

(一)桁架的基本特点1．平面——外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在的平面内；2．几何不变——桁架的杆件按三角形法则构成；3．铰接——杆件相交的节点，计算按铰接考虑，木杆件的节点非常接近铰接；钢桁架或钢筋混凝土桁架的节点非铰接、实属于刚架，其杆件除轴向力外，还存在弯矩，会产生应力但很小，依靠节点构造措施能解决，故一般仍按结点铰接考虑；4，轴向受力——结点既是铰接，故各杆件(弦杆、竖杆、斜杆)均受轴向力，这是材尽其用的有效途径。

(二)桁架的合理形式选择桁架形式的出发点是受力合理，能充分发挥材力，以取得良好的经济效益。

桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。

由力分析可以看出，在其他条件相同的情况下，受力最合理，结点构造最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。

一般为便于构造与制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内力决定，故内力较小的节问，材料未尽其用；为充分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。

为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物线，这样适用于中、大跨(l>18m)，但其制作仍比三角形或梯形桁架复杂，三角形桁架的最大特点是上弦为两根直料，构造与制作最简单，其受力极不均匀，仅适用于小、中跨(l≤18m)的桁架情况。

(三)桁架选型选择桁架形式时，除了要考虑桁架受力与经济合理外，还需要考虑下列问题：(1)建筑体型与美观；(2)屋面材料及其坡度；(3)制作与吊装。