新型建筑空间网格结构作业答案

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1、作业题（一）第一章大跨度钢筋混凝土空腹网架结构1、试从结构力学基础理论来分析天津西站单层网壳结构屋盖与常州市体育馆椭圆形索承单层穹顶屋盖两者的合理性，每平方米用钢量(㎏/㎡)两者相差四倍以上，原因何在？如何解决？答：主要是由前者结构体系的不合理造成的。天津西站128m×367m，矢高f=37m，由钢板焊接钢箱斜交组成大菱形网格（10.75m×32m）单层超大跨度网壳(4个网格)结构具有以下几方面的特点：1)安全性——由于结构不合理，结构的安全性靠损失经济性来满足。2)不合理性：a)单层柱面网壳L0≤50m，此处L1/L0=2.56倍。b)均布荷载下，最大弯矩Mx1顶部，最小轴向压

2、力Nx1在顶部，其最大轴向压力Nx2和最小弯矩Mx2在根部；c)截面顶部wx2最小，根部wx1最大,wx2/wx1=1/22，s=Mx1/wx1≤[s](加大钢板厚度)；d)单层菱网壳网格稀疏，对角线菱形网格10.75m×32m，整体性、空间性差，Nx2和最小弯矩Mx2在根部；3）经济性：用钢量300kg/㎡左右，投影面积46976㎡，钢骨架耗钢14563T，单价1.6万元/T计算，仅此一项造价2.33亿元。g/p=300kg/500=0.6，属于拙劣设计。“常州市椭球型索承单层网壳”长轴80m×长轴120m，矢高h=37m。特点有：1）采用索承单层网壳大幅度提高单层网壳整体稳定

3、（40m→80m），用承载力高，自重轻钢撑杆和钢索取代下层网壳；应用“张拉整体”新技术、设计与施工均处于领先地位；2）18根钢索沿外围环向建立预应力，外环收紧，使结构产生与竖向荷载作用相反的变形，从而导致结构内力重分布；施加预应力后，结构处于“自平衡体系”状态，竖向荷载作用下网壳杆件内力为成形态和荷载态内力叠加，使之出现“卸载杆”多“增力杆”少的内力重分布，提高了整体刚度。索承单层网壳结构形式，减少耗材，提高了经济性，用钢量67kg/m,g/p=67/267=0.25（优秀设计）。解决措施：采用合理的结构体系，提高其整体性和空间性，可采用一些新技术进行改良等。2、钢筋混凝土空腹网

4、架(正交正放、正交斜放)与常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架(正交正放、正交斜放)在构造和力学特点方面有何不同，试从组成、构造（含配筋）建筑功能材料用量，施工难易程度力学特性各方面论述之；答：如下所示图（1.1a）图（1.1b）分别为钢筋混凝土空腹网架与常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的结构简图。组成：钢筋混凝土空腹网架结构，由钢筋混凝土空腹桁架交叉组成，一般多为两向交叉，但圆形平面和六边形平面也可用三向交叉（60°夹角）。正交正放指空腹桁架两向正交与支座亦正交，正交斜放指空腹桁架两向正交但与支座成45°夹角放置。构造（含配筋）：钢筋混凝土空腹网架由于没有斜腹杆，节点构造比常规

5、钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架简单，后者在节点处的钢筋构造要求复杂些；而且为了保证空腹网架节点的刚性，在节点处均作加腋处理；常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的腹杆承受拉力时还要进行腹杆的配筋，比空腹网架结构配筋复杂。同时，钢筋混凝土空腹网架结构，靠近支座处桁架剪力较大，杆端弯矩亦大，竖杆做成一字型弯变形，或十字型。也可以在第一网格加斜杆，此时的网架即可称“混合型空腹网架”，其腹杆压弯变形，配筋时应计算确定。而常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的斜杆为拉压变形，可以按照构造配筋。建筑功能：钢筋混凝土空腹网架结构较规则，造型美观，同时可以在其中布置各种管道。而常规钢筋混凝土平面交叉

6、梁系网架斜腹杆较多，造型较差，对应的管道布置也较困难。材料用量：空腹网架结构采用钢筋混凝土空腹桁架，由于桁架部分被挖空，自重比后者小。另外，斜腹杆的减少可有效的减小自重，故其钢筋用量较常规平面桁架交叉梁系网架要少。由于常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架节点较钢筋混凝土空腹网架结构要复杂，所以常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架配筋也要复杂。施工难易程度：钢筋混凝土空腹网架没有斜腹杆，节点构造简单，而常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架每个网格都有斜腹杆，施工要复杂很多。力学特性：钢筋混凝土空腹网架结构和常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁体系网架在高度一致时，抗弯能力相当。但对于空腹网架来说，由于无斜腹

7、杆，它的弦杆和竖杆除了承受轴力外，还要承受弯矩和剪力，其变形曲线属“剪切型”，剪切变形主要由杆件的压弯产生的；而常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的剪切变形是由于腹杆的压缩和拉伸产生的轴向变形。两者抗剪能力有较大的差别，相比较而言，前者的抗剪能力优于后者。3、装配整体式格构式竖杆钢筋混凝土空腹网架，它的构造与力学特点，试从工程实例（22.5m×35m）对比分析（与单竖杆空腹网架对比分析）；答：单竖杆空腹网架和装配整体式竖杆钢筋混凝土空腹网架结构有以下几个方面的不同。构造：装配整体