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。
大跨度结构主要是在自重荷载下工作，因此，减小结构自重自然是工程师们的主要任务。
从此观点考虑，大跨结构中宜采用高强度钢材或轻质铝合金材料。
铝合金的强度高而密度小，使其成为大跨建筑承重结构的非常有前途的材料。
在英国建造的66m×100m,净高14m的飞机库就是用铝合金建造的大跨框架结构之一。
该飞机库的承重结构为双铰框架，间距9.5m，安装节点采用镀锌钢螺栓连
接。
框架构件采用专门压制型材制造。
1988年建成的上海国际体操中心主体育馆，为直径68m(最宽处直径77.3m)的穹顶网壳结构，也全部采用了铝合金建筑型材和板材。
飞机库重要的结构特点，是在正面墙壁的全长上设有大门以供飞机出入。
这样的大门固定及开闭需要有专门设施。
这对飞机库的屋盖结构方案会有重大影响。
海南美兰机场机库将拱与网架结构巧妙组合是处理这种问题的成功范例之一。
大跨度结构的自重大，也常常采用预应力承重结构及悬索结构，在这些结构中使用高强钢丝，钢绞线等施加预应力非常有效。
从节约钢材角度看，在大跨度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材料。
作为承重的屋面板应采用钢筋泡沫混凝土板，钢丝网水泥板，而作为保温层应采用岩棉，纤维板以及其他新型轻质高效材料。
彩色涂层压型钢板，压型铝合金板是极轻的便于工业化制造和安装的材料，压型铝合金屋面板除了轻质，自防水，易于加工外，还具有耐久的特点，是很有竞争力的大跨建筑屋面围护材料。
近年来还出现了一种新型金属屋盖，将屋盖结构和屋面围护材料（可以含有保温层）合为一体，自重大大减轻。
为了简化承重结构，大跨生产厂房多采用便于工业化，标准化生产的新型屋盖结构。
从生产工艺方面的考虑，有时大跨厂房需要上部采光；从构造方面考虑，采用横向天窗最为方便，因为这时承重结构和天窗结构可以合并为屋盖的统一承重体系。
最近20年里，国内大跨度结构得到快速发展，设计与施工手段逐步完善，全国各地陆续设计建造了一大批反映我国大跨度结构技术水平建筑物。
如四川省体育guan73.7m×79.4m索网屋盖结构，哈尔滨速滑馆85m×190m三向桁架结构，北京奥林匹克中心英东游泳馆78m×118m斜拉组合结构；建筑面积38200m2的中国远洋南通船务三期船体车间（连续4跨36m）,建筑面积41000m2的上海外高桥船厂曲形分段车间（4跨：48m+45m+42m+36m）和建筑面积29952m2的山东小松山推联合厂房（设置悬挂吊车73台）均采用了网架屋盖结构；上海大剧院钢屋盖（100.4m×94m）采用由箱形和工形截面制成的两榀纵向主桁架和两榀次桁架与十二榀横向上反拱月牙形桁架和连系梁组成空间框架屋盖结构；还有成都双流国际机场维修机库跨度142m×87m网架张弦梁组合结构，厦门太古维修机库跨度151.5m×70m网架拉杆拱架组合结构，首都国际机场维修机库两跨（153m+153m）×90m网架屋盖结构等实例。
以往我国大跨度结构主要建造在东部，而西部可能成为大跨度工程建设新的热点地区。
.承重的大跨屋盖结构
1大跨结构
在支座不能承受水平推力的情况下，如屋盖支撑于墙体，砌体柱或钢筋
混凝柱上时，可采用梁式大跨结构。
跨度大时，梁式体系比框架体系及拱式体系重，但制作和安装较为简单。
梁氏大跨体系主要用于公共建筑里，如影剧院，音乐厅，体育建筑。
跨度在50-70m及更大时，桁架按常规是梁式体系的主要承重构件，大跨实腹梁从用钢量看是不合适的。
大跨度屋盖的外形及腹杆体系，决定于跨度，屋面型式及在公共建筑物里通常设置的吊天棚结构。
按重量最优的屋架高跨比为1/6~1/8，大跨度（大于40~50m）屋架按运输条件不合乎轮廓尺寸的要求（h＞3.85m）;当采用短尺寸屋面材料以及需要吊天棚时，必须具有较小节间而设置复杂的再分式腹杆体系。
预应力三角形截面的桁架便于制造，运输和安装，给设置大跨梁式结构体系以良好的基础。
铺设于屋架上的钢筋混凝土屋面板可参与受压的共同工作，采用管材（方管，圆管）杆件以及施加预应力都使这种结构体系钢材用量比较经济。
跨度大于35~40m时，梁氏结构的支座之一必须做成可移动的，以便排除向支撑墙体或支柱传递横向反力的可能性，该横向反力由屋架下弦的弹性变形产生。
吊天棚一般相对于屋架下弦要下降一些，以便完全可以接近屋架进行检修，维护，涂装等。
2框架结构
（1）框架的体系及形式
覆盖大跨度常采用两铰及无铰框架。
无铰框架刚度更好，用钢量省，便于安装，但这种框架需要强大的基础及密实的地基，并对温度作用比较敏感。
框架的横梁高度可以取比屋架高度小，这在跨度大时有重要意义。
例如在车库和展览馆里，减小横梁高度可使墙体高度降低，缩小房屋体积，因而降低维护费和使用费。
大跨屋盖的框架体系可以有各种各样的外形。
汽车库及飞机库的框架，与跨度尺寸相比其高度不大。
展览馆及某些工业厂房的框架一般都有很大的高度。
大跨屋盖中既采用实腹式框架，也采用格构式框架。
实腹式框架采用较少且仅在跨度不太大时（L=50~60m）采用。
它的优点是用量较少，可装运性好，还能降低房屋高度。
实腹式框架常设计成双铰的。
为了减轻支座结构，可以在地板水平之下的支座铰处设置拉杆，以承受框架的横向水平力。
张紧拉杆可以使框架横梁卸载。
由于框架支座弯矩的卸载作用使实腹式框架的横梁高度不大，可取跨度的1/30~1/40.
具有强大的横梁和立柱，高度不大的格构式框架，在飞机库建设中得到
应用，跨度常设计成100~120m。
格构式框架可以是双铰的——铰设在横梁与柱连接处或设在基础水平顶部，也可以使无铰的。
铰设在横梁与柱连接处时，结构安装大大简化，但是需要很强的基础，并且没有使横梁卸载的支座负弯矩。
当跨度在120~150m,特别需要减小横梁跨中弯矩时，应采用无铰框架。
格构式框架立柱的宽度，取等于横梁节间长度，一般为5~7m。
在取这样的宽度及不大的立柱高度情况下，立柱的线刚度比横梁的线刚度大得多，因而支座处弯矩的卸载影响是非常显著的。
（2）计算原则及构造特点
为了简化静力计算，格构式普通框架可以折算成与其等效的实腹框架。
重型的格构式框架按格构式体系考虑全部腹杆的变形进行计算。
大跨度框架的挠度仅用可变荷载求得，永久荷载产生的挠度由相应的结构起拱来抵消。
当跨度大于50m且刚性柱不高时，须计入框架的温度应力。
两铰框架中，框架中可以做成沿高度变截面形式，这样能减轻结构自重并使它具有较好的外观。
参考文献：[1]《钢结构设计规范》（GB50017-2002）
[2]《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）。
