第三章大跨屋盖结构

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.。

大跨度屋盖结构的几种形式
大跨度屋盖结构是建筑中常见的一种结构形式，它能够支撑大面积的屋面，使得室内空间更加开阔。

在大跨度屋盖结构中，有以下几种形式：
1. 悬索屋盖结构：这种结构形式采用钢索或钢缆来支撑屋顶，使得屋顶悬浮在上方。

这种结构形式可以实现大跨度的无柱空间，但需要注意的是，由于悬索的受力性质，需要对地基进行较为严格的要求。

2. 钢桁架屋盖结构：钢桁架结构是一种经济、实用的结构形式，在大型体育馆、展览馆等场馆中应用广泛。

这种结构形式的优点在于，可以实现大跨度、高强度、大空间。

3. 桥式屋盖结构：这种结构形式是将桥梁结构用于屋盖上，形成一种类似于桥梁的结构形式。

这种结构形式可以实现大跨度、高强度、大空间，并且具有美观的外观。

4. 双曲面屋盖结构：双曲面屋盖结构是一种美观、流线型的结构形式，它可以实现大跨度、高强度、大空间的要求。

这种结构形式的优点在于，可以实现较为均匀的载荷分布，适用于大型体育馆、展览馆等场馆。

以上几种形式都是在大跨度屋盖结构中比较常见的形式，每一种形式都有其优点和适用范围，建筑设计者需要根据具体的空间要求和功能需求，选择合适的结构形式。

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大跨钢结构屋盖的认识和理解一、结构形式和特点大跨钢结构屋盖是一种广泛应用于大型建筑和公共设施的结构形式，其特点在于能够提供大空间、高强度、轻质、耐久的建筑结构。

这种结构形式主要包括钢梁、钢柱、钢支撑、钢桁架等构件，通过精确的计算和设计，能够实现复杂的空间结构和优美的建筑造型。

大跨钢结构屋盖能够适应不同的气候条件和环境因素，因此在现代建筑中具有广泛的应用前景。

二、力学性能大跨钢结构屋盖的力学性能是其重要特性之一。

这种结构形式具有较高的承载能力和抗风、抗震性能。

钢材料的强度高、自重轻，能够有效地分散和吸收地震和风力等自然灾害产生的能量，从而保证了建筑物的安全性和稳定性。

同时，大跨钢结构屋盖还具有良好的延性和塑性，能够在较大的变形下保持结构稳定，不易破坏。

三、设计与建造大跨钢结构屋盖的设计与建造是其复杂性和技术性的重要体现。

设计师需要根据建筑要求和实际情况进行精确的计算和设计，确定合理的结构形式和构件尺寸，以确保结构的安全性和稳定性。

在建造过程中，需要采用先进的施工技术和管理手段，保证构件的精度和质量，同时需要严格遵守施工规范和安全标准，确保施工过程的安全性和可靠性。

四、维护与保养大跨钢结构屋盖的维护与保养对于保证其使用寿命和安全性具有重要意义。

由于钢材料易受腐蚀和氧化，因此需要定期进行清洁和维护，防止构件表面出现锈蚀和裂纹。

同时，需要对结构进行定期的检查和检测，确保其结构和构件的正常使用。

如果发现任何异常或损坏，需要及时进行修复和加固，以防止问题扩大和保证结构的安全性。

五、案例分析为了更好地理解大跨钢结构屋盖的应用和发展趋势，以下将介绍几个典型的案例分析。

（1）国家体育馆“鸟巢”北京奥运会主场馆“鸟巢”采用了大跨钢结构屋盖，其独特的结构和造型成为了北京的地标性建筑之一。

该场馆采用了双向倾斜的钢桁架屋盖，具有独特的外形和视觉效果，同时也体现了大跨钢结构屋盖的优点和发展趋势。

（2）上海中心大厦上海中心大厦是世界上最高的建筑之一，其采用了大跨钢结构屋盖，实现了超大空间和高度的建筑目标。

第三章大跨度建筑构造1龙江（Loongle）浙江林学院园林学院2009年秋概述大跨度建筑——大百科全书中关于大跨度建筑的定时是：跨度在30米以上的建筑，主要有民用建筑影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港等。

最早的大跨度建筑可以追溯到古罗马的万神庙，公元120~124年建成‘圆形平面，穹顶直径达到43.3米，用天然混凝土浇筑而成。

大跨度建筑常用结构形式☐大跨度常用建筑结构根据结构形式，受力构件排列组合不同可分平面平面机构体系和空间结构体系两大类，共八种。

它们是：☐平面结构体系有拱、刚架以及桁（héng）架。

☐空间结构体系有网架、折板（薄壳）、悬索、膜结构以及混合结构。

☐拱是一种推力结构：在竖向荷载下产生水平推力；☐拱是一种无矩结构：通过合理拱轴可使杆件无弯矩；☐拱可充分利用材料抗压强度，断面小、跨度大。

1 拱及拱券结构特点早期罗马人在建筑中使用的拱券拱券在早期建筑中的应用拱券美国蒙哥马里体育馆用平行拱支承屋面覆盖圆形平面墨西哥马达莱纳体育中心体育宫用四道相交的拱支承屋面覆盖接近正方形的平面两片刚性拱支撑屋面索网两片交叉拱作为索网边缘构件在体育建筑中的拱2 刚架结构刚架结构特征、优缺点和适用范围:☐刚架是横梁和柱以整体连接方式构成的一种门形结构。

由于梁和柱是刚性节点，在竖向荷载作用下柱对梁有约束作用，因而能减少梁的跨中弯矩；同样，在水平荷载作用下，梁对柱也有约束作用，能减少柱内的弯矩。

☐由于刚架结构受力合理，轻巧美观，能跨越较大的跨度，制作又很方便，因而应用非常广泛。

一般用于体育馆、礼堂、食堂、菜场等大空间的民用建筑，也可用于工业建筑。

刚架结构跨度尺寸☐跨度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☐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折线弓形刚架梁高、柱宽(1/15～1/25)L钢制刚架结构的玻璃暖房钢制刚架结构的飞机库某室内体育馆的木构刚架及天窗某刚架结构车站桁架结构3☐桁架是由杆件组成的一种格构式结构体系。

大跨屋盖结构论文:大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究【中文摘要】大跨屋盖结构一般是大型机场、车站或体育馆建筑的首选形式，而这类结构通常具有柔度大、阻尼小、质量轻等特点，风荷载成为作用在结构上的主要控制荷载，如何更精确的计算风荷载成为主导结构是否安全的最重要指标。

由于大跨屋盖的结构形式不完全相同，规范中并没有统一的计算方法来确定其风荷载数值,而提供的体形系数和风振系数还不能囊括所有的大跨形式，因此，有必要对不同的大跨结构做深入的抗风分析和研究。

木文结合青岛火车站站房屋盖的大跨结构形式，运用其刚性模型进行风洞试验,并建立有限元模型，从风压分布特性分析、风振系数的确定、静风荷载的加载等方面讨论结构对风荷载的响应，进而讨论结构的安全性。

本文第二章详细分析了屋盖上不同分区的测点平均风压系数和脉动风压系数的分布情况，并选取典型测点进行分析，进而总结风压分布规律，得出了有关大跨度屋盖结构表而风压分布的一些具有共性的规律，得岀各分区风压系数。

本文第三章讨论了风致响应的计算方法。

由风洞试验中得到的测点风压系数时程，经过一系列转换和修正，得到节点的脉动风荷载时程，通过对结构的前十阶振型的分析，讨论分区风振系数的取值，并最终得到屋盖整体的统一的风振系数。

第四章分析了屋盖结构的静风响应，选取作用在结构上的两种不同的荷载，由前两章的数据经过比较和筛选，最确定结构上每棍组合钢在自重作用下和在自重与静风组合荷载作用下的受力和变形，筛选最大应力和变形处与规范相关数值比较，最终确定结构的安全性。

最后，对进一步的结构设计和分析提出建议，本文所得结论对结构的设计和施工有参考意义，可作为相似结构设计的参考。

【英文摘耍】It is generally the first choice for large-scale airport, station and gymnasium to use long-span roof struetures with high flexibility, low damping and mass・ Wind loading is usually a dominated one acting on struetures, so it is the most important factor to judge the safety of structure under wind load accurately. However there is no general method of calculating wind load in the code because of configuration difference of long-span roof structures・ In the other hand the shape coefficient and the gust response coefficient suggested by the code can， t embrace all forms of long-span structures, so it is necessary to analyze and discuss the wind resistance character of different long-span structures in depth .Based on the stiff model of long-span structure in Qingdao railway station, wind tunnel test is carried out and finite element model is established, this paper discusses the structure? s response for the wind and the structure' s safety by analyzing the wind pressure distribution character, confirming the gust response coefficient, and exerting the static wind load. The second chapter of this paper discusses the distribution of mean wind pressure coefficients and fluctuating wind pressurecoefficients in different areas of the roof, typical points foranalyzing are selected, the regularity of wind pressuredistribution is summarized, and partition wind pressure coefficients are obtained. The third chapter discusses the computing method of wind responsive. After a series of conversion and amendment, the nodes' fluctuating wind load history-time can be gotten from the measured wind pressure coefficient history-time, and the partition values of gust response coefficient are discussed by analyzing the first ten vibration modes, finally, the unified gust response coefficient of the whole roof is got, which is prepared for the next step of loading the static wind load. The forth chapter einalyzes the responsc for static wind load on the roof, two different loads loading on the structure are selected, and the former two chapters' data are chosen and screened, then the carrying capability and deformation for the combined steel column of each rank under the dead load only and combination of the dead load and the wind load are confirmed, the maximum stress and deformation are chosen to compare with the code, finally thestructures safety is assessed. Finally, thefurther structure design and analysis are suggested, the conclusions of this paper can be referred to the structure f s design and construetion, particularly for similar long-span roof structures・【关键词】大跨屋盖结构风洞试验平均风压系数风振系数风荷载特性【英文关键词】long-span roof structure wind tunnel test mean wind pressure coefficient gust response coefficient wind load character【目录】大跨屋盖结构风荷载特性及抗风设计研究摘要6-7Abstract7第1章绪论11-211. 1选题背景11T31. 2基本理论13-201.2. 1近地风特性13-171. 2. 2风荷载研究手段17-201. 2. 2. 1 现场实测17-181. 2. 2. 2风洞试验18-191. 2. 2. 3数值模拟19-201. 3 本文进行的工作20-21第2章大跨度屋盖结构风压分布特性分析21-352. 1引言21-222. 2刚性模型风洞试验方法22-242. 3试验数据处理24-252. 4试验结果分析25-332. 4. 1屋面轮廓形状对风压分布的影响25-272.4. 2典型测点的平均风压系数随风向角的变化27-292. 4. 3典型测点的脉动风压系数随风向角变化规律29-302. 4. 4 风压系数的空间分布特点30-332. 5本章小结33-35第3章大跨度屋盖结构的风致振动特性研究35-523. 1引言35-373. 2结构风振响应的一般计算方法37-423. 3结构风振响应的时程分析法42-433. 4 青岛火车站站房屋盖的风振响应分析43-513. 4. 1结构有限元模型及动力特性43-493. 4. 2风振系数计算分析49-513. 5本章小结51-52 第4章大跨度屋盖结构的风荷载分布分析52-614. 1引言524. 2结构体系与分析模型52-554. 2. 1结构体系52-534. 2. 2结构分析模型53-544. 2. 3节点静力风荷载的计算54-554. 3最不利风向角的确定55-574. 4大跨屋盖结构的静风效应57-604. 5本章小结60-61第5 章结论与展望61-635. 1本文工作总结615.2进一步工作展望61-63致谢63-64参考文献64-66。

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。