大跨建筑结构设计要点PPT(共 88张)
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大跨建筑结构设计要点1. 引言大跨建筑是指跨度较大的建筑结构,通常用于场馆、机场、桥梁等重要工程。
大跨建筑结构设计要点涉及材料选择、结构布局、抗震设计等方面,本文将从这些方面介绍大跨建筑结构设计的要点。
2. 材料选择2.1 结构材料对于大跨建筑来说,结构材料的选择至关重要。
常见的结构材料包括钢材、混凝土和木材。
具体的选择需要考虑建筑的功能、负荷要求、耐久性和成本等因素。
钢材通常用于跨度较大、承载能力要求高的部位,混凝土用于提供更好的耐久性和抗震性能,木材则常用于轻型结构和装饰。
2.2 外墙材料外墙材料的选择需要考虑建筑的整体风格和环境要求。
常见的外墙材料包括玻璃、金属板、石材等。
玻璃材料可用于增加建筑的透明度和光亮感,金属板常用于现代风格的建筑,石材则常用于提供建筑的稳定感和质感。
3. 结构布局大跨建筑的结构布局需要考虑建筑的跨度、高度、稳定性和空间利用率等因素。
3.1 平面布局在平面布局上,大跨建筑可以采用单室或多室结构。
单室结构适用于跨度较大、建筑内部空间需求较大的场所,多室结构则适用于灵活分区、功能需求复杂的场所。
3.2 立面布局在立面布局上,大跨建筑可以采用平直或曲线形状。
平直形状适用于现代简约风格的建筑,曲线形状则适用于提供建筑的流畅感和美感。
4. 抗震设计大跨建筑需要进行有效的抗震设计,以确保建筑在地震等自然灾害中的安全性。
4.1 建筑地基合理的地基设计是抗震设计的基础。
在大跨建筑中,通常需要采用深基坑和深基桩等方式来提供足够的支撑和稳定性。
4.2 结构体系合理的结构体系可以提高建筑的整体稳定性。
对于大跨建筑,常见的结构体系包括框架结构、剪力墙结构和桁架结构等。
其中,桁架结构通常用于跨度较大的建筑,剪力墙结构则适用于提高建筑的抗震能力。
4.3 防震装置大跨建筑还可以采用防震装置来提高抗震能力。
常见的防震装置包括减震器和承载控制装置等。
5. 结论大跨建筑的结构设计要点包括材料选择、结构布局和抗震设计等方面。
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。
大跨结构设计注意事项
大跨结构设计是指那些跨度较大、跨越较远的建筑或工程结构,例如桥梁、大跨度建筑等。
在进行大跨结构设计时,需要考虑一系
列的注意事项,以确保结构的安全、稳定和可靠性。
首先,设计大跨结构时需要充分考虑结构的承载能力。
这包括
考虑结构所需的强度、刚度和稳定性,以确保结构能够承受预期的
荷载并保持稳定。
在设计过程中需要进行详细的结构分析和计算,
考虑各种荷载情况下的结构响应,包括静载荷、动载荷、风荷载等。
其次,大跨结构设计还需要考虑结构的材料选择。
不同的材料
具有不同的特性和适用范围,需要根据实际情况选择合适的材料。
例如,在桥梁设计中,常见的材料包括钢材、混凝土、预应力混凝
土等,而在大跨度建筑设计中可能还涉及到玻璃、钢结构等材料的
选择。
另外,考虑结构的施工性和可维护性也是大跨结构设计的重要
注意事项。
结构设计应该尽量考虑到施工过程中的实际情况,确保
结构施工的可行性和安全性。
同时,结构的日常维护和检修也需要
纳入设计考虑,以确保结构在使用过程中能够保持良好的状态。
此外,大跨结构设计还需要考虑环境影响因素。
例如,在桥梁设计中,需要考虑河流流速、地质条件、地震影响等因素,而在大跨度建筑设计中可能需要考虑风荷载、温度变化等因素。
这些环境影响因素需要在设计过程中进行充分的评估和考虑,以确保结构在各种环境条件下都能够安全可靠地运行。
总的来说,大跨结构设计需要综合考虑结构的承载能力、材料选择、施工性、可维护性和环境影响因素等多个方面。
只有全面考虑这些注意事项,才能设计出安全、稳定和可靠的大跨结构。
大跨度结构设计阶段的风险控制要点1.1.1大跨钢结构屋盖坍塌风险1风险因素分析造成大跨钢结构屋盖坍塌的风险在设计方面的原因是设计不当引起的,主要有:(1)结构计算模型各种工况考虑不周;(2)荷载取值与实际使用情况不符,特别北方地区雪荷载引起的超载影响;(3)大跨钢结构屋盖稳定性不满足规范要求;(4)支座刚度取值不合理造成空间杆件内力与实际不符;(5)没有考虑地基基础不均匀沉降的影响。
2风险控制要点对大跨钢结构屋盖坍塌的风险,设计阶段要综合考虑和采取以下措施:(1)大跨钢结构屋盖结构设计必须考虑施工安装方案与结构分析计算的一致性,当施工安装方案改变时,必须按调整以后的施工安装工况重新进行结构分析计算;(2)大跨钢结构屋盖结构设计除满足规范要求外,要考虑非预期荷载影响,应考虑足够的安全储备,另外,在寒冷地区,应考虑温度变化对屋盖结构杆件内力的影响,并应考虑凹凸屋面的造型、采光天窗、女儿墙等引起的积雪超载;(3)大跨钢结构屋盖结构设计需特别注意整体稳定性分析及杆件稳定性分析;(4)大跨钢结构屋盖空间结构进行结构分析时,应考虑上部空间结构与下部支撑的结构的相互作用,准确合理确定支座刚度;(5)在遇到软土地基或湿陷性土质地基时,应考虑不均匀沉降造成的支座沉降和位移对上部空间杆件内力的影响,采用合理的地基基础形式,避免下部结构的不均匀沉降。
1.1.2雨棚坍塌风险1风险因素分析造成雨棚坍塌的风险在设计方面的原因主要有:(1)结构计算或构造设计不当;(2)对悬挑结构,设计文件没有提出施工程序要求。
2风险控制要点对雨棚坍塌的风险,设计阶段要综合考虑和采取以下措施:(1)对悬挑结构,设计要确保雨棚的抗倾覆能力;(2)对有拉杆的悬挑结构,设计要考虑风吸力的影响,确保拉杆受压时的强度和稳定性,同时设计要确保拉杆支座的连接节点的强度和构造合理;(3)对附于雨棚结构上的各类板件,应有牢靠的连接构造;。