建筑选型-桁架结构 20120925

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第二章桁架结构 理想桁架的三个假设1.组成桁架各杆均为等截面直杆，且两端光滑铰结。2.杆自重忽略不计。所有杆轴线都是直线，在同一平面内且通过铰的重心3.所有荷载(包括支座反力)都作用在结点上，并且都位于桁架的平面内。桁架结构 木材的榫接与铰接特点接近。竹、木、石制器物或构件上利用凹凸方式相接处凸出的部分 钢筋混凝土：刚性连接连接有足够的刚性，构件间无相对转动，连接能承受弯矩 桁架的分类（1）按外形分折弦桁架三角形桁架平行弦桁架 （2）按竖向荷载是否引起水平推力分梁式桁架（无推力）拱式桁架（有推力）桁架的分类 （3）按几何组成方式分联合桁架简单桁架复杂桁架桁架的分类 （4）按腹杆布置方式分桁架的分类单向斜杆式人字式腹杆再分式腹杆交叉式腹杆 上弦杆下弦杆跨度l桁高H端杆腹杆竖杆斜杆节间d桁架结构的组成 桁架结构的受力特点上弦受压、下弦受拉形成力偶平衡弯矩斜腹杆受拉力或压力平衡剪力 桁架结构的内力N2N1M图V图N1=-N2=Mo/hN3N3=Vo/sina与水平方向正向夹角斜腹杆外倾受拉，内倾受压 2.屋架结构的型式按材料：1木屋架常用的是方木或圆木连接的豪式木屋架三角形屋架：特点：【1】内力分布不均，跨度较小，18m以内【2】坡度大，适合屋面材料青瓦等 位于加拿大卑诗省列治文冬奥会椭圆速滑馆是2010年冬奥会最令人瞩目的场馆之一，它的大跨度木结构屋顶是具有里程碑意义的现代工程木结构应用范例，向世界展示了加拿大卑诗省优秀的木产品以及先进的木结构工程技术。该项目在一个全球建筑设计大奖评选中击败北京鸟巢荣膺全球最佳体育馆设计，并获得LEED认证银奖。 整个屋顶使用了14根曲梁，每根曲梁包括4组长度24.7米的胶合木。屋顶的中心区域开了一个直径350毫米的洞用于穿引各种机械设施。在这些曲梁之间，采用了独特的“木浪结构”工艺。这种“木浪”结构使用的木材，是北美普通轻型木结构建筑最常使用的SPF(云杉-冷杉-松)板材。屋顶“木浪”的部分使用了2,400立方米的SPF(云杉-冷杉-松)结构级别板材，以及19,000片户外用级别的花旗松胶合板，这些木材皆产自卑诗省当地的锯木厂。这些66厘米厚的，由2×4(38mm×89mm)规格材组成的之字形半开式屋顶部件不仅仅起结构支撑作用，并且优化了整个速滑馆的声音传播，并且还隐藏了屋宇附属设备。 内部木浪结构 场外景 2.屋架结构的型式按材料：轻型钢屋架轻钢屋架是指单榀重量在1t以内，且用小型角钢或钢筋、管材作为支撑拉杆的钢屋架。常用的轻钢厂房的结构形式：门式刚架结构、网架结构、管桁架结构、框架结构、简易的角钢屋架结构等。2.屋架结构的型式按材料：轻型钢屋架 三铰拱轻钢屋架：两根斜梁和一根拉杆2.屋架结构的型式按材料：轻型钢屋架三角形屋架（豪式、芬克式） 梭型屋架 突出的设计是正门巨大的圆拱“城市之门”。整个建筑物南北进深：大拱东西长474米，轴线间距165.5米，其它部分进深102.5米。站台上除高架建筑外，其他部分均设钢结构站台无柱风雨棚。并配置新建出站地道，装修后净宽度不小于8米，净高度不小于3米。 为了突出整体建筑的体量与气势，形成大海阳路的对景，烘托出彩虹巨拱的城市形象，两侧建筑以客运房屋与地区商业中心相结合，并与未来港口客运站形成统一整体设计，采用站台风雨棚与站房合二为一的建筑形式，形成以“城市之门”彩虹巨拱为中心，两侧翼水平舒展，仿佛在浪花和水平线映衬下，格外醒目。 2.屋架结构的型式按材料：混凝土屋架钢筋混凝土屋架：15-24m预应力混凝土屋架：屋架下弦施加预应力18-36m梯形折线形无斜腹杆拱形 2.屋架结构的型式按材料：钢筋混凝土—钢组合屋架屋架上弦与受压腹杆为钢筋混凝土屋架下弦和受拉腹杆为型钢或钢筋折线形三饺屋架两饺屋架 1.屋架结构的主要尺寸屋架结构的选型与布置坡度卷材屋面（1/12-1/8）桁高H跨度l（1/10-1/5）l瓦类屋面（大于等于1/3）节间d 2.屋架结构的选型屋架结构的选型与布置从结构受力考虑拱形屋架折线形屋架梯形屋架三角形屋架 2.屋架结构的选型屋架结构的选型与布置从屋面防水考虑排水要求高三角形陡坡梯形排水要求一般，卷材防水拱形折线形缓坡梯形 2.屋架结构的选型屋架结构的选型与布置从屋架材料及使用环境湿度大、通风不良预应力钢筋混凝土屋架相对干燥、通风好木屋架钢屋架钢筋混凝土屋架 2.屋架结构的选型屋架结构的选型与布置从屋架结构的跨度18m以内钢筋混凝土-钢屋架18-36m预应力混凝土屋架36m以上钢屋架 3.屋架结构的布置屋架结构的选型与布置一般3m为模数，等跨度，常用型式的常用跨度，有相关图集跨度间距一般6m为模数，等间距平行排列，常用的还有7.5m,9m,12m支座一般同一标高。跨度较小时，可直接搁置在墙、柱或圈梁上。3.屋架结构的布置屋架结构的选型与布置 4.屋架结构的支撑屋架结构的选型与布置 结构型式和特点立体桁架 张弦结构张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系，也是混合结构体系发展中一个成功的创造。特点张弦结构作为一种新型的结构形式，近年来在实际工程中得到越来越广泛的应用。其结构体系由抗弯刚度较大的刚性构件和高强度拉索组成，自重较轻，可以跨越很大空间。张弦结构作为一种半刚性结构，其整体刚度由刚性构件截面尺寸和结构体系的空间几何形体两方面共同组成，整体刚度和几何形态与施工过程密切相关，结构体系成型前刚度较弱，因此需要对张弦结构的施工方案进行合理选择并对施工过程进行严格控制。 1）形态定义张弦结构的受力性能零状态初始态荷载态拉索张拉前，结构放样拉索张拉完毕、结构安装就位外荷载作用在初始态，变形稳定 2）预应力特性张弦结构的受力性能是否需要对张拉拉锁产生预应力？1）改善上弦构件受力，减小弯矩2）防止结构受力是的拉索受压退出工作 3）平面外稳定张弦结构的受力性能采用平面外刚度较大的上弦杆设置屋面水平支撑系统 4）抗风作用张弦结构的受力性能抗风吸收作用抗风震作用缺点 1）上弦刚性受压构件张弦结构的选型上弦构件形式结构跨度撑杆间距跨中弯矩上弦构件截面积上弦局部弯矩上弦抗弯刚度梁采用工形或箱型截面 2）上弦失高和下弦垂度张弦结构的选型结构稳定垂跨比高跨比梁弯矩、轴力、索的应力结构的变形P37图2-5-5 3）撑杆数目张弦结构的选型关系上部结构的跨度撑杆数量上弦内力均匀、弯矩小施工复杂、撑杆材料用量增加 北京北站拱形平面张弦结构 北京农展馆 上海世博会主题馆 主馆 1.刚接桁架结构桁架结构的其他应用形式 1.刚接桁架结构桁架结构的其他应用形式上海大剧院 整个建筑的构思为“天地之间”，被设计师定位为“开放的宫殿”：大剧院透过一座水、土相溶的坚实台基，奠定在中国的土地上，它置身于上海政治、文化中心；向蓝天展开其屋顶，象征中华民族的聚宝盆，承接着来自宇宙、人类的恩泽与智慧，象征着对世界文化艺术的热情追求，也象征着上海有有始以来就与天地相通的博大胸怀。大剧院的外观由透明的水平墙面，有韵律的垂直线条，有乐感的弯曲面屋顶来体现，以水、玻璃、光线，通过透明、流畅的线条，朴实有力的造型，多功能形体和技术空间的组合来突出都市理想，贯彻其设计构思。为了体现艺术外型与内在功能的完美统一，顶部以钢结构减轻自重，用六根透明的柱子撑起它向天空反翘的顶盖，给人以飘浮的动感。下部以混凝土结构组合成不同的板块，中间留有空隙，便于钢结构的插入。大剧院的设计沿用了中国九宫格式的建筑风格，整个建筑将以玻璃和大理石组成，从上至下晶莹透亮，既具有强烈的时代感又具有浓厚的民族风情。每当夜晚华灯初上，晶体的立面和屋顶组合的光幕与喷水池的水光反射交相辉映，把整个建筑物幻变成一个水晶宫殿。 桁架结构的其他应用形式2.主次桁架结构武汉大学工学部体育馆 桁架结构的其他应用形式3.悬挑桁架结构上海世博会演艺中心 桁架结构的其他应用形式4.悬挂桁架结构日本代代木体育馆