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大跨度空间结构设计第1章

时间：2025-07-12 来源：未知

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《大跨度空间结构设计》电子课件制作人：孙建琴-兰州交通大学李方慧—黑龙江大学2009.4月

第1章一、空间结构的概念

绪论

凡是建筑结构的形体成三维空间性状，在荷载作用下具有三维受力特性、呈立体工作状态的结构称为空间结构。日常生活中空间结构的例子，如草帽、折扇、簸箕、笸箩等。观察自然界我们会发现许多空间结构，如蛋壳、乌龟壳、蚌壳、花生壳各种植物种子的外壳等，适合于各自的大自然环境，是一种受力性能很好的空间结构(薄壳结构);蜂窝也是空间结构(空间网格结构);蜘蛛网属于索网结构；肥皂泡是典型的空间结构(充气薄膜结构)。

第1章绪论

图

空间网壳圆屋顶

(a)网架结构

平板网架屋盖

(b)网壳结构图1.2 空间结构

高次超静定，三向受力，非线性，大变形。

第1章绪论

平面结构：梁、屋架、框架、刚架、拱；单向受力，计算理论成熟；

第1章二、大跨度空间结构的特点

绪论

(1)自重轻，经济性好。目前大部分空间结构都采用钢材、膜材等制作，轻质高强材料的运用使结构自重大大减轻。 (2)刚度好，抗震性能好。由于空间结构具有三维受力特性，内力均匀，对集中荷载的分散性较强，所以能很好的承受不对称荷载或较大的集中荷载，整体刚度大。 (3)便于工业化生产。空间结构的构件通常在工厂中制作，在工地上可以很快地安装起来。 (4)形式多样化，造型美观。空间结构的形式丰富多彩，千变万化，个性鲜明，为建筑师的自由建筑创作提供了广阔的想象空间。——目前大跨度结构的建造和所采用的技术已成为衡量一个国家建筑水平的重要标志，许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。成为标志性建筑； (5)建筑、结构和使用功能的统一。

第1章绪论

三、空间结构的分类1、按空间结构的受力特点来划分(1)刚性空间结构刚性空间结构体系是指刚性构件构成的具有很好刚度的空间结构体系。包括薄壳结构、空间网格结构以及立体桁架结构。钢筋混凝土薄壳在施工中耗用模板及脚手架较多，所需劳动量较大，费用高，高空浇筑或吊装费工费时。因此，薄壳结构的应用近年来有所减少。空间网格结构根据外形分为两大类，一类称为网架，其外形呈平板状 (图1.2a);另一类称为网壳，其外形呈曲面状 (图1.2b) 。立体桁架结构是以钢管通过焊接有机连接而成的一种空间结构(图1.3 )。立体桁架结构是在网架、网壳结构的基础上发展起来的，与网架、网壳结构相比具有独特的优越性和实用性。该结构省去

一些纵向弦杆和球节点，并具有简明的结构传力方式，可满足各种不同的建筑形式的要求，尤其是构筑圆拱和任意曲线形状更有优势。

(a)南京会展中心

(b)沈阳奥体中心图1.3 立体桁架结构

第1章绪论 (2)柔性空间结构柔性空间结构体系是指由柔性构件构成，如钢索、薄膜等，通过施加预应力而形成的具有一定刚度的空间结构体系。结构的形体由体系内部的预应力来决定。包括悬索结构、膜结构和张拉整体结构等。

(3)杂交结构体系将几种不同类型的结构体系组合成为一种新的结构体系。杂交体系按照其组合方式的不同可分为以下三类：第一类为刚性结构体系之间的组合，如组合网架、组合网壳、拱支网壳等；第二类为柔性结构体系与刚性结构体系的组合，属于半刚性结构，这种又可分为斜拉结构、拉索预应力结构、张弦结构、支承膜结构等。第三类为柔性体系之间的组合，如柔性拉索与索网的杂交，柔性拉索与膜材之间的组合形成的索-膜结构。

第1章绪论

杂交结构悬索、索膜、张拉

受拉为主，高强材料几何非线性结构

第1章绪论

混合体系：受压刚性，受拉柔性；张弦桁架，预应力索拱。

第1章绪论

2、按单元划分将组成空间结构的基本单元归纳为五种，即板壳单元、梁单元、杆单元、索单元和膜单元。一种单元或多种单元集合便构成各种各样具体形式的空间结构，见图表1。如网壳结构中，单层网壳由梁单元组成，而双层网壳由杆单元组成，这样单双层网壳分属于两种不同的结构。另外，这种划分对尚未出现的新结构形式留有较大空间。

单元形式薄壳结构 I 折板结构带肋折板 I+IV 空腹网架空腹夹层板 II+III 拱支网壳双层网壳斜拉网架( 壳) III+I+II 索网结构索桁结构 IV+III+V 气肋式膜结构 V+II(或 III) V+III+IV

结构形式波纹拱结构 I+II 空腹网壳 II+I II+III+IV 立体桁架拉索预应力网架 (壳) IV 悬索-桁架结构张拉整体结构 IV+II I III 树状结构 II I 带肋薄壳悬挂薄壳单层网壳组合网壳局部双层网壳张弦梁结构网架结构

板壳单元

II

梁单元

表 1 空间结构分类

III

杆单元

张弦立体桁架组合网架悬索结构

III+IV

IV

索单元