(土木建筑)大跨与空间结构(1)课件.ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《(土木建筑)大跨与空间结构(1)课件.ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 土木建筑 土木 建筑 空间结构 课件
- 资源描述:
-
1、崔崔 佳佳 重庆大学土木工程学院重庆大学土木工程学院第1页,共113页。7.第2页,共113页。大跨与空间钢结构主要用于公共建筑,如大会堂、影剧大跨与空间钢结构主要用于公共建筑,如大会堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、航空港等。院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、航空港等。大跨度结构也用于工业建筑,如飞机制造厂的总大跨度结构也用于工业建筑,如飞机制造厂的总装配车间、飞机库、造船厂的船体结构车间等等。这装配车间、飞机库、造船厂的船体结构车间等等。这些建筑采用大跨结构是受装配机器(如船舶、飞机)些建筑采用大跨结构是受装配机器(如船舶、飞机)的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。的大型
2、尺寸或工艺过程要求所决定的。第3页,共113页。展览馆展览馆第4页,共113页。日本大分体育公园综合竞技场第5页,共113页。伦敦千年穹顶第6页,共113页。大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准,国家标准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钢结构设计规范、网架结构设计与施工规程网架结构设计与施工规程将将6060m以上定义为以上定义为大跨度结构,计算和构造均有特殊规定。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我国目前最大跨度做到153153m,以钢索和膜材做成的,以钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到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,
3、主要矛盾是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。层压型钢板、压型铝合金板等。第7页,共113页。平面结构体系平面结构体系梁式体系梁式体系框架式体系框架式体系拱式体系拱式体系空间结构体系空间结构体系网架及网壳结构网架及网壳结构悬索结构悬索结构膜结构膜结构第8页,共113页。梁式结构体系一般采用简支桁架的形式,桁架梁式结构体系一般采用简支桁架的形式,桁架的优点是制作与安装都比
4、较简单,其上、下弦及腹的优点是制作与安装都比较简单,其上、下弦及腹杆仅承受拉力或压力,对支座也没有横推力。杆仅承受拉力或压力,对支座也没有横推力。适用跨度:适用跨度:4040 6060m,更大的跨度由于耗钢量,更大的跨度由于耗钢量过大而不经济。过大而不经济。重点是支撑系统的布置,对保证整个结构体系重点是支撑系统的布置,对保证整个结构体系的整体刚度是非常重要的。的整体刚度是非常重要的。第9页,共113页。大跨度梁式结构的外形及腹杆体系,决定于跨度、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
5、优确定的桁架的高跨比一般为桁架。按重量最优确定的桁架的高跨比一般为1/61/61/81/8。第10页,共113页。常用形式:常用形式:(1 1)角钢(或)角钢(或T型钢)桁架型钢)桁架 (2)H型钢重型桁架型钢重型桁架*(3)钢管桁架(圆钢管或矩形管)钢管桁架(圆钢管或矩形管)*桁架设计的难点在节点和支座,跨度大于桁架设计的难点在节点和支座,跨度大于35354040m时,时,梁式结构的支座之一必须作成可移动的,以减小对支承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。的弹性变形产生
6、。*第11页,共113页。上海证卷大厦上海证卷大厦 连接两幢主楼连接两幢主楼的天桥桁架跨度的天桥桁架跨度63m,共支承着从,共支承着从17层至层至26层共层共8个个楼层,采用了楼层,采用了H型型钢重型桁架。钢重型桁架。第12页,共113页。上海浦东国际机场第13页,共113页。上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度上海浦东国际机场候机楼屋架梁跨度83m,跨中高,跨中高度超过度超过11m,单榀屋架梁重,单榀屋架梁重55吨。吨。为了增加屋架结构的刚度,同时为保证屋架梁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
7、索,对下弦施加足够的预应力。根预应力钢索,对下弦施加足够的预应力。第14页,共113页。第15页,共113页。一般用节点板连接,过去采用的方法是按桁架弦杆或一般用节点板连接,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。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(如美国国外有些规范(如美国AISC规范)规定需进行计算。规范)规定需进行计算。88规范后的规范后的9090年代,重庆钢铁设计研究院会同云南年代,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,省建筑设计院作了一系列双角钢杆件桁架节点板的试验,其中受拉试件其
8、中受拉试件1616个,受压试件个,受压试件8 8个。个。第16页,共113页。a.受拉节点受拉节点 试件的破坏特征均为沿最危险的试件的破坏特征均为沿最危险的 线段撕线段撕裂破坏,即图裂破坏,即图b中的三折线撕裂,中的三折线撕裂,和和 均与节点板边均与节点板边缘线基本垂直缘线基本垂直。*CDACBACDBA第17页,共113页。钢结构设计规范钢结构设计规范建议用撕裂面法,沿建议用撕裂面法,沿BACD撕裂线割取自由体,假定由于板内塑性区的发展引起应力撕裂线割取自由体,假定由于板内塑性区的发展引起应力重分布,破坏时撕裂面各线段上的折算应力重分布,破坏时撕裂面各线段上的折算应力 均匀分布且平行于腹杆轴
9、力均匀分布且平行于腹杆轴力*,当各撕裂段上,当各撕裂段上的折算应力均达到抗拉强度的折算应力均达到抗拉强度fu时板件破坏。根据平衡条时板件破坏。根据平衡条件并忽略件并忽略M和和V,则第,则第i 段撕裂面的平均正应力段撕裂面的平均正应力 i 和平和平均剪应力均剪应力 i 为为:iiiiiiitlNsinsiniiiiiitlNcoscos第18页,共113页。uiiitflN2cos211折算应力为折算应力为即即令令第第i 段的拉剪折算系数段的拉剪折算系数 则则 由由 写成计算式则为写成计算式则为 (b b)ii2cos211uiiitflNuiiuiiifAftlNN)()(fANiiuiiii
10、iiiiiredft lNt lN22222cos21cos3sin3第19页,共113页。第第i段撕裂面与拉力作用线的夹角。段撕裂面与拉力作用线的夹角。公式(公式(b)符合破坏机理,其计算结果与试验值之比平均)符合破坏机理,其计算结果与试验值之比平均为为87.5%,略偏安全且离散性小。,略偏安全且离散性小。公式还适用于下图两种板件的撕裂面的计算。公式还适用于下图两种板件的撕裂面的计算。i第20页,共113页。由于桁架节点板的外形往往不规则,同时,一些受动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,用撕裂面法推导力荷载的桁架还需要计算节点板的疲劳,用撕裂面
11、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,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。算。有效宽度法假定腹杆轴力有效宽度法假定腹杆轴力通过连接件在节点板内按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照应力扩散角度传至连接件端部与N 相垂直的一定宽度相垂直的一定宽度范围内,称为有效宽度范围内,称为有效宽度be。第21页,共113页。假定假定b be e范围内的节点板应力达到范围内的节点板应力达到fu,并令并令betfu=Nu(节点板破坏时的腹杆节点板破坏时的腹杆轴
12、力轴力),按此法拟合的结果,当应力,按此法拟合的结果,当应力扩散角扩散角=270时精度最高,计算值与试时精度最高,计算值与试验值的比验值的比值平均为值平均为98.9%;当;当=300时,时,比值为比值为106.8%,考虑到国外多数国,考虑到国外多数国家对应力扩散角均取为家对应力扩散角均取为300,为与国,为与国际接轨且误差较小,建议取际接轨且误差较小,建议取=300。第22页,共113页。有效宽度法适用于腹杆与节点板采用侧焊、围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,(采用铆钉或螺焊、铆钉、螺栓等多种连接情况,(采用铆钉或螺栓连接时,栓连接时,be应取为有效净宽度
13、)。应取为有效净宽度)。第23页,共113页。b.受压节点受压节点 在压力作用下,与受压杆件相连的节点板区域除在压力作用下,与受压杆件相连的节点板区域除强度破坏外,还有可能丧失稳定。试验共作了强度破坏外,还有可能丧失稳定。试验共作了8个受压个受压斜腹杆的试件,其中有、无竖腹杆的试件各斜腹杆的试件,其中有、无竖腹杆的试件各4 4个。试验个。试验结果有以下特点:结果有以下特点:当节点板的自由边长度当节点板的自由边长度 lf 与厚度与厚度 t 之比之比 时(一般出现在无竖腹杆的节点板),时(一般出现在无竖腹杆的节点板),*节点板稳定性很差,此时应沿自由边加劲。加劲后,节点板稳定性很差,此时应沿自由边
14、加劲。加劲后,稳定承载力有较大提高。稳定承载力有较大提高。yfftl/23560/第24页,共113页。在斜腹杆压力作用下,失稳形式一般为在在斜腹杆压力作用下,失稳形式一般为在ABBCCD 线附近或前方呈三折线屈折破坏。屈折线的位置线附近或前方呈三折线屈折破坏。屈折线的位置和方向与受拉时的撕裂线类似,而且一般在和方向与受拉时的撕裂线类似,而且一般在 区的前方区的前方首先失稳,其它各区相继失稳。首先失稳,其它各区相继失稳。*BC*第25页,共113页。节点板的抗压性能取决于节点板的抗压性能取决于c/t 的大小(的大小(c为受压斜为受压斜腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的腹杆连接肢端面中点沿
15、腹杆轴线方向至弦杆的净净距距),在一般情况下,),在一般情况下,c/t 愈大稳定承载力愈低,对有愈大稳定承载力愈低,对有竖腹杆的节点板,当竖腹杆的节点板,当时,可不验算节点板的稳定。时,可不验算节点板的稳定。yftc/23515/第26页,共113页。对无竖腹杆的节点板,当对无竖腹杆的节点板,当 时,节点时,节点板的稳定承载力约为强度承载力的板的稳定承载力约为强度承载力的80%,故可将受压腹杆,故可将受压腹杆的内力乘以增大系数的内力乘以增大系数1.25后再按受拉节点板的强度计算后再按受拉节点板的强度计算进行计算,当进行计算,当 时应按规范附录时应按规范附录F进行进行稳定计算。但当稳定计算。但当
16、 时,规范规定的计算值将大于试验值,不安全,故规定时,规范规定的计算值将大于试验值,不安全,故规定 c/t 不能超过不能超过 。对自由边加劲的无竖腹杆节点板,。对自由边加劲的无竖腹杆节点板,要求与有竖腹杆的相同。要求与有竖腹杆的相同。yftc/23510/yftc/2355.17/yf/2355.17yftc/23510/第27页,共113页。桁架节点板厚度选用表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一般的钢结构教科书和手册均列有“桁架节点板厚度桁架节点板厚度选用表选用表”,但都系互相参考,缺乏科学依据。这次该研,但都系互相参考,缺乏科学依据。这次该研究组先制作了究组先制作了N-
17、t/b关系表(关系表(N为腹杆最大拉力;为腹杆最大拉力;t为节点板为节点板厚度;厚度;b为连接肢宽度),反映了侧焊缝焊脚尺寸为连接肢宽度),反映了侧焊缝焊脚尺寸hf1、hf2的的影响。同时又在上述参数组合的最不利情况下,重新影响。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整理出偏于安全的Nt表。相对来说它比以往的表。相对来说它比以往的Nt表表更符合实际。更符合实际。第28页,共113页。为保证节点板受压时的稳定,桁架杆件间间隙不能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太大,例如有竖腹杆的节点板(或自由边有加劲的节点板)板),不
18、能理解为,不能理解为c c 值愈小愈好。规范值愈小愈好。规范规定规定“弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间隙,不应小弦杆与腹杆、腹杆与腹杆之间的间隙,不应小于于20mm”,是由于间隙过小,焊接残余应力影响过,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大。而对吊车桁架,为避免疲劳破坏又规定此间隙“不宜小于不宜小于50mm”;同时还规定在工作温度;同时还规定在工作温度-20 C地区地区的桁架,为防冷脆,的桁架,为防冷脆,“腹杆与弦杆相邻焊缝焊趾间净腹杆与弦杆相邻焊缝焊趾间净距不宜小于距不宜小于2.5t”。同样,这些规定不能理解为杆件。同样,这些规定不能理解为杆件间间隙
19、愈大愈好,在某些情况如出现矛盾,应妥善处间间隙愈大愈好,在某些情况如出现矛盾,应妥善处理。理。yftc/23515第29页,共113页。随着热轧随着热轧H型钢在我国投产,剖分型钢在我国投产,剖分T型钢用于型钢用于桁架弦杆桁架弦杆或腹杆的情况越来越多。或腹杆的情况越来越多。T 型钢桁架的优点是:无离缝、型钢桁架的优点是:无离缝、防腐易处理、用钢量省。防腐易处理、用钢量省。问题:问题:(1 1)节点施工不方便;)节点施工不方便;(2 2)节点构造方式不同,节点内的应力状态更加复)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;杂,同时,对节点受力研究不够,
20、故规范公式均不适用;(3 3)板件的局部稳定难以满足)板件的局部稳定难以满足8888规范的规定。规范的规定。第30页,共113页。轴心受压构件和弯矩使自由边受拉的压弯构件,轴心受压构件和弯矩使自由边受拉的压弯构件,对热轧剖分对热轧剖分T型钢的局部稳定:型钢的局部稳定:原原88规范规定的宽厚比限值:规范规定的宽厚比限值:新规范规定的宽厚比限值:新规范规定的宽厚比限值:计算模型为考虑翼缘与腹板完全嵌固,取屈曲系数为计算模型为考虑翼缘与腹板完全嵌固,取屈曲系数为1.28,不近合理,需试验验证。,不近合理,需试验验证。yf/235)1.010(yf/235)2.015(第31页,共113页。桁架节点铰
展开阅读全文