大跨度建筑结构的其它型式

简述大跨度空间结构的主要形式及特点摘要：大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。

其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。

形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

关键词：大跨度空间结构形式特点1网架结构由多根杆件按照某种规律的儿何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。

它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1.1网架结构的形式(1)平而桁架系组成的网架结构。

主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

(2)四角锥体组成的网架结构。

主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

(3)三角锥组成的网架结构。

主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分1型和11型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

(4)六角锥体组成的网架结构。

主要形式有：正六角锥网架。

1.2网架结构的主要特点空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工丨中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平而布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构曲而形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。

网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2.1网壳结构的形式主要有球而网壳、双曲而网壳、圆柱而网壳、双曲抛物而网壳等。

2.2网壳结构主要特点兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工）预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平而还是空间曲而外形，都可根据创作要求任意选取。

第五章大跨度结构选型1 大跨度建筑概况2 拱结构3 刚架结构4 桁架结构5 网架结构6 折板结构7 薄壳结构8 悬索结构1 大跨度建筑概况1.1 大跨度建筑定义按网架结构设计规范规定≤30米，小跨度30～60米，中跨度>60米，大跨度1.2 大跨度建筑的发展过程1.2.1 古典大跨结构（2000多年前～文艺复兴）特征：“砖石结构”1.2.2 平面大跨结构（19世纪后半叶～二战）特征：“桁架、刚架、拱结构”1.2.3 新型大跨结构（二战～）特征：“薄壳、悬索、网架”1.3 大跨度建筑的结构特征1.3.1 大跨建筑主要承受竖向荷载1）高层结构荷载：水平荷载为控制因素构件：竖向悬臂构件—柱(线)，墙(面)，筒(体)变形：水平侧移2）大跨结构荷载：竖向荷载为控制因素构件：水平简支构件变形：竖向挠曲1.3.2 大跨结构是梁结构的改造和演变1.3.3 新型大跨结构的特点①整体上是空间结构②跨度大，可覆盖巨大的室内空间③矢高小、曲率平缓，可有效利用空间④厚度薄、自重轻，节省材料⑤形式多样，可适合于各种形状的平面组合2.1 拱结构的特点1）拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力2）拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩3）拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大2.2 拱结构的型式1）按受力①三铰拱②两铰拱③无铰拱2）按外形①双折线型②圆弧线型③抛物线型2.3 拱结构的主要尺寸1）跨度：公建主体30～40米，可达到95～200米，经济跨度80～100米2）矢高：与建筑外形、使用要求、屋面构造、内力计算有关屋盖结构f=(1/10～1/5)L公建主体f=(1/5～1/2)L2.4 拱结构屋盖布置1）跨度40～60米时拱间距6～10米，设上弦横向支撑及纵向支撑2）跨度70～120米时拱间距9～15米，采用相距3～6米的成对拱2.5 拱结构支座处理1）由拉杆承受推力2）由框架承受推力3）基础承受推力4）刚性水平构件承受推力3 刚架结构3.1 刚架结构的特点1）内力分布均匀2）结构轻巧，节省材料，制作方便3）空间高度大4）结构刚度差3.2 刚架结构的型式1）按组成①三铰刚架②两铰刚架③无铰刚架2）按断面①实腹式②格构式3.2 刚架结构的主要尺寸①实腹式：50～60米②格构式两铰刚架：60～120米③格构式无铰刚架：120～150米④折线弓形刚架：40～50米高15～20米2）断面①实腹式梁高h=(1/12～1/20)L设预应力拉杆h=(1/30～1/40)L②格构柱宽同横梁节间5～7米③折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15～1/25)L3.4 刚架结构节点构造1）顶点铰钢销栓2）实腹刚架支座①固定支座细石砼填实②铰支座沥青麻丝填3）格构刚架支座①板式支座支反力≤100t②臼式支座支反力>100t③平衡支座支反力≤100t4 桁架结构4.1 桁架结构的特点1）将受弯杆件转化为轴力杆件2）充分利用三角形的刚性特点3）充分利用材料特性，以小杆件拼合跨越大空间4.2 桁架结构的型式1）按材料：木、钢砼、钢、组合式2）按外形：①三角形L≤18m，i=1/5～1/2②梯形L=18～36m，≤72m，f/L=1/6～1/8③拱形L=18～36m，≤60m，f/L=1/6～1/8④折线形⑤平行弦4.3 桁架结构节点构造1）支座①平板支座②滚轴支座2）屋架端部①内天沟式②自由落水③外天沟式5 网架结构1）整体刚度大，稳定性好，为空间多向受力状态2）杆件受力合理，能充分利用材料特性3）高跨比小，能有效利用空间4）杆件规格少，便于工厂化、装配化5）建筑造型新颖，可适合于多种平面5.2 网架结构的型式1）按材料：木、钢砼、钢、组合式2）按外形：①平板网架 a.交叉桁架体系b.角锥体系②曲面网架 a.球面网壳b.柱面网壳c.双曲面网壳5.3 平板网架1）交叉桁架体系①两向正交正放: 适用于正方形平面②两向正交斜放：适用于矩形平面③三向交叉网架：适用于圆形、三角形、多边形平面2）角锥体系①三角锥体②四角锥体③六角锥体5.4 平板网架杆件与节点1）杆件①角钢②钢管2）节点①十字钢板节点：用于角钢杆件，焊接或螺栓②球节点：用于钢管杆件a.实心球：螺栓连接b.空心球：焊接连接3）网架上弦起坡排水坡度要求2～5%①结构起拱：跨度>60m时，起拱1/300②上弦加柱：按坡度变高5.5 平板网架构造1）支承方式①四边支承：四边设圈梁，支于列柱②柱支承：四点或多点柱支承③三边支承：三边支于列柱自由边加托梁、边桁架、拱2）支座构造①平板铰支座：用于跨度较小②转动弧形支座：用于跨度大③摇摆支座：用于跨度大、温差大5.6 网壳简介1）球面网壳2）柱面网壳6 折板结构6.1 折板结构的组成1）折板：由钢砼或钢网水泥平板组成2）横隔构件：可用横隔板、横隔梁、横隔桁架3）边梁：当跨度较大时设边梁，以减小折板倾角6.2 折板结构的主要尺寸1）折板类型①长折板：L/B>1，f≥(1/10～1/15)L②短折板：L/B≤1，f≥1/8L2）跨度：普通砼可达到21米，预应力砼可达到27米3）一般尺寸：B=2～3米，f=0.5～1.2米，板厚≥B/40L≥24米，B=1～2米，板厚25～457 薄壳结构7.1 定义曲面厚度/曲率半径≤1/20时称为薄壳建筑工程结构中常为1/50～1/1007.2 特点1）受力主要是面内力（薄膜内力）2）可覆盖大空间而不设柱3）自重轻，刚度大，整体性好，利于抗震4）节省材料，经济效果好5）造型美观，活波新颖7.3 薄壳结构型式及构造7.3.1 筒壳1）组成：壳面、边梁、横隔2）几何尺寸①跨度/波长：长壳=1.5～2.5；短壳=1～0.5②失高：f≥(1/10～1/15)跨度③壳板厚：现浇式≥50装配式≥30小跨度=50～60，大跨度≥80 3）边梁形式4）横隔形式7.3.2 球面壳1）组成：壳面、支承环2）几何尺寸①跨度：可达100米，多用60米以下②失高：f≥(1/8～1/4)跨度③壳板厚：现浇式≥40装配式≥303）支承环：同筒壳边梁7.3.3 双曲扁壳1）组成：壳面、边缘构件2）几何尺寸①跨度：经济跨度30～60米②失高：f≥(1/5～1/6)短边长度③壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～1003）边缘构件薄腹梁拉杆拱桁架密柱曲梁7.3.4 双曲抛物面壳1）组成：壳面、边缘构件2）几何尺寸①跨度：单块柱网可达30x30米②失高：f≥(1/5～1/8)短边长度③壳板厚：跨度30～60米时，板厚50～1003）边缘构件：桁架、密柱边梁、刚性墙7.3.5 自由曲面壳8 悬索结构8.1 体系特征1）体系构成①索网②支承结构2）特点①跨度大，空间灵活②利用钢索受拉、砼受压，自重轻，节省材料③施工方便④造型新颖，适用性广⑤由于风力作用而容易失稳3）适用范围用于跨度60～150米方形、矩形、圆形、椭圆形平面8.2 结构型式1）单层单曲面索2）双层单曲面索3）轮辐式索4）鞍形索网8.3 悬索结构支承处理1）采用斜向牵索将悬索拉道基础上2）设置对称的斜撑体系平衡内拉力3）设置对称的斜拱体系平衡内拉力4）设置封闭环梁活马鞍形环梁平衡内拉力5）设置竖拱和扁圆环梁平衡内拉力6）设置横向水平桁架和纵墙体系平衡内拉力8.4 悬索结构的混合体系9其它结构型式9.1 薄膜结构体系9.2 结构的混合体系。

大跨建筑结构——空间结构体系大跨建筑屋架结构体系——高跨比：1:6屋架形式及适用跨度平行弦屋架拱形屋架折线形屋架梯形屋架杆件受力不均匀，用料较多力情况虽然合理，但由于上弦各节点都落在抛物线上，尺寸很零件，施工不方便三角形屋架适用于较小跨度的屋盖(跨度宜在15m以内)弦支点座落在抛曲线附近，所以，受力比较合理，折线形屋架采用较多上弦扦出两个坡度较小的斜直线组成，半边屋架的外轮廓线为梯形，斜杆呈人字形。

这种屋架的刚度、构造比较简单，自重较大，一般用于跨度为24m一36m的工业建筑物二、空间结构体系(一)网架结构体系网架的优点•结构组成灵活多样但又有高度的规律性，适应各种支承条件和各种建筑造型，可适应各种建筑方面的要求•网架高度内的空间可以用以设置管道等设施，网架结构外露或部分外露，因其几何图形的规则，可以丰富建筑效果•网架的结构高度较小，不仅可以有效地利用建筑空间，而且能够利用较小规格的杆件建造大跨度的结构•杆件类型划一，适合于工厂化生产、地面拼装和整体吊装网架结构受力特点•具有各向受力的性能，它改变了一般平面桁架的受力状态，是高次超静定空间结构•网架结构的各杆件之间互相起支撑作用，整体性强、稳定性好，空间刚度大，是一种良好的抗震结构型式，尤其对大跨度建筑其优越性更为显著•在结点荷裁作用下，网架的杆件主要承受轴力，充分发挥材料强度，节省钢材网架的分类1、几何形态上分：平板网架、柱面网架、球面网架2、平面桁架系、四角锥体系、三角锥体系3、螺栓球节点、焊接球节点4、双层网架、多层网架网架材料——钢材：钢管、型钢、钢球双向正交正放、斜放三向交叉正放四角锥体系四角锥体网架的上弦和下弦平面均为方形网格，上下弦错开半格，用斜腹杆连接上下弦的网格交点，形成一个个相连的四角锥体。

四角锥体网架上弦不易再分杆，因此网格尺寸受限制，不宜太大。

它用于中小跨度斜放四角锥•所谓斜放，是指四角锥单元的底边与建筑平面周边夹角为45。

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。

-建筑论坛与建筑设计•大跨类公共建筑常用结构选型解析冯霖(四川省明杰设计顾问有，四川成都610023)$摘要】大跨建筑设计中大跨度结构的选型有着很重要的作用，建筑师在做大跨类公共建筑形态设计时，需要对常用结构的类型和特点有一定了解，才够与结构的融合，因此文章对公共建筑中常见的大跨度结构进行了阐述，合案&$关键词】大跨建筑；公共；常用结构；案例分析$中图分类号】TU208.5名，大建筑的核心是大跨度，所以对于大建筑设计来说，与建筑的选型尤为重要&大度现厂房房设计中，也普遍应用种建筑，如：车站、体育、院等，建筑的造型往往比较复杂，建筑形态设了合理性,选型增加很多困难，因此建筑师应该对大跨度的做一定了解&大度的组成主要重，其中能够表现建筑选型的是&1现代屋盖结构体系现代有以大类型：(1)面。

就是把身作为独立的单元来，假设整体作用等于单个作用，了构计算工作。

属于平面结构体系的有门式刚架结、薄、平面桁架拱等。

(2)空间。

就是把所有组成的起来，跨越空间工作，比平面工作合于力的传递路线,整体作用会大于单个作用，多向受力比单向受力更能材料的潜力。

空间的有、空间桁架、网架、悬索等。

形式中，大类建筑的常用一般都属于空间，其中空间桁架架最为常见，其次是变化多端的，悬索与膜材了结合，成为张拉膜结构的一种，但也有部分采用轻质板材的悬索&2大跨类公共建筑常用结构选型2.1空间桁架空间桁架是桁架的一种类型，架是从梁式来，用建筑上的承重&质是从变为由杆成的格，从的变为杆件的轴向受力，受力情况更为有利，材料强度得以充分利用，可以达到节省材料轻自重的。

桁架具有以下优点：(1)大了梁式的适用跨度。

(2)架可用钢凝土、钢、木等多种材料制造。

(3)由杆成的桁架形态多样&(4)方，桁架可以整作后吊装，也可以在施工现杆的空中作业&$文献标志码】A早期的桁架因为杆件都在同一个平面内，也被称为平面桁架。

大跨度结构方案设计指引为了有效控制大跨度楼盖、屋盖结构成本，制定本指引。

适用范围：小区大跨度楼盖、屋盖。

1、大跨度楼盖、屋盖结构型式应根据楼盖或者屋盖跨度、荷载等工程条件选择合理的结构型式。

常用的大跨度结构型式有：①普通钢筋混凝土结构，经济适用跨度为25m以下；在满足建筑功能的前提下，25m以下的大跨度楼、屋盖建议首选采用本结构形式，当楼、屋面盖长边与短边跨度差别较大时，尽量采用密肋梁楼板结构形式，肋梁平行于短跨边布置，间距约2-3米。

②预应力钢筋混凝土结构，经济适用跨度为15~40m；③钢桁架，经济适用跨度为30~60m；④网架结构，经济适用跨度15~100m；⑤其它索、膜等空间结构。

在满足建筑功能的前提下，25m以下的大跨度楼、屋盖建议首选采用普通钢筋混凝土结构形式。

采用钢筋混凝土结构的楼、屋盖，当长边与短边跨度差别较大时，应尽量采用密肋梁楼板结构形式，肋梁平行于短跨边布置，间距2-3米。

2、荷载及作用在满足建筑功能、防水、隔热等要求前提下应尽量减轻大跨度楼盖、屋盖自重。

对雪荷载敏感的大跨度结构，基本雪压应适当提高。

高低屋面积雪分布系数应按规范取值。

8、9度抗震设防时应计算竖向地震作用。

3、大跨度楼盖、屋盖结构高度应根据楼盖或者屋盖跨度、荷载、建筑功能（净空要求）设计合理的结构高度。

普通钢筋混凝土结构经济高度一般为跨度的1/8~1/15；预应力结构1/18~1/20；钢桁架1/12~1/15；网架结构1/14~1/18。

4、大跨度楼盖、屋盖结构支座应根据主体结构和大跨度结构平面合理设计结构支座节点。

支座节点应采用传力可靠、连接简单的构造形式，并应符合计算假定。

普通钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构通常采用刚接节点，当支座水平力较大时可以放松水平约束采用滑动支座。

钢结构常用支座型式有：①平板压力支座，适用于较小跨度；②单面弧形压力支座节点，适用于中小跨度；③双面弧形压力支座节点，适用于大跨度；④球铰压力支座节点，适用于多支点的大跨度；⑤板式橡胶支座节点，适用于大中跨度。