铝合金空间网格结构及其应用
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建筑知识:常见建筑结构类型及其特点建筑结构是指建筑物所使用的结构材料和结构形式。
建筑结构是建筑物的基础,不同的结构能够满足不同的建筑需求,因此建筑结构的选择非常重要。
在本文中,我们将介绍常见的建筑结构类型及其特点。
1.钢结构钢结构是指通过焊接和螺栓连接钢材板、H型钢和管材构成的框架结构。
钢结构具有抗震、抗风、抗火、可重复利用等优点。
它还能够实现大跨度、高品质和现代设计要求,并且在工业化制造方面具有优势。
因此,它在商业建筑、超高层建筑和大型运输设施等领域广泛应用。
2.预制混凝土结构预制混凝土结构是指通过在工厂中制造混凝土构件,在现场进行拼装的结构,其拼装依靠浇注点和连接点。
预制混凝土结构可以节省施工时间,减少现场噪声和污染,并可以实现高度定制和质量控制。
它广泛应用于公共建筑、住宅、桥梁和隧道等领域。
3.钢混凝土结构钢混凝土结构是指利用钢筋和混凝土结合所构成的结构。
它结合了钢的强度和混凝土的耐久性和保护性,能够承受大量的荷载。
钢混凝土结构具有防火、耐震、耐久性好等特点,适用于高层建筑、桥梁、高速公路、水坝和其他重要建筑物。
4.框架结构框架结构是指通过使用钢材、混凝土、木材或复合材料作为柱和梁来构造钢框架或混凝土框架,然后在框架内铺设地板和屋顶结构。
框架结构具有形式多样、经济实用、可维修性好、耐用性能好等特点。
它适用于住宅、公共建筑、商业和工业建筑。
5.空间网格结构空间网格结构是指利用钢材或铝合金等材料所构成的三维结构,空间网格结构的构成是由一系列六面体或四面体单元组合而成的,具有轻量化、可拆卸和可扩展性等优势。
空间网格结构被广泛应用于航空航天、地铁站、体育馆和剧院等场所。
总之,建筑结构类型的选择取决于建筑物的使用目的、地理位置和所承受的荷载等因素。
每种结构都有其优点和缺点,设计人员应该考虑这些因素来选择最适合的结构类型,以确保建筑物的安全性和持久性。
第一节概述网壳结构即为网状的壳体结构,或者说是曲面状的网架结构,其外形为壳,其构成为网格状,是格构化的壳体,也是壳形的网架。
一、网壳结构的特点(1)网壳结构的杆件主要承受轴力,结构内力分布比较均匀,应力峰值较小,因此可以充分发挥材料强度作用。
(2)由于它可以采用各种壳体结构的曲面形式,在外观上可以与薄壳结构一样具有丰富的造型,无论是建筑平面或建筑形体,网壳结构能给设计人员以充分的设计自由和想象空间,通过使结构动静对比、明暗对比、虚实对比,把建筑美与结构美有机地结合起来,使建筑更易于与环境相协调。
(3)由于杆件尺寸与一整个网壳结构相比很小,可把网壳结构近似地看成各向同性或各向异性连续体,利用钢筋混凝土薄壳结构分析结果进行定性的分析。
(4)网壳结构中网格的杆件可以用直杆代替曲杆,即以折面代替曲面,如果杆件布置和构造处理得当,可以具有与薄壳结构相似的良好的受力性能。
同时,又便于工厂制造和现场安装,在构造和施工方法上具有与平板网架结构相同的优越性。
网壳结构按杆件的布置方式分类有:单层网壳和双层网壳两种形式,一般来说,中小跨度(一般为40m 以下)时可采用单层网壳,跨度大时采用双层网壳。
单层网壳由于杆件少、重量轻、节点简单、施工方便,因而具有更好的技术经济指标,但单层网壳曲面外刚度差、稳定性差,各种因素都会对结构的内力和变形产生明显的影响,因此在结构杆件的布置、屋面材料的选用、计算模式的确定、构造措施的落实及结构的施工安装中,都必须加以注意,双层网壳可以承受一定的弯矩,具有较高的稳定性和承载力。
当屋顶上需要安装照明、音响、宇调等各种设备及管道时,选用双层网架能有效地利用空间,方便天花或吊顶构造、经济合理,双层网壳根据厚度的不同,有等厚度与变厚度之分。
二、网壳结构的材料网壳结构按材料分类有木网壳,钢网壳、铝合金网壳、塑料网壳、玻璃钢网壳等,木网壳结构仅在早期的少数建筑中采用,近年来在一些木材丰富的国家也有采用胶合木建造网壳,有的跨度已超过100m。
空间网格结构第六章网架结构空间网架(格)结构是由许多杆件根据建筑形体要求,按照一定的规律进行布置,通过节点连接组成的一种网状的三维杆系结构,它具有三向受力的性能,故也称三向网架。
其各杆件之间相互支撑,具有较好的空间整体性,是一种高次超静定的空间结构,在节点荷载作用下,各杆件主要承受轴力,因而能够充分发挥材料强度,结构的技术经济指标较好。
空间网格结构的外形可以为平板状,也可以呈曲线状。
前者称为平板网架,常简称为网架;后者称为曲面网架或壳形网架结构,常简称为网壳。
6.1 概述网架结构在最近30年来得到了很大的发展,在国内外得到了广泛的应用。
网架结构平面布置灵活,空间造型美,便于建筑造型处理和装饰、装修,能适应不同跨度、不同平面形状、不同支承条件、不同功能需要的建筑物。
特别是在大、中跨度的屋盖结构中网架结构更显示出其优越性,被大量应用于大型体育建筑、公共建筑、工业建筑中,同时在一些小型建筑的屋盖中应用也比较广泛,如门厅、加油站、收费站、大型雨篷。
近年来,随着电子计算机的广泛应用和计算技术的发展,使网架结构的设计效率大大提高。
网架结构的施工安装和质量检测技术也日益提高,出现了许多专业生产厂家和公司,实现了设计、制作、安装一体化。
为网架结构推广普及提高了物质上和技术上的保证。
网架(平板)结构具有以下优点:1.网架为三向受力空间结构,比平面结构自重轻、节省钢材。
2.网架结构整体刚度大、稳定性好、安全储备高,能够有效地承受各种非对称荷载、集中荷载、动荷载的作用,对局部超载、施工时不同步提升和地基不均匀沉降等有较强的适应能力,并有良好的抗震整体性。
通过适当的连接构造,还能承受悬挂吊车及由于柱上吊车引起的水平总横向的刹车力作用。
网架(平板)结构具有以下优点:3.网架是一种无水平推力或拉力的空间结构,一般简支在制作上,这能使边梁大为简化,也便于下部承重结构的布置,构造简单,节省材料。
4.网架结构应用范围广泛,平面布置灵活,对于各种宽度的工业建筑、体育建筑、公共建筑,平面上不论是方形、矩形、多边形、圆形、扇形等都能进行合理的布置。
大跨度单层铝合金网壳结构在施工中的重点难点分析——以郫县体育馆网壳工程为例蒲珩璠;覃良玉;覃明;陈绍洪;陈宝【摘要】郫县体育馆项目是由铝合金网壳结构结合防水铝板等形成承重结构与围护结构一体化造型屋盖体系,其独特的造型及结构给施工带来一定难度.文章以郫县体育馆网壳工程为例分析了施工的重点难点,并在施工过程中采取有针对性的施工措施,保证了结构施工的安全性.【期刊名称】《四川建筑》【年(卷),期】2017(037)002【总页数】3页(P263-264,267)【关键词】大跨度铝网壳;体育馆;精确定位;加工精度;安装精度【作者】蒲珩璠;覃良玉;覃明;陈绍洪;陈宝【作者单位】四川元丰建设项目管理有限公司,四川成都610051;四川元丰建设项目管理有限公司,四川成都610051;成都市成华区政府投资项目评审管理中心,四川成都610051;成都市西汇投资有限公司,四川郫县611730;四川省城市建设工程监理有限公司,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】TU245.2体育场馆等大型公共建筑通常要求内部没有支撑构件,能形成大跨度、高大的开敞空间。
单层铝合金网壳结构跨度大、结构简洁、受力均匀、荷载传递路线短、结构整体性强、构件强度充分发挥、工作效率高、结构自重轻,同时具有外观新颖、降低能耗、扩大使用空间、免日后维护、零渗漏的特点。
大跨度铝合金结构相对于钢结构,铝合金结构在材料损耗、结构自重、跨度、安装工艺、施工工艺和工期等方面具有很大的优势。
因此,大跨度单层铝合金网壳结构在工程实践中得到了较为广泛的应用。
但由于铝合金网壳结构在跨度、建筑造型、网格形式、节点形式、杆件截面和内力、支座约束、施工方法等方面的特点,在整个施工过程中必须抓牢施工的重点和难点。
本文针对铝合金网壳结构的重点和难点,以郫县体育馆网壳工程为例进行了具体分析,并在施工过程中有针对性的采取措施,在最大限度提高美观的同时,保证了结构施工的安全性。
网格结构设计与施工郭藤藤编著目录第一章绪论第一节空间结构的形式第二节网格结构的应用及优缺点第二章第二章网架结构第一节网架结构的机动分析及分类第二节网架结构设计第三节网架结构的温度应力第四节网架结构的抗震计算第五节不锈钢网架第三章网壳结构第一节网壳结构的形式第二节网壳结构的设计第三节网壳结构的温度应力和装配应力第四节网壳结构的抗震计算第五节网壳结构的稳定性第六节单双层网壳及弦支穹顶第七节铝合金网壳第四章第四章网格结构的施工第一节网格结构的制作、安装与验收第二节网格结构的防腐与防火一、网壳的分类网壳的分类的通常有按层数划分、按高斯曲率划分和按曲面外形划分等三种分类方案。
1.按层数划分。
网壳结构主要有三种,即单层网壳、双层网壳和三层网壳。
如下图所示2.按高斯曲率划分设通过网壳曲面S上的任意一点P作垂直于切平面的法线P n。
通过法线P n可以作无穷多个法截面,法截面与曲面S相交可获得许多曲线,这些曲线在P点处的曲率称为法曲率,用K n表示。
在P点处所有法曲率中,有两个取极值的曲率称为P点的主曲率。
网壳按高斯曲率划分有以下三种。
(1)零高斯曲率的网壳零高斯曲率是指曲面一个方向的主曲率半径R为无穷大,而另一个主曲率半径R为某一数值,故又称为单曲率网壳。
(2)正高斯曲率是指曲面的两个方向主同率同号,均为正或为负,如图正高斯曲率的网壳有球面网壳、双曲扁网壳、椭圆抛物面网壳等。
(3)负高斯曲率的网壳负高斯曲率是指曲面两个主曲率符号相反,这类曲面一个方向是凸面,一个方向是凹面。
如下图3.按曲面外形划分网壳结构按曲面外形划分,主要有以下几种形式。
(1)柱面网壳柱面网壳是由一根直线沿两根曲率相同的曲线平行移动而成。
根据曲线形状不同,有圆柱面网壳、椭圆术面网壳和抛物线柱面网壳。
(2) 球面网壳球面网壳是由一母线绕z轴旋转而成。
适用于圆平面,其高斯曲率K〉0。
圆球面网壳是最常用的一种形式。
(3)双曲抛物面网壳双曲面抛物面网壳是由一根曲率向下的抛物线沿着与之正交的另一根具有曲率向上的抛物线平行移动而成。
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铝合金空间网格结构及其应用
空间网格结构是由大致相同的格子或尺度较小的基本结构单元组合而成,可均匀三向传
递力流的空间结构.本文所涉及的铝合金空间网格结构包含单、双层网壳和网架.若按节点刚
度分类,铝合金网架和双层网壳属铰接体系,铝合金单层网壳属刚接体系.即在对网架和双
层网壳进行结构分析时,可假定节点为铰接,杆件只承受轴力; 对单层网壳可假定节点为刚
接,杆件除承受轴力外,还承受弯矩、扭矩和剪力等.若按单元组成分类,铝合金空间网格
结构均属刚性单元结构,包括以梁单元作为基本构件的单层网壳和以杆单元作为基本构件的
网架和双层网壳.上述两种分类方法中,杆单元对应于铰接体系,节点具有3个自由度,构
件单元仅受轴力作用; 梁单元对应于刚接体系,每个节点具有6个自由度,构件单元在承受
轴力的同时受到不可忽略的弯矩作用.事实上用于工程中的任何节点体系都是既非理想铰接
又非理想刚接,节点都处于半刚性状态,而结构分析中所采用的模型只是一种分析简化方法,
在结构分析中应尽可能采用符合结构实际受力行为的结构模型,充分考虑其合理性以保证结
构的安全性.
从形态学角度来看,网架结构构件密度高于单层网壳,杆件的高密度布置导致网架构件
的高冗余性,存在承载力过剩问题,而单层网壳冗余构件较少或不存在冗余构件,这对结构
整体屈曲性能有着不可忽视的影响.
2. 1 铝合金空间网格结构在国外的应用
网壳结构最早可追溯到1863 年,有“穹顶之父”之称的德国人Schwedler 设计建造了
第一个钢网壳结构.最早的网架结构于1940 年建成于德国,采用Mero 体系.近几十年来,
以网壳和网架为代表的空间网格结构飞速发展.相比于钢网架和网壳结构,铝合金空间网格
结构出现较晚,1951 年建成的英国“探索”穹顶是世界上建成最早的铝合金网壳结构.随着
加工技术的不断发展,制造工艺的改进,节点体系的不断创新,计算分析以及设计水平的提
高,铝合金空间网格结构不但在诸如体育场馆、会展中心、剧场等公共建筑中被采用,而且
在大型石油化工产品的储罐、火力发电厂的干煤库及污水处理厂等工业领域也得到了广泛的
推广和应用.表1 列举了国外部分具有代表性的铝合金空间网格结构.
2. 2 铝合金空间网格结构在我国的应用
空间结构在我国的应用始于上世纪五十年代,其中最具代表性的是1956 年建成的天津
体育馆屋盖,我国的螺栓球节点体系也是70 年代引入Mero节点体系概念发展起来的.自20
世纪90 年代以来,铝合金空间网格结构在我国的应用也逐渐增多.到目前为止,我国各地
已建成了多座包括网壳、网架在内的铝合金空间网格结构.