大跨度结构分析1

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1、大跨度结构分析摘要：现阶段，随着社会生活和科技的发展需要，人们需要更大的覆盖空间，而其他结构形式受到跨度的限制，工程师们倾向于选择大跨度结构，于是大跨度空间结构得到了快速的发展。大跨度结构花样百出，但是最基本的结构形式有桁架结构、拱结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构等。关键词：大跨度结构、建筑、应用横向跨越30米以上空间的各类结构形式的建筑。大跨度结构多用于民用建筑中的影剧院、体育馆、展览馆、大会堂、航空港候机大厅及其他大型公共建筑工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。古代罗马已有大跨度拱顶见古罗马建筑。近代大跨度结构

2、建筑至19世纪末已有较大成就。如1889年巴黎世界博览会的机械馆,是用三铰拱式的钢结构,跨度达115米。20世纪初,金属材料的进步和钢筋混凝土技术的发展促使大跨度建筑出现很多新的结构形式。如19121913年在波兰布雷斯劳建成的百年大厅采用钢筋混凝土穹窿顶,直径达65米,覆盖面积5300平方米。第二次世界大战后大跨度建筑又有新的发展以欧洲国家、美国和墨西哥发展最快。这个时期的大跨度建筑广泛地应用各种高强轻质材料如合金钢、特种玻璃和化学合成材料减轻了大跨度结构的自重使新颖的空间结构不断出现覆盖面积日益扩大。结构类型有桁架结构、拱结构、网架结

3、构、薄壳结构、网壳结构等。1.桁架结构桁架结构是指由若干直杆在其两端用铰连接而成的结构。桁架结构常用于大跨度的厂房、展览馆、体育馆和桥梁等公共建筑中。由于大多用于建筑的屋盖结构，桁架通常也被称作屋架。桁架结构中各杆件受力均以单向拉、压为主，通过对上下弦杆和腹杆的合理布置，可适应结构内部的弯矩和剪力分布。由于水平方向的拉、压内力实现了自身平衡，整个结构不对支座产生水平推力。结构布置灵活，应用范围非常广。桁架梁和实腹梁相比，在抗弯方面，由于将受拉与受压的截面集中布置在上下两端，增大了内力臂，使得以同样的材料用量，实现了更大的抗弯强度。在抗剪方

4、面，通过合理布置腹杆，能够将剪力逐步传递给支座。这样无论是抗弯还是抗剪，桁架结构都能够使材料强度得到充分发挥，从而适用于各种跨度的建筑屋盖结构。更重要的意义还在于，它将横弯作用下的实腹梁内部复杂的应力状态转化为桁架杆件内简单的拉压应力状态，使我们能够直观地了解力的分布和传递，便于结构的变化和组合。2.拱结构拱结构是一种主要承受轴向压力并由两端推力维持平衡的曲线或折线形构件。拱结构比桁架结构具有更大的力学优点，因为桁架结构从整体上看毕竟还相当于一个受弯构件，而拱结构的受力状态则发生了与梁根本不同的受力改变，梁以其与外荷载垂直的直杆来抗衡外荷

5、载，并借受弯把力传给支座，而拱借其凸向外荷载的曲杆来抗衡外荷载。拱结构主要产生轴向压力。按结构支撑方式分类，拱可分为三铰拱、两铰拱和无铰拱3种，如图所示。三铰拱为静定结构，较少采用；两铰拱和无铰拱为超静定结构，目前较为常用。拱结构的支座会产生水平推力，跨度大时这个力不小，要对付这个水平推力是一件麻烦而又耗费材料的事。鉴于这个缺点，在实际工程应用中，桁架结构比拱结构用得更普遍。3.单层刚架和排架结构刚架结构通常是指由直线杆件通过刚性节点连接起来的结构。当梁与柱之间为铰接的单层结构，一般称为排架；多层多跨的刚架结构则常称为框架。刚架结构构件较

6、少，结构内部空间较大，更具有受力性能良好，制作方便，施工方便，造价较低，建筑造型美观等优点。刚架结构适于双坡屋面的单层中、小型建筑。门式刚架刚度较差，受荷载后产生跨变，因此工业厂房时，吊车起重量不宜超过100KN。刚架结构自重较大，用料较多，适用跨度受到限制。一般用在双坡屋顶的单层中、小型建筑，在工业厂房和体育馆、礼堂、食堂等民用建筑中广泛应用。排架体系常用于高大空旷的单层建筑物如工业厂房、飞机库和影剧院的观众厅等。其柱顶用大型屋架或桁架连接，再覆以装配式的屋面板，根据需要，有的排架建筑屋顶还要设置大型的天窗、有的则需沿纵向设置吊车梁。由

7、于排架体系的房屋刚度小，重心高，需承受动荷载，因此需要安装柱间斜支撑和屋盖部分的水平平斜支撑，还要在两侧山墙设置抗风柱。4.平板网架结构空间网架是通过节点连接组成一种网状的三维杆系结构，它具有三向受力的性能，各杆件之间相互支撑，具有较好的空间整体性，是一种高次超静定的空间结构。在节点荷载作用下，各杆件主要承受轴力，因而能够充分发挥材料的强度，结构的技术经济指标也较好。空间网架结构的外形为平板状，则称为平板网架结构。平板网架为三向受力的空间结构，比平面结构自重轻、节省钢材。平板网架结构整体刚度大、稳定性好、安全储备高，能有效地承受各种非对称

8、荷载，集中荷载、动荷载的作用；施工时不同步提升和地基不均匀沉降等有较强的适应能力，并有良好的抗震整体性；通过适当的连接构造，还能承受悬挂吊车及由于柱上吊车引起的水平纵横向的刹车力作用。平板网架