1空间结构概述课件.pptx
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- 空间结构 概述 课件
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1、主讲人:钱宏亮主讲人:钱宏亮哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学1/411 什么是空间结构?平面结构Plane Structure空间结构Space Structure2/41由平面体系组成的结构 Constructions Composed of Plane Structures单层厂房Single-Storey Industrial Building多层框架Multi-Storey Frame3/41桁架桥Truss Bridge拱桥Arch Bridge 任何结构本质上都是任何结构本质上都是空间性质空间性质的。只不的。只不过出于过出于简化设计和建造简化设计和建造的目的,人们在许多的目的,人们在许
2、多场合场合有条件地有条件地把它们分解成一片片把它们分解成一片片平面结构平面结构来进行计算和构造。来进行计算和构造。4/41国家体育场国家体育场美国迪斯尼乐园球幕电影院美国迪斯尼乐园球幕电影院不能被分解为平面体系的结构Constructions Unable to be decomposed into Plane Systems 空间结构空间结构日益显示出一般平面结构所日益显示出一般平面结构所无法比拟的创造潜力,体现出大自然的美无法比拟的创造潜力,体现出大自然的美丽和神奇。丽和神奇。5/412 空间结构的空间结构的特点特点1 1)能够跨越较大的跨度,特别适用于大型)能够跨越较大的跨度,特别适用于
3、大型公共建筑,如公共建筑,如 6/412 2)造型新颖优美,形式丰富多彩,往往是)造型新颖优美,形式丰富多彩,往往是一个地区的标志性建筑一个地区的标志性建筑海南会展中心深圳大运会体育场国家大剧院北京T3航站楼7/413 3)工作性能卓越,是一种高效的结构体系工作性能卓越,是一种高效的结构体系 如何克服由于跨度增大所带来的弯矩放大效如何克服由于跨度增大所带来的弯矩放大效应是空间结构设计的首要问题。应是空间结构设计的首要问题。思考:思考:1)对于一矩形截面简支梁,如果)对于一矩形截面简支梁,如果b不变,不变,h和和L均放均放大大10倍,应力和位移如何变化?(只计自重)倍,应力和位移如何变化?(只计
4、自重)2)如果要保证应力不变,高度应放大多少倍?)如果要保证应力不变,高度应放大多少倍?beambhL8/41结构效率系数 GRS结构抗力重力荷载效应试以简支梁为例,推导其结构效率系数。试以简支梁为例,推导其结构效率系数。286GRfhSLf 材料强度 材料重度如何提高结构效率?如何提高结构效率?1)采用轻质高强材料;)采用轻质高强材料;2)使构件截面高度以超)使构件截面高度以超过过L2倍的速度增长。倍的速度增长。9/41Mild SteelSteel CablePerlonGlass fiber不同材料的破断长度ruptfL途径途径1 1:采用轻质高强的新材料采用轻质高强的新材料。10/41
5、途径途径2 2:移除结构中强度利用不充分的材料移除结构中强度利用不充分的材料,降,降低当量重度,间接实现轻质高强。低当量重度,间接实现轻质高强。beambh1)工字型截面的当量重度)工字型截面的当量重度降低一倍,即降低一倍,即2)但这种降低是有限的,)但这种降低是有限的,并不能从根本上解决材并不能从根本上解决材料用量随料用量随L2增长的问题增长的问题2工矩11/41途径途径3 3:由由平面受力平面受力变为变为空间受力空间受力,相当于分担,相当于分担了每个平面结构的外荷载,降低了对其承载效了每个平面结构的外荷载,降低了对其承载效率的要求。率的要求。桁架桁架周边简支周边简支RC薄板薄板h=L/40
6、=4m/40=100mm 简支简支RC梁梁h=L/10=4m/10=400mm交叉桁架体系交叉桁架体系 四角锥体系四角锥体系格构式板格构式板平板网架平板网架途径途径4 4:通过通过改变结构形状改变结构形状,调整内力分布,间,调整内力分布,间接实现结构高度的增加。接实现结构高度的增加。xpM = 0.5 p ( l- x ) x二次抛物线archfH=M0/fcablefH=M0/f13/41三维三维RC扁壳扁壳h=L/500=40m/500=80mm格构式梁格构式梁桁架桁架周边简支周边简支RC薄板薄板h=L/40=4m/40=100mm张弦梁张弦梁 简支简支RC梁梁h=L/10=4m/10=4
7、00mm张弦梁张弦梁(Beam String)交叉桁架体系交叉桁架体系 四角锥体系四角锥体系平板网架平板网架 格构式壳格构式壳网壳网壳 弦支穹顶弦支穹顶(suspen Dome)一一维维传传力力二二维维传传力力三三维维传传力力14/413 空间结构空间结构基本类型基本类型1.薄壳结构 Thin-Shell Structures2.空间网格结构 Latticed Space Structures(Space Frames)l 平板网架 Plate-like Space Trussl 网壳结构 Reticular Shelll 其它形式网格体系 Other Space Frames3.张力结构 T
8、ensile Structuresl 索结构 Cable Structuresl 膜结构 Membrane Structures4.混合结构 Hybrid Structures l 张弦结构 Beam String Structuresl 索撑结构 Cable braced Structures15/41薄壳结构薄壳结构 由混凝土等材料构成的由混凝土等材料构成的曲面形薄板结构曲面形薄板结构,以承受以承受面内轴力为主面内轴力为主,厚度仅为跨度的几百分之一。,厚度仅为跨度的几百分之一。 球面椭圆抛物面(双曲扁壳)柱面双曲抛物面之组合矩形平面 菱形平面双曲抛物面(鞍形壳)16/41薄壳结构工程实例L
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