大跨建筑结构(大跨平面结构).ppt

参考书目：
1.《大跨空间结构》张毅刚等编机械工业出版社；
2.《大跨空间结构》完海鹰编中国建筑工业出版社；
3.《网架结构设计与施工规程》7-91；
4.《空间结构设计与施工》东南大学出版社；概述展览馆日本大分体育公园综合竞技场伦敦千年穹顶大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家标准《钢结构设计规范》、《网架结构设计与施工规程》将60m以上定义为大跨度结构，计算和构造均有特殊规定。我国目前最大跨度做到340m，以钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。
大跨度结构主要是在自重荷载下工作，主要矛盾是减轻结构自重，故最适宜采用钢结构。在大跨度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。主要分为两大类：平面承重的大跨度钢结构大跨度梁式结构的外形及腹杆体系，决定于跨度、屋面型式及吊天棚结构的形式，常用的有梯形和拱形桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般为1/6～1/8。
常用形式：
（1）角钢（或T型钢）桁架
（2）H型钢重型桁架*
（3）钢管桁架（圆钢管或矩形管）*

桁架设计的难点在节点和支座，跨度大于35～40m时，梁式结构的支座之一必须作成可移动的，以减小对支承墙体或支柱传递的横向反力，横向反力一般由屋架下弦的弹性变形产生。*上海证券大厦

连接两幢主楼的天桥桁架跨度63m，共支承着从17层至26层共8个楼层，采用了H型钢重型桁架。上海浦东国际机场上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m，跨中高度超过11m，单榀屋架梁重55吨。
为了增加屋架结构的刚度，同时为保证屋架梁在风吸力作用下始终处于受拉状态，下弦布置了一根预应力钢索，对下弦施加足够的预应力。（1）角钢（或T型钢）桁架
一般用节点板连接，过去采用的方法是按桁架弦杆或腹杆的最大内力选择节点板厚，当受力较复杂时不可靠。国外有些规范（如美国规范）规定需进行计算。
88规范后的90年代，重庆钢铁设计研究院会同云南省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板的试验，其中受拉试件16个，受压试件8个。从而总结出用撕裂面法推导出来的公式。
由于桁架节点板的外形往往不规则，同时，一些受动力荷载的桁架还需要计算节点板的疲劳，用撕裂面法推导出来的公式计算比较麻烦。故参照国外多数国家的经验，规范建议对桁架节点板也可采用有效宽度法进行承载力计算。
有效宽度法假定腹杆轴力Ｎ通过连接件在节点板内按照应力扩散角度传至连接件端部与N相垂直的一定宽度范围内，称为有效宽度。假定范围内的节点板应力达到，并令·t·(节点板破坏时的腹杆轴力)，按此法拟合的结果，当应力扩散角=270时精度最高，计算值与试验值的比值平均为98.9%；当=300时，比值为106.8%，考虑到国外多数国家对应力扩散角均取为300，为与国际接轨且误差较小，建议取=300。有效宽度法适用于腹杆与节点板采用侧焊、围焊、铆钉、螺栓等多种连接情况，（采用铆钉或螺栓连接时，应取为有效净宽度）。桁架节点板厚度选用表
一般的钢结构教科书和手册均列有“桁架节点板厚度选用表”，但都系互相参考，缺乏科学依据。这次该研究组先制作了关系表（N为腹杆最大拉力；t为节点板厚度；b为连接肢宽度），反映了侧焊缝焊脚尺寸1、2的影响。同时又在上述参数组合的最不利情况下，重新整理出偏于安全的N—t表。相对来说它比以往的N—t表更符合实际。为保证节点板受压时的稳定，桁架杆件间间隙不能太大，例如有竖腹杆的节点板（或自由边有加劲的节点板），不能理解为c值愈小愈好。规范规定“弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间隙，不应小于20”，是由于间隙过小，焊接残余应力影响过大。而对吊车桁架，为避免疲劳破坏又规定此间隙“不宜小于50”；同时还规定在工作温度-20C地区的桁架，为防冷脆，“腹杆与弦杆相邻焊缝焊趾间净距不宜小于2.5t”。同样，这些规定不能理解为杆件间间隙愈大愈好，在某些情况如出现矛盾，应妥善处理。随着热轧H型钢在我国投产，剖分T型钢用于桁架弦杆或腹杆的情况越来越多。T型钢桁架的优点是：无离缝、防腐易处理、用钢量省。
问题：
（1）节点施工不方便；
（2）节点构造方式不同，节点内的应力状态更加复杂，同时，对节点受力研究不够，故规范公式均不适用；
（3）板件的局部稳定难以满足规范的规定。（2）H型钢重型桁架
桁架节点铰接是一种近似，条件是杆件较细长，以H型钢作弦杆或腹杆的重型桁架，设计时应注意节点的次应力，或按刚接节点设计，对重要的节点还应进行有限元分析。
（3）钢管桁架（圆管或矩形管）
钢管桁架节点受力复杂，原88规范只有直接焊接的平面桁架式圆管结构的条文。近几年同济大学对圆钢管空间桁架节点作了一些试验和分析；哈工大对直接焊接的方管桁架结构（主管为方管，支管为方管或圆管）的节点作了一些试验和分析，《钢结构设计规范》修订时，其成果已部分纳入