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1、建筑结构选型建筑结构选型绪绪 论论结构对于建筑的意义结构对于建筑的意义 建筑结构选型的原则建筑结构选型的原则 建筑结构的组成与分类建筑结构的组成与分类 结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，结构如同建筑的骨骼，要承受各种力的作用，形成支撑体系，是建筑物赖以存在的物质基础；是建筑物赖以存在的物质基础；通过满足技术要求来满足建筑的使用功能；通过满足技术要求来满足建筑的使用功能；形成特定的建筑造型；形成特定的建筑造型；结构科学的进步推动着建筑的发展，一部建筑史也是一部建结构科学的进步推动着建筑的发展，一部建筑史也是一部建筑结构发展史。筑结构发展史。一、结构对于建筑的意义一、结构对于建
2、筑的意义 第七章第七章 桁架结构桁架结构 桁架的结构特点与优点桁架的结构特点与优点 桁架外形与内力的关系桁架外形与内力的关系 屋架形式与材料的关系屋架形式与材料的关系 屋架基本尺寸及其适用范围屋架基本尺寸及其适用范围 屋架结构的选型屋架结构的选型 排架结构简介排架结构简介 薄腹梁无法满足跨度继续增大的情况，从梁结构的应力分布薄腹梁无法满足跨度继续增大的情况，从梁结构的应力分布出发，将材料布在应力较大的地方，可达到节省材料和减出发，将材料布在应力较大的地方，可达到节省材料和减少自重的目的少自重的目的 桁架结构从梁式结构发展而来，其实质是利用截面的几何特桁架结构从梁式结构发展而来，其实质是利用截面
3、的几何特性，在截面面积不变的情况下增大其惯性矩和抵抗矩性，在截面面积不变的情况下增大其惯性矩和抵抗矩 桁架结构杆件主要承受轴向力，可以较为充分地利用材料的桁架结构杆件主要承受轴向力，可以较为充分地利用材料的强度，也因此较之受弯构件（梁）受力更为合理强度，也因此较之受弯构件（梁）受力更为合理第一节第一节 桁架的结构特点与优点桁架的结构特点与优点 桁架结构的优点主要有：桁架结构的优点主要有：较之梁式结构可适用于更大的跨度较之梁式结构可适用于更大的跨度 可用钢筋混凝土、钢、木等多种材料制造可用钢筋混凝土、钢、木等多种材料制造 由杆件组成，型式多样化，选型范围较广由杆件组成，型式多样化，选型范围较广
4、施工方便，可整体吊装，亦可高空拼装施工方便，可整体吊装，亦可高空拼装 桁架是由杆件组成的平面格构体系，其节点可视为铰接连接，桁架是由杆件组成的平面格构体系，其节点可视为铰接连接，荷载一般作用于节点上荷载一般作用于节点上 平行弦桁架的杆件内力不均匀，弦杆的内力两端小而跨中大，平行弦桁架的杆件内力不均匀，弦杆的内力两端小而跨中大，腹杆的内力两端大跨中小腹杆的内力两端大跨中小 三角形桁架的杆件内力亦不均匀，弦杆的内力两端大而跨中三角形桁架的杆件内力亦不均匀，弦杆的内力两端大而跨中小，腹杆的内力两端小跨中大小，腹杆的内力两端小跨中大 拱形桁架的杆件内力较为均匀，其外形与简支梁弯矩图相似，拱形桁架的杆件
5、内力较为均匀，其外形与简支梁弯矩图相似，受力较为合理，结构形式较为理想，故经济性较好受力较为合理，结构形式较为理想，故经济性较好第二节第二节 桁架外形与内力的关系桁架外形与内力的关系 当屋面板宽度与上弦节间长度不等时，或吊顶梁间距下弦与当屋面板宽度与上弦节间长度不等时，或吊顶梁间距下弦与下弦节间长度不等时，上、下弦将产生节间荷载，上、下下弦节间长度不等时，上、下弦将产生节间荷载，上、下弦杆将由承受轴向力转变为承受轴向力和弯矩，材料的强弦杆将由承受轴向力转变为承受轴向力和弯矩，材料的强度将得不到充分利用，材料用量会增加度将得不到充分利用，材料用量会增加 桁架节间的划分应考虑屋面板、檩条、吊顶梁等
6、的布置要求，桁架节间的划分应考虑屋面板、檩条、吊顶梁等的布置要求，尽量使荷载作用在节点上尽量使荷载作用在节点上 钢屋架常采用再分式来减少上弦的节间长度，以使屋面荷载钢屋架常采用再分式来减少上弦的节间长度，以使屋面荷载直接作用在上弦节点上直接作用在上弦节点上 用于房屋上的桁架称为屋架用于房屋上的桁架称为屋架 屋架形式根据材料的不同，可分为木屋架、钢屋架、钢屋架形式根据材料的不同，可分为木屋架、钢屋架、钢-木木组合屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土组合屋架、轻型钢屋架、钢筋混凝土屋架、预应力混凝土屋架、钢筋混凝土屋架、钢筋混凝土-钢组合屋架等钢组合屋架等 屋架形式根据外形的不同，可分为
7、三角形屋架、梯形屋架、屋架形式根据外形的不同，可分为三角形屋架、梯形屋架、拱形（折线形）屋架、平行弦屋架等拱形（折线形）屋架、平行弦屋架等 各种材料的力学性能各不相同，由不同材料制造的屋架也采各种材料的力学性能各不相同，由不同材料制造的屋架也采用各不相同的形式用各不相同的形式第三节第三节 屋架形式与材料的关系屋架形式与材料的关系一、木屋架一、木屋架 木屋架的典型形式为豪式屋架，其特点有：（木屋架的典型形式为豪式屋架，其特点有：（1 1）节间大小）节间大小均匀，杆件内力变化较为均匀；（均匀，杆件内力变化较为均匀；（2 2）腹杆长度与杆件内力）腹杆长度与杆件内力变化相一致，两者较为协调；（变化相一
8、致，两者较为协调；（3 3）节点处杆件不多，易于）节点处杆件不多，易于木屋架所用的齿联结木屋架所用的齿联结 豪式木屋架的适用跨度为豪式木屋架的适用跨度为9 921m21m，最经济跨度为，最经济跨度为9 915m15m，节间长度为节间长度为 屋架跨度超过屋架跨度超过15m15m时，常采用竖杆为钢杆、其它杆件为木杆时，常采用竖杆为钢杆、其它杆件为木杆的钢的钢-木组合豪式屋架木组合豪式屋架二、钢屋架二、钢屋架 常用形式为三角形屋架、梯形屋架和平行弦屋架等常用形式为三角形屋架、梯形屋架和平行弦屋架等 轻型钢屋架的常用形式为芬克式屋架和三铰拱式屋架轻型钢屋架的常用形式为芬克式屋架和三铰拱式屋架 芬克式屋
9、架的特点：（芬克式屋架的特点：（1 1）上弦受压杆较短，与钢结构受压）上弦受压杆较短，与钢结构受压存在稳定问题相适应；（存在稳定问题相适应；（2 2）下弦中段受拉杆较长，与钢结）下弦中段受拉杆较长，与钢结构受拉不存在稳定问题相适应构受拉不存在稳定问题相适应 钢屋架适用于大跨度情况，轻型钢屋架适用于小跨度情况钢屋架适用于大跨度情况，轻型钢屋架适用于小跨度情况三、钢筋混凝土屋架三、钢筋混凝土屋架 钢筋混凝土屋架无固定形式，为节点构造简单起见，每个钢筋混凝土屋架无固定形式，为节点构造简单起见，每个节点处杆件数不多于节点处杆件数不多于5 5根，且杆件夹角不小于根，且杆件夹角不小于3030o o 屋架跨
10、度一般以屋架跨度一般以3m3m为模数为模数 弦杆通常设计为等截面，以方便设计和施工；故确定屋架的弦杆通常设计为等截面，以方便设计和施工；故确定屋架的形式时，应尽量使弦杆内力分布基本相同形式时，应尽量使弦杆内力分布基本相同 屋架上弦的坡度应与屋面材料及其防水构造相适应，瓦类屋屋架上弦的坡度应与屋面材料及其防水构造相适应，瓦类屋面坡度应大些，大型屋面板并做卷材防水时可平缓些面坡度应大些，大型屋面板并做卷材防水时可平缓些 屋架的高度应根据刚度条件满足一定的高跨比，即确定最小屋架的高度应根据刚度条件满足一定的高跨比，即确定最小高度；最大高度则取决于运输界限；经济高度应根据杆件高度；最大高度则取决于运输
11、界限；经济高度应根据杆件总自重最小来确定总自重最小来确定第四节第四节 屋架基本尺寸及其适用范围屋架基本尺寸及其适用范围一、三角形屋架一、三角形屋架 三角形屋架形成坡屋顶，造型美观，适用于较小跨度三角形屋架形成坡屋顶，造型美观，适用于较小跨度 上弦坡度较陡，利于屋面排水上弦坡度较陡，利于屋面排水 瓦类屋面的坡度瓦类屋面的坡度i i为为1/21/21/31/3；高跨比；高跨比h h/l l为为1/41/41/61/6二、梯形屋架二、梯形屋架 梯形屋架空间较大，便于管道和人员通过，可用于剧院等梯形屋架空间较大，便于管道和人员通过，可用于剧院等 端部高度为；节间长度上弦为端部高度为；节间长度上弦为3m
12、3m、下弦为、下弦为6m6m；坡度；坡度i i为为1/121/12；高跨比；高跨比h h/l l为为1/61/61/81/8 梯形钢屋架可采用再分式来减少受压上弦的长度梯形钢屋架可采用再分式来减少受压上弦的长度三、拱形（折线形）屋架三、拱形（折线形）屋架 拱形屋架上弦呈抛物线形，为制作方便多采用折线性屋架拱形屋架上弦呈抛物线形，为制作方便多采用折线性屋架 高跨比高跨比f f/l l为为1/61/61/81/8四、平行弦屋架四、平行弦屋架 平行弦屋架腹杆规格统一，制作方便平行弦屋架腹杆规格统一，制作方便 杆件内力分布不均匀，但杆件截面仍应力求统一；故不宜杆件内力分布不均匀，但杆件截面仍应力求统一
13、；故不宜用于杆件内力相差悬殊的情况用于杆件内力相差悬殊的情况 上弦水平，可用于厂房中的吊车梁和托架梁上弦水平，可用于厂房中的吊车梁和托架梁五、无斜腹杆屋架五、无斜腹杆屋架 无斜腹杆屋架结构造型简单，便于制作无斜腹杆屋架结构造型简单，便于制作 屋面板可支承在下弦杆上，构成下沉式或横向天窗，故可屋面板可支承在下弦杆上，构成下沉式或横向天窗，故可省去天窗架并降低厂房高度，综合经济效益较好省去天窗架并降低厂房高度，综合经济效益较好六、钢筋混凝土六、钢筋混凝土-钢组合屋架钢组合屋架 受压上弦和腹杆采用钢筋混凝土杆件，受拉下弦和腹杆采受压上弦和腹杆采用钢筋混凝土杆件，受拉下弦和腹杆采用钢拉杆，可以充分利用
14、材料的优势，故自重轻、省材料用钢拉杆，可以充分利用材料的优势，故自重轻、省材料 常用形式包括：折线形屋架，下撑式五角形屋架，三铰、常用形式包括：折线形屋架，下撑式五角形屋架，三铰、两铰屋架两铰屋架七、板状屋架七、板状屋架 上弦采用钢筋混凝土屋面板，上弦采用钢筋混凝土屋面板，下弦和腹杆采用钢材下弦和腹杆采用钢材 屋架与屋面板合而为一，传力屋架与屋面板合而为一，传力简捷，省材料、自重轻，经济简捷，省材料、自重轻，经济指标较好指标较好 制造复杂，构造不便制造复杂，构造不便 屋架的选型必须综合考虑建筑物的使用要求、建筑造型、屋屋架的选型必须综合考虑建筑物的使用要求、建筑造型、屋面防水构造、跨度和荷载大
15、小、材料供应、施工技术条件面防水构造、跨度和荷载大小、材料供应、施工技术条件等因素，并进行全面的技术经济分析，做到受力合理、技等因素，并进行全面的技术经济分析，做到受力合理、技术先进、经济适用、外形美观和制造简便术先进、经济适用、外形美观和制造简便 建筑跨度在建筑跨度在36m36m以上时宜选用钢屋架以上时宜选用钢屋架 有振动、腐蚀或高温车间，宜选用预应力钢筋混凝土屋架有振动、腐蚀或高温车间，宜选用预应力钢筋混凝土屋架 相对湿度大于相对湿度大于7575、通风不良或有腐蚀性介质的建筑不宜选、通风不良或有腐蚀性介质的建筑不宜选用木屋架和钢屋架用木屋架和钢屋架第五节第五节 屋架结构的选型屋架结构的选型
16、 排架结构一般由预制的钢筋混凝土屋架、吊车梁、柱、基础排架结构一般由预制的钢筋混凝土屋架、吊车梁、柱、基础等组成，多用于单层工业厂房等组成，多用于单层工业厂房 工业厂房与民用房屋相比，基建投资多，占地面积大，常受工业厂房与民用房屋相比，基建投资多，占地面积大，常受生产工艺条件的制约生产工艺条件的制约 排架结构传力明确，构造简单，有利于实现设计标准化、构排架结构传力明确，构造简单，有利于实现设计标准化、构件生产工业化以及施工机械化，提高建筑工业化水平件生产工业化以及施工机械化，提高建筑工业化水平第六节第六节 排架结构简介排架结构简介一、排架结构的类型一、排架结构的类型 柱头与屋架铰接，柱脚与基础
17、刚接柱头与屋架铰接，柱脚与基础刚接 根据生产工艺与使用要求，排架可做成单跨和多跨，亦可根据生产工艺与使用要求，排架可做成单跨和多跨，亦可做成等高、不等高和锯齿形等做成等高、不等高和锯齿形等 跨度可达跨度可达30m30m，高度可达，高度可达30m30m以上，吊车吨位可达以上，吊车吨位可达150t150t以上以上二、排架结构的组成二、排架结构的组成 单层厂房排架结构通常由屋面板、屋架、吊车梁、排架柱、单层厂房排架结构通常由屋面板、屋架、吊车梁、排架柱、抗风柱、基础梁、基础等构件组成抗风柱、基础梁、基础等构件组成 上述构件分别组成屋盖结构、横向平面排架、纵向连系体上述构件分别组成屋盖结构、横向平面排
18、架、纵向连系体系、围护结构等系、围护结构等（1 1）屋架结构：分为有檩体系与无檩体系，有檩体系由小）屋架结构：分为有檩体系与无檩体系，有檩体系由小型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑组成，无檩体系由大型型屋面板、檩条、屋架及屋盖支撑组成，无檩体系由大型屋面板、屋架及屋盖支撑组成，前者用于小型厂房，后者屋面板、屋架及屋盖支撑组成，前者用于小型厂房，后者用于大、中型厂房用于大、中型厂房（2 2）横向平面排架：由屋架、横向柱列及基础等组成，是）横向平面排架：由屋架、横向柱列及基础等组成，是厂房基本承重结构厂房基本承重结构（3 3）纵向连系体系：由纵向柱列、连系梁、吊车梁、柱间）纵向连系体系：由纵向柱列、连
19、系梁、吊车梁、柱间支撑及基础等组成，主要传递纵向水平力支撑及基础等组成，主要传递纵向水平力（4 4）围护结构：由纵墙、横墙（山墙）、抗风柱及基础梁）围护结构：由纵墙、横墙（山墙）、抗风柱及基础梁等组成，主要承受墙体自重和其上的风荷载等组成，主要承受墙体自重和其上的风荷载第八章第八章 拱结构拱结构 拱的受力特点与适用范围拱的受力特点与适用范围 拱的类型拱的类型 拱轴的形式与合理轴线拱轴的形式与合理轴线 拱水平推力的平衡拱水平推力的平衡 拱的截面形式与主要尺寸拱的截面形式与主要尺寸 拱的结构选型与布置拱的结构选型与布置 拱在竖向荷载下，两端支承处产生竖向反力和水平推力，使拱在竖向荷载下，两端支承处
20、产生竖向反力和水平推力，使拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩拱内产生轴向压力，并大大减小了跨中弯矩 拱结构的材料利用率高，可充分利用抗压强度较高而抗拉强拱结构的材料利用率高，可充分利用抗压强度较高而抗拉强度差的圬工材料（石材、砖、混凝土）来建造拱桥，现在度差的圬工材料（石材、砖、混凝土）来建造拱桥，现在多采用钢筋混凝土、钢材、钢管混凝土等来建造拱结构桥多采用钢筋混凝土、钢材、钢管混凝土等来建造拱结构桥梁和民用建筑梁和民用建筑 拱的形式多种多样，有利于丰富建筑外形，不仅适用于大跨拱的形式多种多样，有利于丰富建筑外形，不仅适用于大跨度结构（桥梁），也适用于中小跨度的房屋建筑（展览馆、度结构（桥
21、梁），也适用于中小跨度的房屋建筑（展览馆、体育馆、商场等公共建筑物和商业建筑物）体育馆、商场等公共建筑物和商业建筑物）第一节第一节 拱的受力特点与适用范围拱的受力特点与适用范围 按建造材料，可分为砖石砌体拱结构、钢筋混凝土拱结构、按建造材料，可分为砖石砌体拱结构、钢筋混凝土拱结构、钢管混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构等钢管混凝土拱结构、钢拱结构、胶合木拱结构等 按结构组成，可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱按结构组成，可分为无铰拱、两铰拱和三铰拱 按有无水平推力，可分为无系杆拱和有系杆拱按有无水平推力，可分为无系杆拱和有系杆拱 按拱轴形式，可分为半圆拱和抛物线拱等按拱轴形式，可分为半圆拱和抛物线
22、拱等 按拱身截面，可分为实腹式和格构式、等截面和变截面等按拱身截面，可分为实腹式和格构式、等截面和变截面等 按支承方式，可分为上承式、下承式和中承式按支承方式，可分为上承式、下承式和中承式第二节第二节 拱的类型拱的类型 确定拱轴的形式主要考虑拱的合理轴线以及拱的矢高确定拱轴的形式主要考虑拱的合理轴线以及拱的矢高 在一定荷载作用下，使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为在一定荷载作用下，使拱处于无弯矩状态的拱轴曲线，称为拱的合理轴线，其形式与支承条件和荷载形式有关拱的合理轴线，其形式与支承条件和荷载形式有关 三铰拱在均布竖向荷载作用下，合理拱轴为一抛物线；在垂三铰拱在均布竖向荷载作用下，合理拱轴为一
23、抛物线；在垂直拱轴均布压力下，合理拱轴为一圆弧线直拱轴均布压力下，合理拱轴为一圆弧线 拱的矢高对拱的外形影响很大，直接影响建筑造型和构造处拱的矢高对拱的外形影响很大，直接影响建筑造型和构造处理，还影响拱身轴力和拱脚推力的大小（水平推力与矢高理，还影响拱身轴力和拱脚推力的大小（水平推力与矢高成反比）成反比）第三节第三节 拱轴的形式与合理轴线拱轴的形式与合理轴线 拱的矢高的合理选择：拱的矢高的合理选择：（1 1）满足建筑造型和建筑使用功能的要求）满足建筑造型和建筑使用功能的要求矢高决定了矢高决定了建筑内部空间的大小和建筑外形建筑内部空间的大小和建筑外形（2 2）尽量使结构受力合理）尽量使结构受力合
24、理矢高小，则水平推力大，拱矢高小，则水平推力大，拱身轴力大；矢高大，则相反，可降低基础造价，但拱身长身轴力大；矢高大，则相反，可降低基础造价，但拱身长度增大、上部结构用料增加、风力影响大度增大、上部结构用料增加、风力影响大 （3 3）满足屋面排水构造的要求）满足屋面排水构造的要求对于瓦屋面，要求屋面对于瓦屋面，要求屋面坡度较大，则矢高较大坡度较大，则矢高较大 拱的矢高一般取为拱的矢高一般取为(1/8(1/81/2)1/2)跨度，经济范围为跨度，经济范围为(1/7(1/71/5)1/5)跨度；系杆拱的矢高较小；落地拱的矢高较大跨度；系杆拱的矢高较小；落地拱的矢高较大 拱为有推力的结构，拱脚（支座
25、）应能可靠地承受水平推力，拱为有推力的结构，拱脚（支座）应能可靠地承受水平推力，从而保证拱结构发挥作用从而保证拱结构发挥作用 对于无铰拱、两铰拱等超静定结构，在水平推力下拱脚的变对于无铰拱、两铰拱等超静定结构，在水平推力下拱脚的变位会引起结构较大的附加内力（弯矩），应严格限制位会引起结构较大的附加内力（弯矩），应严格限制 实际工程中采用以下方式来平衡拱脚的水平推力：落地拱、实际工程中采用以下方式来平衡拱脚的水平推力：落地拱、竖向结构承担、系杆拱和刚性水平结构传递给总拉杆等竖向结构承担、系杆拱和刚性水平结构传递给总拉杆等第四节第四节 拱水平推力的平衡拱水平推力的平衡一、落地拱一、落地拱 利用地基
26、基础直接承受水平推利用地基基础直接承受水平推力力 拱脚落地与基础刚接，基础尺寸很大、用料多、造价较高拱脚落地与基础刚接，基础尺寸很大、用料多、造价较高 为更有效地抵抗水平推力，基础底部常做成斜面形状为更有效地抵抗水平推力，基础底部常做成斜面形状 适用于水平推力不太大或地质条件较好时适用于水平推力不太大或地质条件较好时二、水平推力由竖向结构承担二、水平推力由竖向结构承担 亦用于无系杆拱，水平推力由支承拱脚的竖向结构承担亦用于无系杆拱，水平推力由支承拱脚的竖向结构承担 要求竖向结构及其基础有足够大的刚度来抵抗拱的反力要求竖向结构及其基础有足够大的刚度来抵抗拱的反力 扶壁墙墩适用于小跨度、推力小时，
27、如哥特式建筑扶壁墙墩适用于小跨度、推力小时，如哥特式建筑 斜柱墩适用于较大跨度、推力大时，可做到传力合理、经斜柱墩适用于较大跨度、推力大时，可做到传力合理、经济美观，如西安秦始皇兵马俑展览厅济美观，如西安秦始皇兵马俑展览厅 拱跨较大、两侧有边跨附属用房时，可由边跨结构来提供拱跨较大、两侧有边跨附属用房时，可由边跨结构来提供拱脚反力，边跨结构可为单层或多层、单跨或多跨的墙体拱脚反力，边跨结构可为单层或多层、单跨或多跨的墙体或框架结构，如北京崇文门菜市场或框架结构，如北京崇文门菜市场 三、系杆拱三、系杆拱 水平推力由系杆直接承担水平推力由系杆直接承担 两端拱脚之间用钢杆连系起来，利用钢杆受拉来抵抗
28、拱的两端拱脚之间用钢杆连系起来，利用钢杆受拉来抵抗拱的水平推力，水平拉杆所承受的拉力等于拱的水平推力，故水平推力，水平拉杆所承受的拉力等于拱的水平推力，故传力路线简短、构造合理、安全可靠传力路线简短、构造合理、安全可靠 可用于搁置在墙、柱上的屋盖结构，也可用于落地拱结构可用于搁置在墙、柱上的屋盖结构，也可用于落地拱结构 作为屋盖结构时，竖向承重构件不承担水平推力，相当于作为屋盖结构时，竖向承重构件不承担水平推力，相当于排架结构，屋架及柱子用料经济，但室内可见水平系杆、排架结构，屋架及柱子用料经济，但室内可见水平系杆、影响净高，应用受到限制影响净高，应用受到限制 为了避免系杆太长而在自重作用下下
29、垂太大，可设置吊杆为了避免系杆太长而在自重作用下下垂太大，可设置吊杆来减少拉杆的自由长度来减少拉杆的自由长度 四、水平推力由刚性水平结构传递给总拉杆四、水平推力由刚性水平结构传递给总拉杆 仅在结构两端山墙处设置拉杆，水平推力由拱脚标高处的仅在结构两端山墙处设置拉杆，水平推力由拱脚标高处的刚性水平构件（可为圈梁、天沟板、副跨现浇钢筋混凝土刚性水平构件（可为圈梁、天沟板、副跨现浇钢筋混凝土屋盖等）传递给总拉杆屋盖等）传递给总拉杆 若刚性水平构件在其平面内刚度足够大，则可认为竖向承若刚性水平构件在其平面内刚度足够大，则可认为竖向承重结构顶部不承担水平推力重结构顶部不承担水平推力 优点：室内无系杆，建
30、筑空间利用率高优点：室内无系杆，建筑空间利用率高 拱身可做成实腹式和格构式两种型式，一般采用等截面拱身可做成实腹式和格构式两种型式，一般采用等截面 钢筋混凝土拱一般采用实腹式，拱身的截面高度可按拱跨的钢筋混凝土拱一般采用实腹式，拱身的截面高度可按拱跨的1/301/301/401/40估算，截面宽度为估算，截面宽度为252540cm 40cm 钢结构拱多采用格构式，拱身的截面高度，格构式按拱跨的钢结构拱多采用格构式，拱身的截面高度，格构式按拱跨的1/301/301/601/60，实腹式按拱跨的，实腹式按拱跨的1/501/501/80 1/80 当拱身内力（轴压力、弯矩）沿轴向改变较大时，可采用变
31、当拱身内力（轴压力、弯矩）沿轴向改变较大时，可采用变截面形式，即改变拱身截面高度而保持宽度不变截面形式，即改变拱身截面高度而保持宽度不变第五节第五节 拱的截面形式与主要尺寸拱的截面形式与主要尺寸 拱的截面除了常用的矩形截面外，还可采用形截面、双曲拱的截面除了常用的矩形截面外，还可采用形截面、双曲拱、波形拱、折板拱等拱、波形拱、折板拱等 更大跨度的拱可采用钢管、钢管混凝土截面，也可用型钢、更大跨度的拱可采用钢管、钢管混凝土截面，也可用型钢、钢管或钢管混凝土组成组合截面钢管或钢管混凝土组成组合截面 组合截面拱自重轻，截面回转半径大，其稳定性和抗弯能力组合截面拱自重轻，截面回转半径大，其稳定性和抗弯
32、能力大大提高，可以跨越很大的跨度，跨高比也可做得更大大大提高，可以跨越很大的跨度，跨高比也可做得更大 拱结构的选型需要考虑结构的支承形式、拱轴形式、拱的矢拱结构的选型需要考虑结构的支承形式、拱轴形式、拱的矢高、拱身形式、拱的结构布置与支撑体系设置高、拱身形式、拱的结构布置与支撑体系设置 静定三铰拱不会产生附加内力，但构造复杂，适用于地基特静定三铰拱不会产生附加内力，但构造复杂，适用于地基特别软弱时，一般工程不大使用别软弱时，一般工程不大使用 两铰拱和无铰拱属于超静定结构，要考虑基础不均匀沉降和两铰拱和无铰拱属于超静定结构，要考虑基础不均匀沉降和温度变化引起的附加内力的影响温度变化引起的附加内力
33、的影响 两铰拱受力合理，用料经济，制作和安装简便，最常用两铰拱受力合理，用料经济，制作和安装简便，最常用 无铰拱受力最为合理，但对支座要求高，适用于地基条件好无铰拱受力最为合理，但对支座要求高，适用于地基条件好或支承可靠时，一般用于桥梁结构，很少用于房屋建筑或支承可靠时，一般用于桥梁结构，很少用于房屋建筑第六节第六节 拱的结构选型与布置拱的结构选型与布置 拱结构根据建筑平面形式的不同，可以有以下布置方案：拱结构根据建筑平面形式的不同，可以有以下布置方案：并列布置：建筑平面为矩形，可用等间距、等跨度、并列布并列布置：建筑平面为矩形，可用等间距、等跨度、并列布置的平面拱结构，纵向需加支撑置的平面拱
34、结构，纵向需加支撑 径向布置：建筑平面为非矩形，常采用径向布置的空间拱结径向布置：建筑平面为非矩形，常采用径向布置的空间拱结构，其空间刚度和稳定性都较好构，其空间刚度和稳定性都较好 环向布置：建筑平面为圆形，采用环向布置的空间拱结构最环向布置：建筑平面为圆形，采用环向布置的空间拱结构最合理，各拱沿周围排列、拱脚相抵、推力互消合理，各拱沿周围排列、拱脚相抵、推力互消 井式布置：仿效井字梁布置，多向承受荷载、共同传力井式布置：仿效井字梁布置，多向承受荷载、共同传力 多叉布置：适用于任意建筑平面形状，围绕一个中心铰或环、多叉布置：适用于任意建筑平面形状，围绕一个中心铰或环、径向布置辐射状的拱肋，呈多
35、叉状的肋形拱，拱脚与拱顶径向布置辐射状的拱肋，呈多叉状的肋形拱，拱脚与拱顶多为铰接，多叉拱肋的顶端汇聚于中心，各叉拱脚形成的多为铰接，多叉拱肋的顶端汇聚于中心，各叉拱脚形成的平面宜为正多边形或圆形平面宜为正多边形或圆形第九章第九章 薄壳结构薄壳结构 与平面结构体系不同，空间结构体系为空间受力，可以更与平面结构体系不同，空间结构体系为空间受力，可以更好地解决大跨度屋盖的问题好地解决大跨度屋盖的问题 薄壳结构采用钢筋混凝土，其壳体内主要承受以压力为主薄壳结构采用钢筋混凝土，其壳体内主要承受以压力为主的薄膜应力，且薄膜应力沿壳体厚度方向均匀分布，故材的薄膜应力，且薄膜应力沿壳体厚度方向均匀分布，故材
36、料强度能得到充分发挥；此外，壳体为曲面，处于空间受料强度能得到充分发挥；此外，壳体为曲面，处于空间受力状态，各向刚度均较大，故其厚度往往很小力状态，各向刚度均较大，故其厚度往往很小 6m6m 6m6m的钢筋混凝土双向板，最小厚度需的钢筋混凝土双向板，最小厚度需130mm130mm；35m35m 35m35m的双向扁壳屋盖，壳板厚度仅需的双向扁壳屋盖，壳板厚度仅需80mm80mm 薄壳必须具备的两个条件：曲面的；刚性的薄壳必须具备的两个条件：曲面的；刚性的 薄壳的结构组成：曲面的壳板；周边的边缘构件薄壳的结构组成：曲面的壳板；周边的边缘构件 优点：强度高，刚度大，用料省，自重轻，覆盖大面积；优点
37、：强度高，刚度大，用料省，自重轻，覆盖大面积；曲面多样活，造型多变，曲线优美，表现力强曲面多样活，造型多变，曲线优美，表现力强 适用于：展览厅，食堂，剧院，天文馆，厂房，飞机库等适用于：展览厅，食堂，剧院，天文馆，厂房，飞机库等 缺点：体型多为曲线、复杂多变，费工费模板，施工难度缺点：体型多为曲线、复杂多变，费工费模板，施工难度大；壳壁薄，保温隔热性能差，耐久性较差；某些壳体易大；壳壁薄，保温隔热性能差，耐久性较差；某些壳体易产生回音产生回音 不适用：对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等不适用：对音响效果要求高的大会堂、体育馆、影剧院等薄壳的结构效能薄壳的结构效能 薄壳结构是一种薄得不至
38、于产生明显弯曲应力，但厚度可薄壳结构是一种薄得不至于产生明显弯曲应力，但厚度可以承受轴力和剪力的形抵抗结构以承受轴力和剪力的形抵抗结构 形抵抗结构即将材料造成一定的形状从而获得一定强度和形抵抗结构即将材料造成一定的形状从而获得一定强度和刚度的结构（薄纸卷起即可抗弯），获得此种能力靠的不刚度的结构（薄纸卷起即可抗弯），获得此种能力靠的不是用料的增加、而是适当的形式是用料的增加、而是适当的形式 薄壳结构赖以获得这种能力的薄壳结构赖以获得这种能力的“形形”就是其曲面特征就是其曲面特征 薄壳的结构效能就归功于曲面的曲率及其几何特征薄壳的结构效能就归功于曲面的曲率及其几何特征薄壳的型式以及薄壳的型式以及
39、典型曲面形式典型曲面形式 薄壳的型式有：球面壳，圆柱壳，双曲面壳，折结构，幕薄壳的型式有：球面壳，圆柱壳，双曲面壳，折结构，幕结构，等等结构，等等 薄壳的各种型式都是由若干曲面进行切割、组合而创造出薄壳的各种型式都是由若干曲面进行切割、组合而创造出来的，几种基本的曲面形式包括：来的，几种基本的曲面形式包括：1 1、旋转曲面、旋转曲面、旋转曲面、旋转曲面 由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成由一平面曲线作母线绕其平面内的轴旋转而成 该平面曲线可有不同形状，可用于得到球形曲面、旋转抛该平面曲线可有不同形状，可用于得到球形曲面、旋转抛物线曲面、椭圆曲面和双曲面等物线曲面、椭圆曲面和双曲面等2 2
40、、平移曲面、平移曲面、平移曲面、平移曲面 由一竖向曲线作母线沿作导线的另一竖向曲线平移而成由一竖向曲线作母线沿作导线的另一竖向曲线平移而成 椭圆抛物面：竖向抛物线沿凸向相同的抛物线平移而成椭圆抛物面：竖向抛物线沿凸向相同的抛物线平移而成 双曲抛物面：竖向抛物线沿凸向相反的抛物线平移而成双曲抛物面：竖向抛物线沿凸向相反的抛物线平移而成4 4、复杂曲面、复杂曲面、复杂曲面、复杂曲面 由上述基本曲面任意切取一部分或将曲线进行不同组合，由上述基本曲面任意切取一部分或将曲线进行不同组合，可得到各种各样的复杂曲面可得到各种各样的复杂曲面 曲面形式过于复杂，施工难度很大，很少采用曲面形式过于复杂，施工难度很
41、大，很少采用3 3、直纹曲面、直纹曲面、直纹曲面、直纹曲面 由一直线的两端沿二固定曲线移动而成，施工方便应用多由一直线的两端沿二固定曲线移动而成，施工方便应用多 鞍壳、扭壳：前者亦可形成双曲抛物面；后者为一直线沿鞍壳、扭壳：前者亦可形成双曲抛物面；后者为一直线沿两根互相倾斜且不相交的直线移动而成两根互相倾斜且不相交的直线移动而成 柱面、柱状面：前者为一直线沿一竖向曲线移动而成；后柱面、柱状面：前者为一直线沿一竖向曲线移动而成；后者为一直线沿两根曲率不同的竖向曲线、并始终平行于一者为一直线沿两根曲率不同的竖向曲线、并始终平行于一导平面移动而成导平面移动而成 锥面、锥状面：前者为一直线沿一竖向曲线
42、移动、且始终锥面、锥状面：前者为一直线沿一竖向曲线移动、且始终通过一固定点而成；后者为一直线一端沿一直线、另一端通过一固定点而成；后者为一直线一端沿一直线、另一端沿一曲线、并始终平行于一导平面移动而成沿一曲线、并始终平行于一导平面移动而成 第十章第十章 网架结构网架结构 网架的受力特点与适用范围网架的受力特点与适用范围 平板网架的结构形式及其选型平板网架的结构形式及其选型 平板网架的主要尺寸平板网架的主要尺寸 网架的杆件和节点网架的杆件和节点 网架的支承方式网架的支承方式 网架的屋面做法网架的屋面做法 网架是由平面桁架发展而来，是由复杂的杆件系统组成超静网架是由平面桁架发展而来，是由复杂的杆件
43、系统组成超静定次数极高的空间结构定次数极高的空间结构 在节点荷载作用下，网架的杆件主要承受轴力，能够充分发在节点荷载作用下，网架的杆件主要承受轴力，能够充分发挥材料的强度，自重轻，较为节省材料挥材料的强度，自重轻，较为节省材料 网架结构各杆件互相起支撑作用，故其整体性强、稳定性好、网架结构各杆件互相起支撑作用，故其整体性强、稳定性好、空间刚度大、抗震性能好，支承跨度更大，用料更省空间刚度大、抗震性能好，支承跨度更大，用料更省 网架的结构高度较小，可有效利用建筑空间，且能利用较小网架的结构高度较小，可有效利用建筑空间，且能利用较小规格的杆件建造大跨度结构，还具有杆件类型统一、便于规格的杆件建造大
44、跨度结构，还具有杆件类型统一、便于工业化生产、可地面拼装再整体吊装等优点工业化生产、可地面拼装再整体吊装等优点第一节第一节 网架的受力特点与适用范围网架的受力特点与适用范围 网架结构可分为网架结构可分为平板网架平板网架平板网架平板网架和和曲面网架曲面网架曲面网架曲面网架 平板网架均为双层网架，双层网架有上、下弦之分平板网架均为双层网架，双层网架有上、下弦之分 曲面网架可为单层、双层、单曲、双曲等形式曲面网架可为单层、双层、单曲、双曲等形式 网架杆件多为钢管或角钢制作，节点多为空心球节点或钢网架杆件多为钢管或角钢制作，节点多为空心球节点或钢板焊接节点板焊接节点 平板网架与网壳相比，是一种无水平推
45、力的空间结构，支平板网架与网壳相比，是一种无水平推力的空间结构，支座构造较为简单，便于下部支承结构的处理座构造较为简单，便于下部支承结构的处理 网架结构的适用性很强，应用很广泛，造型灵活而恢宏网架结构的适用性很强，应用很广泛，造型灵活而恢宏第二节第二节 平板网架的结构形式及其选型平板网架的结构形式及其选型 平板网架从结构形式方面可以分为以下两大类：平板网架从结构形式方面可以分为以下两大类：交叉桁架体系网架：交叉桁架体系网架：交叉桁架体系网架：交叉桁架体系网架：由不同方向的平行弦桁架相互交叉组成由不同方向的平行弦桁架相互交叉组成 角锥体系网架：角锥体系网架：角锥体系网架：角锥体系网架：由三角锥、
46、四角锥、六角锥等各种锥体单元由三角锥、四角锥、六角锥等各种锥体单元组成，较之交叉桁架体系网架，其刚度更大、受力性能更好组成，较之交叉桁架体系网架，其刚度更大、受力性能更好一、交叉桁架体系网架一、交叉桁架体系网架 是由许多上下弦平行的平面桁架相互交叉联成一体的网状是由许多上下弦平行的平面桁架相互交叉联成一体的网状结构，可由两向或三向相互交叉的桁架组成结构，可由两向或三向相互交叉的桁架组成 两向交叉为两向交叉为9090o o正交或任意角度相交，三向交叉的交角为正交或任意角度相交，三向交叉的交角为6060o o 由两组相互交叉成由两组相互交叉成9090o o（“正交正交”）的平面桁架组成，且两）的平
47、面桁架组成，且两组桁架分别与其相应的建筑平面边线平行（组桁架分别与其相应的建筑平面边线平行（“正放正放”）适用于四点支承的正方形建筑平面，跨度宜为适用于四点支承的正方形建筑平面，跨度宜为303060m60m 网格平面为几何可变，必须加设水平支撑网格平面为几何可变，必须加设水平支撑1 1、两向正交正放网架（井字形网架）、两向正交正放网架（井字形网架）、两向正交正放网架（井字形网架）、两向正交正放网架（井字形网架）由三组互成由三组互成6060o o 的平面桁架相交而成的平面桁架相交而成 刚度更大，内力均匀，但杆件多，适宜采用钢管杆件球节点刚度更大，内力均匀，但杆件多，适宜采用钢管杆件球节点 适用于
48、大跨度建筑（适用于大跨度建筑（60m60m），特别适合于三角形、多边形），特别适合于三角形、多边形和圆形的建筑平面和圆形的建筑平面3 3、三向交叉网架、三向交叉网架、三向交叉网架、三向交叉网架 由两组相互交叉成由两组相互交叉成9090o o（“正交正交”）的平面桁架组成，且两）的平面桁架组成，且两组桁架分别与其相应的建筑平面边线成组桁架分别与其相应的建筑平面边线成4545o o（“斜放斜放”）适用于周边支承的矩形建筑平面，刚度较大、用料较省，适用于周边支承的矩形建筑平面，刚度较大、用料较省，用于大跨度经济效果好用于大跨度经济效果好2 2、两向正交斜放网架、两向正交斜放网架、两向正交斜放网架、两
49、向正交斜放网架二、角锥体系网架二、角锥体系网架 锥体网架因不是桁架交叉组成，故网架的上下层网格之间锥体网架因不是桁架交叉组成，故网架的上下层网格之间设有竖向腹杆，即锥体的棱角斜杆设有竖向腹杆，即锥体的棱角斜杆 可预制成标准锥体单元，方便加工、运输、存放、安装可预制成标准锥体单元，方便加工、运输、存放、安装 三角锥网架：上下弦平面均为三角形网格三角锥网架：上下弦平面均为三角形网格 抽空三角锥网架：基于三角锥网架，抽去部分三角锥单元抽空三角锥网架：基于三角锥网架，抽去部分三角锥单元的腹杆和下弦杆而成，上弦面为三角形网格，下弦面为三的腹杆和下弦杆而成，上弦面为三角形网格，下弦面为三角形和六边形网格或
50、全部为六边形网格角形和六边形网格或全部为六边形网格1 1、三角锥体网架（、三角锥体网架（、三角锥体网架（、三角锥体网架（a a）抽空三角锥网架杆件减少、用料较省、构造较易，但刚度抽空三角锥网架杆件减少、用料较省、构造较易，但刚度稍差，适用于较小跨度的三角形、六边形和圆形建筑平面稍差，适用于较小跨度的三角形、六边形和圆形建筑平面 蜂窝形三角锥网架：上弦面为三角形和六边形，下弦面为蜂窝形三角锥网架：上弦面为三角形和六边形，下弦面为六边形网格，适用于周边支承的中小跨度六边形、矩形和六边形网格，适用于周边支承的中小跨度六边形、矩形和圆形建筑平面圆形建筑平面 三角锥体系网架受力均匀，空间刚度较其他类型的