建筑結(jié)構(gòu)體系與選型設(shè)計(jì)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 桿布置腹桿布置應(yīng)盡量使受壓桿件短，受拉桿件長(zhǎng)，減少壓桿的長(zhǎng)細(xì)比，充分發(fā)揮桿件截面的強(qiáng)度，使網(wǎng)架受力合理。對(duì)交叉桁架體系網(wǎng)架，腹桿傾角一般在400～500之間。對(duì)角錐網(wǎng)架，斜腹桿的傾角宜采用600，這樣可以使桿件標(biāo)準(zhǔn)化。對(duì)于大跨度網(wǎng)架，因網(wǎng)格尺寸較大，為了減小上弦長(zhǎng)度，宜采用再分式腹桿。這樣可以避免上弦的局部彎曲，并減少其長(zhǎng)細(xì)比，使受力更為合理。4．網(wǎng)架的起拱跨度較大者宜起拱≤l/40。雙向正放桁架宜雙坡起拱，雙向斜放桁架及三向桁架宜四坡起拱。起拱后屋面坡度不宜超過(guò)5％，需要較大排水坡度者，應(yīng)在網(wǎng)架上弦節(jié)點(diǎn)上按坡度要求架設(shè)屋面支托(即短豎桿）。起拱后的網(wǎng)架，桿件長(zhǎng)度復(fù)雜化了，只有保持上、下弦平行才能求得較好的效果。六、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的工程實(shí)例1．上海體育館 （教材圖1．6３ Ｐ41）上海體育館比賽館是一個(gè)圓形的建筑，直徑為110m，能容納18000多人；，整個(gè)屋蓋的直徑為125m。屋蓋采用平板型三向網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)格尺寸取直徑的1/18。上弦設(shè)置了再分式腹桿，以減少上弦壓桿的計(jì)算長(zhǎng)度，節(jié)省上弦的用鋼量，并且由于上弦的桿斷面減小，使得節(jié)點(diǎn)鋼球的直徑也可以減少，因此也減少了節(jié)點(diǎn)的用鋼量。網(wǎng)架的桿件采用直徑為48～159mm、壁厚為4～12mm的鋼管，焊接空心球節(jié)點(diǎn)，鋼球直徑為400mm，壁厚為14mm。網(wǎng)架與柱子之間采用雙面弧形壓力支座,在滿足支座轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，能使網(wǎng)架有適量的自由伸縮，以適應(yīng)溫差引起的變形要求。2．廣州自云機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù) （教材圖1．64 Ｐ42）廣州白云機(jī)場(chǎng)機(jī)庫(kù)是為檢修波音747飛機(jī)而建造的。根據(jù)波音747飛機(jī)機(jī)身長(zhǎng)、機(jī)翼寬的特點(diǎn)，機(jī)庫(kù)平面形狀設(shè)計(jì)成“凸”字形。根據(jù)飛機(jī)機(jī)尾高、機(jī)身矮的特點(diǎn)，機(jī)庫(kù)沿高度方向設(shè)計(jì)成高低跨，機(jī)尾高跨部分下弦標(biāo)高為26m，因此，機(jī)庫(kù)屋蓋選用了高低整體式折線形網(wǎng)架。 第七節(jié) 薄壁空間結(jié)構(gòu)（a）平板結(jié)構(gòu) 　　　 （b）曲面結(jié)構(gòu)（殼）圖1．65 面結(jié)構(gòu)一、薄殼結(jié)構(gòu)的概念殼體結(jié)構(gòu)一般是由上下兩個(gè)幾何曲面構(gòu)成的空間薄壁結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)曲面之間的距離稱為殼體的厚度t。當(dāng)厚度t遠(yuǎn)小于殼體的最小曲率半徑時(shí)，稱為薄殼。一般在建筑工程中所遇到的殼體，常屬于薄殼結(jié)構(gòu)的范疇。在面結(jié)構(gòu)中，平板結(jié)構(gòu)主要受彎曲內(nèi)力，包括雙向彎矩和扭矩，如圖1．65a。薄壁空間結(jié)構(gòu)如圖1．65b所示的殼體，它的厚度t遠(yuǎn)小于殼體的其它尺寸（如跨度），屬于空間受力狀態(tài)，主要承受曲面內(nèi)的軸力（雙向法向力）和順剪力作用，彎矩和扭矩都很小。● 薄壁空間結(jié)構(gòu)，由于它主要承受曲面內(nèi)的軸力作用，所以材料強(qiáng)度得到充分利用；同時(shí)由于它的空間工作，所以具有很高的強(qiáng)度及很大的剛度。薄殼空間結(jié)構(gòu)內(nèi)力比較均勻，是一種強(qiáng)度高、剛度大、材料省、既經(jīng)濟(jì)又合理的結(jié)構(gòu)型式。● 薄壁空間結(jié)構(gòu)常用于中、大跨度結(jié)構(gòu)，如展覽大廳，飛機(jī)庫(kù)、工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等。在一般的民用建筑中也常采用薄殼結(jié)構(gòu)。● 薄壁空間結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題，由于它體形復(fù)雜，一般采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，所以費(fèi)模板、費(fèi)工時(shí)，往往因此而影響它的推廣。同時(shí)在設(shè)計(jì)方面，薄壁空間結(jié)構(gòu)的計(jì)算過(guò)于復(fù)雜。二、薄殼空間結(jié)構(gòu)的曲面形式薄殼結(jié)構(gòu)中曲面的形式，按其形成的幾何特點(diǎn)可以分成以下三類：1．旋轉(zhuǎn)曲面 （教材圖1．66 Ｐ43）由一平面曲線（或直線）作母線繞其平面內(nèi)的一根軸線旋轉(zhuǎn)而成的曲面，稱為旋轉(zhuǎn)曲面。在薄壁空間結(jié)構(gòu)中，常用的旋轉(zhuǎn)曲面有球形曲面、旋轉(zhuǎn)拋物（橢圓）面、圓錐曲面、旋轉(zhuǎn)雙曲面等。2．直紋曲面 （教材圖1．67 Ｐ44）一根直母線，其兩端各沿兩固定曲導(dǎo)線（或?yàn)橐还潭ㄇ鷮?dǎo)線，一固定直導(dǎo)線）平行移動(dòng)而成的曲面，稱為直紋曲面。一般有：（1）、柱曲面（一根直母線沿兩根曲率方向和大小相同的豎向曲導(dǎo)線移動(dòng)而成）或柱狀曲面（一根直母線沿兩根曲率方向相同但大小不同的豎向曲導(dǎo)線始終平行于導(dǎo)平面移動(dòng)而成） 它們又都稱單曲柱面，分別見(jiàn)教材圖1．67。（2）、錐面（一根直母線一端沿一豎向曲導(dǎo)線，另端通過(guò)一定點(diǎn)移動(dòng)而成）或錐狀面（同上，但另端為一直線，母線移動(dòng)時(shí)始終平行于導(dǎo)平面）, 后者又稱劈錐曲面，分別見(jiàn)教材圖1．67。（3）、扭面（一根直母線在兩根相互傾斜又不相交的直導(dǎo)線上平行移動(dòng)而成）, 見(jiàn)圖1．67。直紋曲面建造時(shí)模板易于制作，常被采用。3．平移曲面 （教材圖1．68 Ｐ44）由一根豎向曲母線沿另一豎向曲導(dǎo)線平移而成。其中，母線與導(dǎo)線均為拋物線且曲率方向相同者稱橢圓拋物面，因?yàn)檫@種曲面與水平面的截交曲線為一橢圓；母線與導(dǎo)線均為拋物線。4．切割或組合曲面 （教材圖1．6圖1．70 Ｐ45）由上述三類曲面切割組合形成的曲面建筑師能根據(jù)平面及空間的需要，通過(guò)對(duì)曲面的切割或組合，形成千姿百態(tài)的建筑造型。 曲面切割的形式有著名建筑師薩瑞南的設(shè)計(jì)的美國(guó)麻省理工學(xué)院大會(huì)堂的建筑造型（如教材圖1．69a），著名建筑結(jié)構(gòu)大師托羅哈1933年建造的西班牙Algeciras市場(chǎng)的建筑造型（如教材圖1．69b）。又如，雙曲拋物面可近似看作用一系列直線相連的兩個(gè)圓盤以相反方向旋轉(zhuǎn)而成，扭面實(shí)際上是雙曲拋物面中沿直紋方向切割出的一部分（如教材圖1．69c）。曲面的組合多種多樣。教材圖1．70a是兩個(gè)柱形曲面正交的造型；教材圖1．70b是八個(gè)雙曲拋物面組合后的造型；教材圖1．70c是六個(gè)扭殼組合后的造型。三、薄殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力對(duì)于一般的殼體結(jié)構(gòu)，中曲面單位長(zhǎng)度上的內(nèi)力一共有8對(duì)，它們是軸向力；順剪力；橫剪力；彎矩、以及扭矩，見(jiàn)圖1．71。a)殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力 　 b）薄膜內(nèi)力圖1．71 殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力上述內(nèi)力可以分為兩類，作用于中曲面內(nèi)的薄膜內(nèi)力和作用于中曲面外的彎曲內(nèi)力。理想的薄膜在荷載作用下只能產(chǎn)生軸向力Nx、Ny和順剪力Sxy=Syx，見(jiàn)圖171b。因此，這三對(duì)內(nèi)力通稱為薄膜內(nèi)力。彎曲內(nèi)力是由于中曲面的曲率和扭率的改變而產(chǎn)生的，它包括有橫剪力；彎矩、以及扭矩。理論分析表明：當(dāng)曲面結(jié)構(gòu)的壁厚t小于其最小主曲率半徑R的１／２０并能滿足下列條件時(shí)，薄膜內(nèi)力是殼體結(jié)構(gòu)中的主要內(nèi)力：（１）殼體具有均勻連續(xù)變化的曲面；（２）殼體上的荷載是均勻連續(xù)分布的；（３）殼體的各邊界能夠沿著曲面的法線方向自由移動(dòng)，支座只產(chǎn)生阻止曲面切線方向位移的反力。四、筒殼結(jié)構(gòu)歷史上出現(xiàn)的第一種殼體是筒殼。其外形似圓筒，故名圓筒殼，又似圓柱體，故又名柱面殼。筒殼外形簡(jiǎn)單，是單曲面殼體。其縱向?yàn)橹本€，有其橫向剛度小的缺點(diǎn)，但卻由于它的幾何形狀簡(jiǎn)單，模板制作方便，易于施工，省工省料，這是其最大優(yōu)點(diǎn)。也是筒殼在歷史上最早出現(xiàn)，并在近代仍大量應(yīng)用的根本原因。（一）筒殼的結(jié)構(gòu)組成圖1．72筒殼結(jié)構(gòu)的組成筒殼由殼身、側(cè)邊構(gòu)件及橫隔三部分所組成（見(jiàn)圖1．72）。側(cè)邊構(gòu)件可理解為殼體“邊框”， 兩個(gè)橫隔之間的距離稱為筒殼的跨度，以表示；兩個(gè)側(cè)邊構(gòu)件之間的距離稱為筒殼的波長(zhǎng)，以表示。沿跨度方向稱為筒殼的縱向，沿波長(zhǎng)方向則稱為筒殼的橫向。筒殼殼身橫截面的邊線可為圓弧形、橢圓形，或其他形狀的曲線，一般采用圓弧形較多，它方便施工。殼身包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度稱為筒殼的截面高度，以h表示。不包括側(cè)邊構(gòu)件在內(nèi)的高度稱為筒殼的矢高，以f表示。側(cè)邊構(gòu)件（邊梁）與殼身共同工作，整體受力。它一方面作為殼體的受拉區(qū)集中布置縱向受拉鋼筋，另一方面可提供較大的剛度，減少殼身的豎向位移及水平位移，并對(duì)殼身的內(nèi)力分布產(chǎn)生影響。常見(jiàn)的側(cè)邊構(gòu)件截面型式如教材圖1．73（Ｐ46）所示，其中以教材圖1．73a的方案最為經(jīng)濟(jì)。橫隔是筒殼的橫向支承，缺少它，殼身的形體就要破壞。橫隔的功能是承受殼身傳來(lái)的順剪力并將內(nèi)力傳到下部結(jié)構(gòu)上去。常見(jiàn)的筒殼橫隔型式如教材圖1．74（Ｐ4７）所示。（二）筒殼的分類及受力特點(diǎn)筒殼的空間工作是由殼板、側(cè)邊構(gòu)件和橫隔三者共同完成的。筒殼在橫向的作用與拱相似，在殼身內(nèi)產(chǎn)生環(huán)向的壓力，而在縱向則同時(shí)發(fā)揮著梁的作用，把上部豎向荷載通過(guò)縱向梁的作用傳給橫隔。因此，筒殼結(jié)構(gòu)是橫向拱的作用與縱向梁的作用的綜合。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，由于建筑布置的不同，使跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)有著大小不同的比例，跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值不同時(shí)，筒殼的受力狀態(tài)也不一樣。當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值增加到一定程度時(shí)，筒殼就會(huì)像弧形截面梁一樣受力；當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值減小時(shí)，筒殼的空間工作性能（拱的作用）就愈來(lái)愈明顯，這主要反映了橫隔對(duì)空間工作的影響。因此，工程中按跨度與波長(zhǎng)的比值將筒殼分為三類：1．長(zhǎng)筒殼：當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值時(shí)，稱為長(zhǎng)筒殼。2．短筒殼：當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值時(shí)，稱為短筒殼。3．中長(zhǎng)筒殼：當(dāng)跨長(zhǎng)與波長(zhǎng)的比值時(shí)，稱為中長(zhǎng)筒殼。 （三）筒殼的結(jié)構(gòu)布置1．結(jié)構(gòu)構(gòu)造a．短殼：短殼的殼板矢高一般不應(yīng)小于波長(zhǎng)的1/8。b．長(zhǎng)殼：長(zhǎng)殼的截面高度建議采用跨長(zhǎng)的1/10～1/15，其殼板的矢高不應(yīng)小于波長(zhǎng)的1/8。c．天窗的布置：筒殼的天窗孔及其他孔洞建議沿縱向布置于殼體的上部。在橫向，洞口尺寸建議不大于。在縱向，洞口尺寸可不受限制，但在孔洞四周應(yīng)設(shè)邊梁收口并沿孔洞縱向每隔2～3m設(shè)置橫撐加強(qiáng)。當(dāng)殼體具有較大的不對(duì)稱荷載時(shí)，除設(shè)置橫撐外，尚需設(shè)置斜撐，形成平面桁架系統(tǒng)。2. 筒殼的結(jié)構(gòu)布置方式a．折縫 （教材圖1．78 Ｐ49）單曲板的剛度雖比平板好。但不如雙曲板。如何加強(qiáng)單曲板（筒殼）的側(cè)向剛度是個(gè)重要問(wèn)題。正如前述的橫隔和加勁肋都為解決該缺點(diǎn)而設(shè)。此外，還可形成折縫。平板的出平面剛度很小，若是折一下，在直線折縫處，卻能獲得很大的剛度，可以作為平板的剛勁支座。同樣，筒殼也可以通過(guò)組合（如并列、交貫等）形成曲線或直線折縫（見(jiàn)教材圖1．78a），稱為加勁折。這不但與加勁肋的作用完全一樣，并且加勁作用更強(qiáng)。因?yàn)榧觿爬叩睦吒哂邢蓿劭p兩側(cè)的曲面板寬度卻大得多。加勁效果大小與折縫的角度成比例。另外，筒殼折縫使結(jié)構(gòu)更富于表現(xiàn)力。b．形變圓柱形筒殼的外形單調(diào)、缺乏活力。若在一個(gè)筒殼中，其波寬與矢高沿縱向變化，或兩端支座一高一低變化其形象，則筒殼的造型立時(shí)頓變，顯出無(wú)窮的活力。這一變化已經(jīng)超出了筒殼，進(jìn)入錐殼的范圍（見(jiàn)教材圖1．78b）,且能組成圓周形平面。c．縱向懸挑 （教材圖1．79 Ｐ49）縱向懸挑筒殼可用于建筑屋頂?shù)奶糸堋⒂昱瘛⒁部捎米鬈囌菊九_(tái)與大看臺(tái)的懸挑屋頂。d．橫向懸挑 （教材圖1．80 Ｐ49）橫向懸挑可用于雨蓬、站臺(tái)、大看臺(tái)、也可用于大廳和外墻采光多或開(kāi)門特大（如飛機(jī)庫(kù)、車庫(kù)）的建筑物。 懸挑橫隔密排者為短筒殼，疏排者為長(zhǎng)筒殼。ｅ．并列組合 （教材圖1．81 Ｐ50）等寬筒殼并列可組成矩形平面屋頂（教材圖1．81a、b）,也可組成水塔的圓柱形水箱（教材圖1．81c）。錐形變寬筒殼并列可組成扇形、環(huán)形平面屋頂，也可組成水塔的錐形水箱（教材圖1．81d、e）, 并列筒殼相接處形成剛勁有力的折縫。ｆ．交貫組合 （教材圖1．82 Ｐ50）兩個(gè)筒殼十字正交最典型的例子是美國(guó)圣路易市航空港（教材圖1．82）；另一個(gè)是環(huán)形筒殼與周圈放射向錐形筒殼交貫成一個(gè)環(huán)形平面的航空港設(shè)計(jì)方案（教材圖1．82）充分利用了由交貫筒殼形成的加勁折縫。五、圓頂薄殼結(jié)構(gòu)圓頂結(jié)構(gòu)是極其古老且近代仍然大量應(yīng)用一種結(jié)構(gòu)型式。不過(guò)僅其外形類同，而其本質(zhì)（受力特性）都已改變。圓頂屬于旋轉(zhuǎn)曲面殼，由于它具有良好的空間工作性能，因此，很薄的園頂殼體可以覆蓋很大的跨度。第一個(gè)真正的球殼是1925年德國(guó)耶拿的Schoff玻璃工廠廠房，采用旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的球殼頂，鋼筋混凝土殼厚60mm。此后應(yīng)用漸多，但由于受其造型之限，多用于天文館、會(huì)堂、音東廳、劇院、展覽館等中心型建筑。改善其呆板造型與施工工藝是球殼發(fā)展的兩個(gè)重要方面。（一）圓頂結(jié)構(gòu)型式與特點(diǎn)按殼面的構(gòu)造不同，圓頂結(jié)構(gòu)可以分為平滑圓頂、肋形圓頂和多面圓頂三種，參見(jiàn)教材圖1．83（Ｐ51）。在實(shí)際工程中，平滑圓頂應(yīng)用較多。當(dāng)建筑平面不完全是圓形，或由于采光要求需要將圓頂表面分成獨(dú)立區(qū)格時(shí)，可采用肋形圓頂。肋形圓頂是由徑向肋系、環(huán)向肋系與殼板組成，與殼板整體連接。多面圓頂結(jié)構(gòu)是由數(shù)個(gè)拱形薄殼相交而成。有時(shí)為了建筑造型上的要求，也可將多面圓頂稍作修改（教材圖1．83d）。多面圓頂結(jié)構(gòu)與圓形圓頂結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)點(diǎn)主要是支座距離可以較大，同時(shí)建筑外形活潑。多面圓頂結(jié)構(gòu)比肋形圓頂結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)，自重較輕。（二）圓頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)組成圓頂結(jié)構(gòu)由殼身、支座環(huán)、下部支承構(gòu)件三部分組成。如教材圖1．84（Ｐ51）所示。殼身結(jié)構(gòu)當(dāng)有通風(fēng)采光要求時(shí)，一般可在圓頂頂部開(kāi)設(shè)圓形孔洞。殼體根據(jù)頂部是否開(kāi)孔，可分為閉口殼和開(kāi)口殼。圓頂結(jié)構(gòu)中的支座環(huán)對(duì)圓頂起箍的作用，可有效地阻止圓頂在豎向荷載作用下的裂縫開(kāi)展及破壞，保證殼體基本上處于受壓的工作狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的空間平衡。圓頂通過(guò)支座環(huán)擱置在支承構(gòu)件上。圓頂可以通過(guò)支座環(huán)直接支承在房屋的豎向構(gòu)件上（如磚墻、柱等），也可以支承在外拱或斜柱上。斜拱或斜柱可以按正多邊形布置，并形成相應(yīng)建筑平面。在建筑處理上，通常將斜拱或斜柱外露，使圓頂與斜拱形式協(xié)調(diào)，風(fēng)格統(tǒng)一（教材圖1．85 Ｐ51）。（三）圓頂?shù)氖芰μ攸c(diǎn)一股情況下殼面的徑向和環(huán)向彎矩較小可以忽略，殼面內(nèi)可按無(wú)彎矩理論計(jì)算。在軸向（旋轉(zhuǎn)軸）對(duì)稱荷載作用下，圓頂徑向受壓，環(huán)向上部受壓，下部可能受壓也可能受拉，這是圓頂殼面中的主內(nèi)力（教材圖1．86 Ｐ51）, 從此可以看出，圓頂結(jié)構(gòu)可以充分利用材料的強(qiáng)度。支座對(duì)圓頂殼面起箍的作用，所以支座環(huán)承受殼面邊緣傳來(lái)的推力，其截面內(nèi)力主要為拉力（教材圖1．87 Ｐ51）。由于支座對(duì)殼面邊緣變形的約束作用，殼面的邊緣附近產(chǎn)生徑向的局部彎矩。為此，殼面在支座環(huán)附近可以適當(dāng)增厚，并且配置雙層鋼筋，以承受局部彎矩。對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)，支座環(huán)宜采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土。（四）圓頂殼板的主要尺寸及構(gòu)造要求古代厚實(shí)的磚石圓頂，跨度可達(dá)30～40m。現(xiàn)代球殼經(jīng)濟(jì)跨度可達(dá)100m，是殼體結(jié)構(gòu)中跨度最大者。目前世界上最大球殼跨度為207m。球殼矢高一般取f=（1/5～1/2）L。球殼因內(nèi)力不大，殼厚一般由構(gòu)造要求與穩(wěn)定確定。殼厚很薄，一般取曲率半徑的1/600,但最薄50mm，通常為50～150mm