建筑构造下册第三章----大跨度建筑构造（考公共建筑也可以看）

这是一篇关于大跨度建筑构造的思维导图，详细介绍了大跨度结构的定义、特点、构造及其设计方法。阐述了大跨度建筑的两大主要结构体系：平面结构体系和空间结构体系。平面结构体系将结构的各个组成部分视为独立单元进行考虑，如梁式、钢架、桁架、拱结构和排架结构等。还介绍了大跨度建筑的经济性能和抗震性能，突出了其经济性好、整体刚度大和抗震性能优越的特点。

大跨度建筑构造

• 大跨建筑的定义
  • 我国现行钢结构规范规定跨度在60米以上的结构为大跨度结构。
  • 实现大跨度取决于
    • 足够强度的材料
    • 运用这样的材料来建造的技术
  • 平面结构体系
    • 把结构构件本身作为独立单元来考虑。如梁式，钢架，桁架，拱结构，排架结构
  • 空间结构体系
    • 把结构的所有组成构件协同起来共同跨越空间，作为整体来考虑，整体作用大于单个作用之和。经济性能好，整体刚度大，抗震性能好。如网架结构，折板结构，薄壳结构，悬索结构，薄膜结构及其组合形式。
• 大跨度建筑结构形式与建筑造型
  • 排架结构
    • 概念
      • 排架由屋架（或者屋面梁）、柱子和基础组成，柱与屋架铰接，与基础刚接（建筑物下部为柱子，上面为屋架）。再通过屋面板，吊车梁，支撑等纵向构件将平面排架联系起来，构成整体的空间结构。是单层厂房结构的基本形式，房屋刚度小。
  • 钢架结构
    • 概念
      • 钢架结构是以横梁和柱以整体连接的方式构成的一种门型结构。
    • 优点
      • 钢架结构受力合理，其梁和柱是刚性连接的，之间具有约束作用，能跨越较大的跨度，应用非常广泛
      • 钢架结构比屋架和柱组成的排架结构轻巧，可以节省钢材和水泥
      • 大多数钢架的横梁是向上倾斜的，所以建筑的屋顶呈折线形物，外形轮廓有变化，轻巧美观。
    • 缺点
      • 一般用于体育馆、礼堂等大空间的民用建筑和工业建筑，但是钢架的刚度较差，只适用于40米左右的跨度
    • 分类
      • 按照结构组成和构造方式不同
        • 无铰钢架
          • 超静定结构，刚度较大，如果地基条件较差，发生不均匀沉降时，结构会产生附加内力。可以用于跨度较大的建筑
        • 两铰钢架
          • 超静定结构，刚度较大，如果地基条件较差，发生不均匀沉降时，结构会产生附加内力。可以用于跨度较大的建筑
        • 三铰钢架
          • 属于静定结构，在地基产生不均匀沉降时，结构不会引起附加内力，但是刚度不如前两种好。适用于跨度较小的建筑
    • 建筑造型
      • 屋顶呈折线形，断面呈上大下小的形状。
  • 拱结构
    • 概念
      • 拱呈曲面形状
    • 优点
      • 主要承受轴向压力，拱结构能充分利用材料强度，比同样跨度的梁结构断面要小，所以能跨越较大的空间。
    • 缺点
      • 但是拱结构会产生横向的推力，会使得建筑平面空间组合受到约束。
    • 分类
      • 拱结构按照组成和支座方式不同分为
        • 三铰拱
        • 两铰拱
        • 无较拱
    • 建筑造型影响因素
      • 矢高的大小
        • 矢高小的拱外形起伏变化小，呈扁平状
        • 通常拱顶的矢高为拱跨的1/7-1/15
      • 平衡拱推力的方式不同，既建筑造型不同
    • 拱的水平推力处理方法
      • 利用基础直接承受拱水平推力
        • 当水平推力不大，地质条件较好时，落地拱的推力可由基础直接承受
      • 利用侧面框架结构承受拱水平推力
        • 框架需要有足够的刚度
      • 利用拉杆承受水平推力
        • 最常用的方式，侧墙不承受拱推力，简化了受力状况，使墙身和柱子断面减少，平面布局灵活，形式多样
  • 桁架结构
    • 概念
      • 由杆件组成的一种结构式的结构体系
    • 优点
      • 杆件与杆件的连接为铰接，受力分布均匀合理
      • 材料强度能充分利用
      • 可以减少材料消耗和结构自重，使结构跨度增大
      • 是大跨度建筑中常用的一种结构形式，便于安装和运输，有利于工业化施工。
    • 缺点
      • 建筑平面宜采用矩形和方形
      • 结构高度大，稳定性需增强
    • 分类
      • 材料
        • 钢桁架
        • 钢筋混凝土桁架
        • 木桁架
        • 组合桁架
      • 形式
        • 三角形
          • 三角形桁架只适用于跨度不大于18米的建筑，矢高与跨度之比一般为1/5-1/2，它的结构高度最低。
        • 梯形
          • 梯形桁架常用跨度为18-36米，矢高与跨度之比为1/8-1/6，梯形桁架端部增大，降低了结构的稳定性
        • 拱形
          • 拱形桁架外形呈现抛物线，比梯形桁架材料消耗量少，矢高与跨度之比一般为1/8-1/6，常用跨度为18米到36米。
          • 预应力混凝土拱形桁架跨度大，可以做到60米。
        • 无斜腹杆式
          • 杆件直接采用刚性连接或弦杆连接，由于无斜腹杆，造型简洁，便于制作。
        • 三角拱式
    • 建筑造型
      • 建筑跨度在36米以上时，宜选择钢桁架或预应力混凝土桁架，当跨度在36米以下时，一般可以选用钢筋混凝土桁架。
      • 如果桁架的环境相对湿度大或者有腐蚀介质，不宜选用木桁架和钢桁架
  • 网格结构
    • 概念
      • 是一种由多根杆件，以一定规律通过节点组成的空间结构。
    • 优点
      • 自重轻，跨度大，整体性能好，利于抗震
      • 杆件之间相互支撑，受力合理，节省材料
      • 结构高度小，可以有效利用空间
      • 有利于工业化生产
      • 有丰富多彩的建筑形式
    • 缺点
      • 考虑防火防热，防锈防腐
    • 建筑造型影响因素
      • 结构的形式
        • 网架
          • 一般是双层的，也可以做成多层
        • 网壳
          • 可以是单层的也可以是双层的
      • 结构的支承方式
        • 支承在圈梁上由墙或者柱支撑
        • 跨度大的网架，直接支撑在四周的立柱上，柱网尺寸=网架的网格尺寸
        • 不容许出现较多柱子时，可以支承在少数柱子上，但网架四周要向外悬挑
        • 建筑需要一边敞开时，支承在三边列柱上，敞开一边设边梁
        • 拱形网壳需要考虑水平推力，支撑在环梁上，再置于柱或者墙上。
    • 分类
      • 外形
        • 平面网格结构（网架）
          • 按构造方式分类
            • 角锥体系
              • 三角锥体系平面网架
                • 由三角锥体系的杆件组成
                • 是大跨度广泛使用的形式
                • 适合于各种建筑平面
                • 比四角锥和六角锥网架受力更均匀
              • 四角锥体系平面网架
                • 由四角锥体的杆件组成
                • 可以正放或者斜放
                • 受力情况不如三角锥体系
                • 多用于中小型大跨度建筑
              • 六角锥体系平面网架
                • 由六角锥杆件组成
                • 构造复杂，施工麻烦，用钢量大
                • 一般用于60米以上的跨度
            • 交叉桁架体系
              • 两向交叉桁架
                • 交角大多为90度，按网架与建筑平面相对位置分为两种布置方式
                  • 正放
                    • 正放网架构造简单，一般适用于正方形或者近似正方形的建筑平面
                  • 斜放
                    • 斜放网架外形美观
                    • 刚度好，用钢省
                    • 不会因为是矩形平面消弱空间受力状态
                    • 斜放网架适用广泛
              • 三向交叉桁架
                • 桁架互相以60度相交，比两向交叉刚度大，节点构造复杂，适用于三角形，梯形，圆形等形状。
          • 优点
            • 不产生推力，构造简单，屋顶一般为平屋顶，可以适用于各种平面形状的建筑。
            • 当采用钢筋混凝土与屋面板时，网格尺寸不宜过大，一般不超过3*3米，否则构件太重难以吊装。
          • 构造
            • 网架杆件
              • 钢管或角钢（钢管比角钢受力合理）
            • 节点连接
              • 采用角钢时，采用焊接或者螺栓连接的方法
              • 为钢管时，用钢球将各杆件连接起来，外形美观。
            • 找水找坡
              • 平板网架排水坡度一般为2%-5%
              • 坡度形成方法
                • 网架自身起拱，构造复杂
                • 在网架上焊接短钢管或者角钢，找坡。构造简单
        • 曲面网格结构（网壳）
          • 分类
            • 按层数分
              • 单层
              • 双层
            • 按形式分
              • 球面网壳
              • 椭圆网壳
              • 柱面网壳
              • 双曲抛物面网壳
          • 优点
            • 具有推力的结构体系，构造复杂，平面形式往往比较单一，但外形变化丰富。
          • 缺点
            • 构造设计难度大，节点要求精准度高，能源消耗大。平面形式单一
          • 案例
            • 国家大剧院
              • 肋环形空腹双层网壳
      • 支承方式
        • 周边式支承网
        • 三边支承网
        • 对边支承网
        • 四点支承式
        • 多点支承式
  • 折板结构
    • 概念
      • 折板结构是以一定角度整体联系的薄板体系。通常用钢筋混凝土建造
    • 优点
      • 空间受力有良好的力学性能
      • 结构厚度薄，省材料
      • 可预制装配构造简单
      • 可用来建造大跨度屋顶，也可用于外墙
      • 造型新颖
    • 结构
      • 折板结构组成
        • 折板
        • 横隔构件
      • 横隔构件将折板在底座处牢牢的结合在一起，可以根据建筑造型需求设计
      • 折板强度随着折板矢高增加，折板波长不宜太大否则板厚不经济，一般不应大于12米
    • 分类
      • 跨度与波长之比大于等于1时，称为长折板
        • 长折板矢高不宜小于跨度的1/15-1/10
      • 跨度与波长之比小于1时，称为短折板
        • 短折板矢高不宜小于波长的1/10-1/8
      • 按波长数目分为单波和多波折板
      • 按断面形式分为三角折板和梯形折板
      • 平行折板构造简单
      • 扇形折板层放射状，用于梯形平面建筑
    • 例子
      • 巴西圣保罗会堂
      • 巴黎联合国教科文组织会议大厅——内尔维
  • 薄壳结构
    • 概念
      • 薄壳结构是用混凝土等刚性结构材料以各种曲面形式构成的薄板结构，呈空间受力状态
    • 优点
      • 空间受力，有良好的力学性能
      • 结构厚度薄，省材料
      • 跨度大，造型新颖
      • 可用来覆盖各种平面的建筑屋顶
    • 缺点
      • 形体复杂，多采取现浇施工，费力费时
      • 不宜承受集中荷载
    • 形式分类
      • 筒壳
        • 由筒面，边梁，横隔件三部分组成
        • 跨度和波长之比大于3时为长壳
        • 跨度和波长之比小于1/2时为短壳
        • 1/2到3时则时中长壳
        • 短壳比长壳受力性能好，由横隔件起的作用。横隔构件可以做成拱形梁】拱形桁架、拱形钢架等多种形式
      • 圆顶壳
        • 由壳面和支撑环两部分组成，支撑环对壳面起到约束作用。壳面在支撑环附近应当适当增厚。
      • 双曲扁壳
        • 这种薄壳由双向弯曲的壳面和四边的横隔构件组成，壳面呈现扁平状，受力合理，用于大跨建筑
      • 双曲抛物面壳
        • 由壳面和边缘构件组成。又称鞍形壳。在壳上切一部分可以做成各种各样的扭壳
    • 案例
      • 罗马小体育馆
      • 纽约肯尼迪环球航空公司候机楼
      • 美国麻省理工学院礼堂-小沙里宁
      • 巴黎国家工业与技术中心陈列大厅（世界上最大的壳体）
  • 悬索结构
    • 定义
      • 悬索由索网、边缘构件、下部支撑结构三部分组成
    • 概念
      • 索网
        • 索网承受拉力
      • 边缘构件
        • 边缘构件是有足够刚度的支座，可以用梁、桁架、拱等结构
      • 下部支撑结构
        • 索网直接承担屋面荷载，通过边缘构件传递至下部支撑结构。支撑结构一般是受压构件，常采用柱结构
    • 优点
      • 充分发挥力学性能，利用钢索受拉，钢筋混凝土受压，节省材料，减轻自重。
      • 施工方便，因为钢索自重轻，不需要大型的施工设备可以安装
      • 跨度大，造型新颖
      • 可以覆盖各种平面的建筑屋顶，布局灵活
    • 缺点
      • 强风作用下容易丧失稳定性
    • 适用范围
      • 在大跨度建筑中应用较广，跨度在60-150米范围里有明显优越性。可以覆盖体育馆，展览馆，大会堂等建筑等屋顶
    • 结构形式
      • 按外形
        • 单曲面悬索
          • 结构形式适用于矩形平面，多布置成单跨
        • 双曲面悬索
          • 下凹为承重索，上凸为稳定索
      • 按布置方式
        • 单层悬索
        • 双层悬索
      • 单层单曲面悬索结构
        • 由许多互相平行的拉索组成，构造简单，抗风性能差。在悬索上可以铺设钢筋混凝土屋面板增加强度，但轻巧的形象被消弱
      • 双层单曲面悬索结构
        • 有许多相互平行的拉索组成，每一根拉索由曲率相反的承重索和稳定索构成，承重索与稳定索之间用拉索拉紧
      • 双曲面轮辐式悬索结构
        • 平面为圆形，承重索与稳定索均固定在内外环上
        • 轮辐式悬索结构相比于单层单曲面悬索增加了稳定性，屋面刚度较大。抗风性能好，轻巧。施工方便。
      • 双曲面鞍形悬索结构
        • 由两组曲率相反的拉索交叉组成索网，形成双曲抛物线，像马鞍。可以适用于圆形矩形等多种平面的建筑
    • 案例
      • 布鲁塞尔世博会美国馆-斯通
      • 杜勒斯国际机场候机楼-小沙里宁
      • 美国罗利市牲畜赛馆
      • 代代木国立综合体育馆
  • 不同点
    • 悬索只能受拉不能受压，外形大多呈凹曲面。薄壳结构外形拱曲面，抛物线曲面和球形曲面
    • 索网曲面形式多样，边缘构件形式各异。造型丰富。由索网和钢筋混凝土边缘构件组成。
  • 膜结构
    • 概念
      • 是以性能优良的柔软织物为膜面材料，由空气压力支撑膜面，或用柔性钢索或刚性骨架将膜紧绷形成建筑空间的一种结构
    • 优点
      • 重量轻跨度大施工方便透光性和自洁性好造型丰富
    • 缺点
      • 隔音效果差，耐久性差，局部承载能力较弱
    • 分类
      • 按支承方式
        • 张拉膜
          • 膜材料，拉索，支柱共同组成
          • 用于临时性或者半永久性建筑例如博览会，演出建筑等
          • 设计要点
            • 薄膜材料需轻质高强，耐高温防火，具有一定的透明度
            • 布置足够的拉索，避免积存雨雪
            • 减少室内支架
        • 骨架支撑式膜
          • 以刚性骨架作为承重结构，膜材仅做表皮，使用起到围护和造型的作用
          • 优点
            • 制作简单，造价低
          • 缺点
            • 膜材料发挥不充分，造型受到骨架限制
        • 充气膜
          • 概念
            • 气囊充气后形成建筑空间并承受外力，以曲线和曲面来构成自己独特的外形。
          • 优点
            • 省材，质轻，造型美观，适用于各种平面采光要求，特别适用于防震救灾和临时性与永久性建筑
          • 按结构分为
            • 气承式
              • 鼓风机不断向气囊内送气，受力均匀
            • 气肋式
              • 以密闭的充气薄膜做成肋
  • 混合体系
    • 索拱体系
    • 斜拉混合结构
    • 索梁体系/索桁架体系
      • 设置横向加劲构件
    • 张弦梁结构
      • 是一种大跨度预应力空间结构体系，由承受弯矩和压力的上悬梁、拱或桁架，下悬拉索以及连接两者的支撑杆件组成，是一种新型自平衡结构体系。
      • 其受力性能好，外形简洁富有表现力。
      • 长沙国际会展中心。浦东国际机场的屋盖
• 大跨度建筑屋顶构造
  • 压型钢板复合保温屋面画图
  • 压型钢板复合保温墙面画图
  • 钢结构加建
    • 压型钢板复合保温屋面覆土种植构造
    • 压型钢板复合保温屋面高低跨变形缝构造
  • 钢结构屋脊构造
  • 钢结构山墙构造
  • 钢架檐口构造
  • 钢架天沟构造
  • 钢架结构檐口构造
  • 网架内檐沟构造
  • 网架山墙构造
  • 网架内天沟构造
  • 壳体檐沟构造