大跨空间结构模拟复习题
试卷A
（前6题每题10分，后2题每题20分，下同）
1．简述大跨空间结构的基本结构形式及其共同特点。
答案：薄壳结构、网格结构（网架结构、网壳结构）、张力结构（悬索结构、薄膜结构）、混合结构等。共同特点是：三维受力，通过合理的曲面形体抵抗外荷载作用。
2．简述空间桁架位移法的计算原理和步骤。
答案：基于空间杆系有限元理论，具体步骤为：1）建立基本方程及单元刚度矩阵; 2) 建立整体刚度矩阵；3）边界条件处理；4）内力计算及平衡校核；5）根据收敛条件来进行结构重分析。
3．简述两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架的受力特点和应用范围。
答案：1）两向正交正放网架：构造简单，刚度较弱，适用中小跨度、平面形状为矩形情况。 2）两向正交斜放网架：各榀桁架刚度各异，形成良好空间作用，适用于大跨度建筑。3）两向斜交斜放网架：构造复杂，受力欠佳，适用于矩形平面，有特殊建筑要求时采用。
4．简述张力结构的三个基本要素，及其对结构力学性能的影响。
答案：张力结构的三个基本要素为互反曲面、初始预张力、几何非线性。互反曲面的作用是维持结构的形状稳定性；初始预张力的作用是增强结构刚度；几何非线性的作用是使结构具有刚度硬化的特点，使结构的刚度不仅与材料的弹性伸长有关，还与构件的刚体转动有关。
5．试列举3种增强索结构形状稳定性的措施。
答案：设置重屋面、形成混凝土薄壳、施加稳定索、采用劲性构件、与刚性结构结合形成混合体系。
6．简述织物类膜材的基本构成以及各部分的作用。
答案：基材、涂层、面层。基材决定了材料的力学性能，如抗拉强度、抗撕裂强度等；涂层起密实和保护基材的作用，决定了材料的物理性能，如防火、防潮、透光等。面层起自洁和防紫外线辐射的作用。
7. 论述哈尔滨国际会展体育中心主馆结构体系的受力特点。
答案：1）128米跨度的预应力张弦桁架由前端的人字形摇摆柱和后端的刚性柱支承，桁架与刚性柱之间连接为固定铰支座，摇摆柱使桁架与下部结构间形成了理想的可动铰支座，使超大跨度的张弦桁架的整体受力形成理想的简支形式，这样可以很好的释放桁架中的温度应力。2) 前端的人字柱既可以传递竖向力，又可以为建筑物提供提供足够强大的纵向刚度，从建筑造型和结构受力上看都是比较理想的。3）大厅前立面玻璃幕墙的支撑桁架（抗风柱）上端与张弦桁架连接在一起，并采用了一种专门设计的连接构造，使两者间仅传递水平向力，竖直向
不传力，这样近30m 高的幕墙支撑桁架得到可靠的水平支承，又可以不负担屋面的竖向荷载，使二者的受力都比较明确。4）为了方便施工，张弦桁架与摇摆柱，张弦桁架与纵向支撑间的连接大量采用了销栓式连接。张弦桁架中的一些受力复杂的关键节点采用铸钢件，节点处避免了产生复杂的焊接温度应力。
8．设有一承受均布荷载的抛物线索，已知索跨度为10m ，索水平张力为10kN ，均布荷载为0.5kN/m 。试求索的跨中垂度。
答案：由悬索结构的基本平衡微分方程可得到在竖向均布荷载作用下，索的水平
张力可表示为2
8ql H f
=，将已知条件代入该式，可得到索的跨中垂度为22
0.5100.625m 8810ql f H ?===?。
试卷B
1．简述螺栓球节点网架结构中螺栓的选择过程。
答案：（1）采用矩阵位移法等有限元方法求解单元内力；（2）如单元设计内力为拉力，螺栓则按照此拉力设计；计算公式为[]b b t n t N A f ψ=；（3）若单元内力为压
力，则螺栓按照设计内力绝对值求得螺栓直径后，减少1～3个级别，但需保证套筒任何截面具有足够的抗压强度。
2．简述网壳结构中装配应力的计算方法。
答案：网壳结构装配应力的计算采用空间杆系的有限单元法，基本原理与计算温度应力时相仿，即把杆件长度的误差比拟为由温度伸长或缩短即可。
3．简述正放四角锥网架、斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架的受力特点和应用范围。
答案1）正放四角锥网架：受力均匀，空间刚度大，应用最广；2）正放抽空四角锥网架：杆件数目少、构造简单、下弦杆件受力不均匀，刚度较小，用于较小跨度、轻屋面、无吊顶。3）斜放四角锥网架：上弦杆短、下弦杆长、节点构造简单，应用较广泛。
4．简述何为“形效结构”，并举例说明其受力特点。
答案：形效结构是指结构构件的纵轴形状与外荷载的形态相关，从而使构件以受轴向力为主，其典型形式为柱和拱。而像梁那样，以受弯曲应力为主的结构（构件）则称为非形效结构。
5．列举3种平面双索结构形式，并说明它们在结构和建筑性能方面的差异。 答案：凸式的结构占用空间较大，且结构抗非对称荷载的能力较弱；凸凹式的排
水不好；凹式的结构占用空间较小，但也存在排水问题；Jawerth 体系具有较好的抵抗非对称荷载能力，但是连接节点复杂。
6．简述膜结构设计的基本流程及各阶段需要完成的内容。
答案：膜结构的设计流程主要包括：初始形态分析、荷载效应分析、裁剪设计三部分。初始形态分析应确定满足一定初始应力分布的膜结构在自平衡态的几何形状。荷载效应分析应计算满足静力平衡条件的、在荷载作用下的结构内力和位移。裁剪分析应将空间膜曲面进行适当的剖分，将剖分的膜片展开为平面，在计算预应力的影响后确定膜材料的裁剪下料图。
7．试述索穹顶结构的基本思想、体系构成和受力特点。
答案：索穹顶是由美国工程师Geiger 根据Fuller 提出的“全张力体系”（Tensegrity ）的概念发展而来的。Tensegrity 原是指由连续的拉杆与分散的压杆组成的自平衡体系，其指导思想是充分发挥杆件的受拉作用。这种体系由沿辐射方向布置的脊索、布置在与脊索同一竖平面内的斜向拉索（斜索）和竖向压杆（竖杆）、以及将同一圈竖杆的下端连成一体的环索组成；从受力特点看，它实际是一种特殊形式的双层空间索系；膜材覆盖在脊索上，在相邻脊索之间用一根谷索将膜材张紧。
8．设有一承受均布荷载的抛物线索，已知索跨度为10m ，索跨中垂度0.5m ，均布荷载为0.5kN/m 。试求索内水平张力。
答案：由悬索结构的基本平衡微分方程可得到在竖向均布荷载作用下，索的水平
张力可表示为2
8ql H f
=，将已知条件代入该式，可得到索内水平张力为22
0.51012.5880.5ql H kN f ?===?
试卷C
1．简述空间结构从几何外形上可分为几类，并举例说明。
答案：正高斯曲面，如球面网壳；零高斯曲面，如柱面网壳；负高斯曲面，如鞍形索网。
2．为什么从受力性能上讲正交正放四角锥网架优于正交斜放四角锥网架体系？ 答案：上弦杆短，下弦杆长，充分发挥截面作用；节点汇交杆件少，节点构造简单。
3．网架结构用空间桁架位移法求解时，为什么需进行多次迭代求解才能确定截面尺寸？
答案：因为网架结构是多次超静定体系，结构的内力和内力的分布与结构的刚度
有密切的关系，一组截面进行更新后，内力也将重新分布，这样就必须考虑对网架进行再一次计算，只有迭代多次后，才能得到满意的结果。
4．简述在膜结构的初始形态分析中，为何可以忽略材料的本构关系。
答案：膜结构的初始形态分析是要确定在一定边界约束条件下的初始平衡问题，即在给定“态”的前提下，确定与之对应的“形”。此过程中只涉及体系的平衡方程，而不涉及变形协调方程和材料本构方程，因而可不必采用真实材料本构。
5．说明索拱结构与张弦结构在力学性能上的差别。
答案：索拱体系两端一般为固定铰支座；索和拱可分别支承在不同结构上；体系自身通常不构成封闭力系。张弦结构一端为滑动铰支座，刚性构件的水平推力通过支座滑动与索拉力平衡；为自平衡体系，简化了施工。
6．说明骨架支承膜结构中膜的作用。
答案：降低屋面自重；增大支承骨架的网格尺寸；形成明亮通透的室内空间效果。
7．试论述哈尔滨国际会展体育中心工程中，张弦桁架（包括下部钢结构）体系的受力特点？
答案：（1）人字柱既可以传递竖向力，又提供足够强大的纵向刚度；（2）拉索锚固端节点设置在桁架的形心处，使得拉索中的拉力由相交与一点的5根桁架腹杆直接传递到桁架弦杆上，传力路径直接，简化了拉索锚固端节点的构造；（3）拉索撑杆与拉索垂直，便于撑杆位置的稳定，也较大地减少拉索在撑杆间的预应力损失；（4）为了方便现场施工，张弦桁架与摇摆柱，桁架与纵向支撑间的连接大量采用了销栓式连；（5）张弦桁架中的一些受力复杂的关键节点采用铸钢件，节点处避免产生了的复杂焊接温度应力。
8．试论述当垂跨比不大时，为何较小的索内力变化将引起较显著的索垂度变化。
已知索长计算公式为
2
2
8
1
3
f
s l
l
??
=+
?
??
，其中f为索垂度，l为索跨度，s为索长度。
答案：考察索长变化与索垂度变化的关系
16
3
f
ds df
l
= f/l
= 0.1时Δf = 1.875?s ，因此当垂跨比不大时，较小的索长变化将引起较显著的垂度变化。又因为索长的变化与索内力呈正比，因此有较小的索内力变化将引起较显著的索垂度变化。
试卷D
1．网架设计采用空间桁架位移法，其计算假定有哪些？
答案：（1）节点为铰接，杆件只承受轴力；（2）按小挠度理论计算；（3）按弹性方法分析；（4）仅承受节点集中荷载。
2．简述三角锥网架、抽空三角锥网架、蜂窝形三角锥网架的受力特点和应用范
围。
答案：1）三角锥网架：受力均匀，空间刚度大，适用于大中跨度及重屋面的建筑物。2）抽空三角锥网架：整体刚度较差，适用于中小跨度的轻屋面的建筑物。
3) 蜂窝形三角锥网架：上弦平面六边形，增加屋面板布置和找坡的困难，适用于中小跨度的周边支承网架，用于六边形、圆形和矩形平面。
3．简述网架结构温度计算的基本步骤。
答案：（1）将网架各节点加以约束，求出因温度变化而引起的杆件固端内力和各节点的节点不平衡力；（2）取消约束，将节点不平衡力反向作用在节点上，用空间桁架位移法求由节点不平衡力引起的杆件内力；（3）将杆件固端内力与由节点不平衡力引起的杆件内力叠加，即求得网架的杆件温度应力。
4．说明预应力双索体系中稳定索的作用。
答案：（1）抵抗风吸力的作用；（2）通过张拉稳定索对体系施加预张力；（3）提高体系的刚度；（4）减轻屋面重量，提高结构抗震性能。
5. 简述Levy 体系索穹顶相对于Geiger 体系做了那些改进？优点是什么？
答案：改进：1）将脊索由辐射状布置改为联方形网格的形式；2）取消起稳定作用的谷索，斜索和压杆的布置也作了相应调整。优点：1）膜单元呈菱形双曲抛物面，可自然绷紧成形；2）整体空间作用加强，在不对称荷载或局部荷载作用下刚度有较大提高。
6. 简述高强钢棒相对于钢丝缆索的优点。
答案：钢棒在韧性、疲劳寿命、整体性、防火防腐性能方面均要优于钢丝缆索体系；而且易于吊运安装和测力，易于与不同构件连接。
7．试论述网架高度和网格尺寸的确定原则。
答案：网格尺寸和网架高度与网架跨度、支承情况、建筑平面、屋面材料、荷载大小等因素有关。网架尺寸取决于屋面材料的选用，若屋面采用无檩体系，即采用钢丝网水泥板或带肋钢筋混凝土屋面板，网格尺寸不宜超过4m，否则屋面板将很笨重；如采用有檩体系，受檩条经济跨度影响，网格尺寸不宜超过6m。网格尺寸（s）与网架高度（h)有密切关系，s/h之比越大，斜腹杆与上、下弦平面夹角越小，通常应使斜腹杆与弦杆夹角为40° 55 °。
8．试论述找形法和找态法的区别所在。
答案：找态法沿用了传统结构力学分析的思路，分析中利用了力的平衡方程、变形协调条件和材料本构关系，因此需要较为准确地给定初始几何形状，否则计算得到的预张力分布极不均匀。找形法仅利用了力的平衡方程，而放弃了变形协调条件和材料本构关系；因此尽管在找形过程中体系发生了较大的位移，但其内力仍为最初设定值。
大跨空间结构案例分析
通过这一个学期建筑结构选型将建筑结构分类如下:●平面结构 梁柱结构(框架结构 桁架结构 单层钢架结构 拱式结构 ●空间结构 薄壁空间结构 网架结构 网壳结构网格结构 悬索结构 薄膜结构 ●高层建筑结构 ●平面结构 平面屋盖结构空间跨度相比较小,节点、支座形式较简单。 2008年奥运会摔跤比赛馆总建筑面积约23950平方米,比赛馆平面是一个82.4*94米平面,屋面是反对称的折面,采用巨型门式钢钢架结构,将建筑塑造为富有韵律感的
造型,如图所示。三维整体模型工程屋盖由12榀空间门式钢钢架组成,跨度82.4米,中心距8,0米,钢刚架为四肢组合的格构式结构。构件间的连接节点均为相贯节点,钢架柱(钢管连接于看台部分的钢筋混凝土柱,屋盖结构外形简洁、流畅,节点形式简单,刚度大,几何特性好。 单榀空间门式钢刚架单榀空间门式钢刚架(有连系杆单榀空间门式钢刚架(有连系杆
刚架柱支座 ●空间结构 ●网格结构 ?网架结构 一:2008奥运会国家体育馆 国家体育馆位于北京奥林匹克公园中心区,建筑面积80 476m2 ,固定座席118 万座,活动座2 000座,用于举办2008 年奥运会的体操、手球比赛,赛后用于举办体育比赛和文艺演出。虽然体育馆在功能上划分为比赛馆和热身馆两部分,但屋盖结构在两个区域连成整体,即采用正交正放的空间网架结构连续跨越比赛馆和热身馆两个区域,形成一个连续跨结构。空间网架结构在南北方向的网格尺寸为815m,东西方向的网格有两种尺寸,其中中间(轴a和○K之间的网格尺寸为1210m,其他轴的网格尺寸为815m。按照建筑造型要求,网架结构厚度在11518~31973m之间。不包括悬挑结构在内,比赛馆的平面尺寸为114m ×144m,跨度较大,为减小结构用钢量,增加结构刚度,充分发挥结构的空间受力性能,在空间网架结构的下部还布置了双向正交正放的钢索,钢索通过钢桅杆与其上部的网架结构相连,形成双向张弦空间网格结构。其中最长桅杆的长度为91237m,钢索形状根据桅杆高度通过圆弧拟合确定。在
大跨度空间结构复习题
1空间结构的特点：1）空间结构具有合理形体，三维受力特性，内力均匀，结构整体刚度大，抗震性能好。对集中荷载的分散性较强，能很好的承受不对称荷载或较大的集中荷载。2）自重轻，经济性好。3）便于工业化生产4）形式多样化，造型美观。5）有较大的跨越能力，为建筑功能提供较大的空间。6）建筑，结构和使用功能的统一。 2大跨度空间结构分类按大跨度空间结构的受力特点可分为刚性，柔性空间结构和杂交结构体系按单元划分分为板壳单元，梁单元，杆单团，索单元和膜单元。 3刚性空间结构体系包括薄壳，空间网络和立体桁架结构。薄壳结构多为钢筋混凝土整体浇灌而成 4空间网格结构一般是由钢杆件按一定规律组成的网格状高次超静定空间杆系结构。空间网格结构根据外形分：网架——外形呈平板状，网壳——其外形呈曲面状 5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。 6柔性空间结构体系是指由柔性构件构成，通过施加预应力而形成的具有一定刚度的空间结构体系（包括：悬索结构，膜结构，张拉整体结构）。 7杂交空间结构体系：第一类为刚性结构体系之间的组合，第二类为柔性结构体系于刚性结构体系的组合，第三类为柔性体系之间的组合。 8单层网壳由梁单元组成，而双层网壳由杆单元组成 9网架结构具有空间三维受力、整体性好、刚度好、施工简单、快捷等优点。优点：1，应用范围广2，建筑高度小，能更有效的利用建筑空间，获得良好的经济效益。3，网格结构的刚度大，整体性好，抗震性好。4，网格尺寸小，可采用小规模的杆件界面，并为采用轻型屋面提供了便利的条件。5）便于制造定型化，网格可做成少数几种标准尺寸的组合单元，节点和零件，在工厂大量生产。组合单元若采用螺栓连接，网架可装可拆，也可任意加长或缩短，灵活性更大。6）由于网架杆件与节点的单一性，一般结构设计所需的施工图纸比较少。 10网架结构形式按结构组成分有双层和三层网架；按支承情况，可分为周边支承、点支承、三边支承和两边支承，周边支承与点支撑相结合的混合支承，按网格组成情况，可分为有两向或三向平面桁架组成的平面桁架体系和由三角锥、四角锥组成的空间桁架体系。根据搁置方式不同，可分为周边支承、点支撑、三边支撑和两边支承，以及周边支承与点支撑相结合的情况。 11双层网架由上下两个平放的平面构架做表层，上、下表层设有层间杆件相联系。组成上下表层的杆件称为网架的上弦杆或下弦杆，位于两层之间的杆件称为副杆。 12三层网架由3个平放的平面构架及层间杆件组成。三层网架结构的稳定性能比双层网架好，杆件密集，传力路径众多，结构有更好的安全储备，致使结构有很好的延性。三层网架结构杆件内力分布均匀。三层网架也存在不足之处是节点和杆件数量增多，中层节点上的链接的杆件较密。 13常用的柱帽形式有3种：1柱帽设置在网架下弦平面下，就是在支点处向下延伸一个网架高度，这种柱帽能很快将柱顶反力扩散，由于假设柱帽将占据一部分室内空间。2柱帽在网架上弦平面之上，就是在支点处向上延伸一个网架高度，其优点是不占室内空间，柱帽上凸部分可兼作采光天窗。3柱帽布置在网架内，将上弦节点直接搁置于柱顶，使柱帽呈伞形，其优点是不占室内空间，屋面处理较简单。这种柱帽承载力较低，适用轻屋盖或中小跨度网架。 14按网格形式分类,网架可分为平面桁架系和空间桁架系。平面桁架体系由平行斜架组成，杆件较多，刚度较大，适用与各种跨度。平面桁架体系分为1两向正交正放网架2两向正交斜放网架3两向斜交斜放网架空间桁架体系分为四角锥体系和三角锥体系四角锥体系是由许多四角锥按一定规律组成，组成的基本单位为倒置四角锥，这类网架上下弦平面均为方
大跨空间结构学习心得
大跨空间结构的学习心得 上大学以来，我总是喜欢看一些建筑类的书籍，每每看到那些对我来说不可思意的建筑，我都会被她们的雄伟气势、美妙绝伦的造型所深深吸引和被她们的设计者所完全折服。当然对于一个即将成为建筑人的我来说，这更是一种自豪。在这其中大跨空间结构，印象尤为深刻。这一学期的《大跨空间结构》课程让我更进一步的认识了空间结构。 记得小时候和朋友交换着把绳子在手指间支成各种各样的空间形状，那时侯的小游戏---“玩翻绳”，仔细想来它其实附含着一个很深的哲理---结构是变化的、是简单和复杂的综合体。两点一线、三点一面，面和面组合成空间。任何结构物本质上都是空间性质的，只不过出于简化设计和建造的目的，人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。与此同时，无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展，而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力，体现出大自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力，而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度增大时，空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上，当跨度达到一定程度后，一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看，大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。 大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩，可分为如下这些类型：钢筋混凝土薄壳结构、平板网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构和索－膜结构。钢筋混凝土薄壁结构在50年代后期及60年代前期在我国有所发展，当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳，在理论研究方面还投入过许多力量，制定了相应的设计规程。但这种结构类型日前应用较少，主要原因可能是施工比较费时费事。平板网架和网壳结构，还包括一些未能单独归类的特殊形式，如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等，总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快，且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用，可总称为张力结构。这类结构富有发展前景。 薄壳结构也叫实体结构。从某些方面可以说他是拱的演变，这与他的受力和造型特点有关。早在古罗马时代，人们就建造了万神殿，其中央大殿为直径43.5米的半圆球型穹顶。与传统的平面结构相比，薄壳结构造型优美、传力路线直接、受力性能良好。薄壳结构除了承重结构作用外又是维护结构，
大跨空间结构答案.doc
大跨空间结构(答案整理) 一、单项选择题（共20分,每小题2分） 1. 下列哪一种空间结构在高空作业时施工费用最高（ B ） A. 网格结构 B. 折板结构 C. 平板结构 D. 混合结构 2. 下列哪一种网架结构的刚度最差（ D ） A. 两向正交正放网架 B. 两向正交斜放网架 C. 三向网架 D. 单向折线形网架 3. 若三角锥网架的全部杆件等长（其中h 为网架高度，s 为弦杆长度），必须满足下列哪 一种条件（ D ） A. 腹杆与高度方向的夹角为33arccos B. 腹杆与高度方向的夹角为2 3arccos C. 腹杆与高度方向的夹角为32arccos D. A 、B 、C 都不对 4. 下列哪种网架的节点处杆件汇交的数量最少（ B ） A. 两向正交正放网架 B. 蜂窝形三角锥网架 C. 棋盘形四角锥网架 D. 抽空三角锥网架 5. 下列哪种网架的节点处杆件汇交的数量最多（ A ） A. 三向网架 B. 三角锥网架 C. 四角锥网架 D. 星形四角锥网架 6. 下列哪一种网架屋面构造最为复杂（ D ） A. 星形四角锥网架 B. 棋盘形四角锥网架 C. 斜放四角锥网架 D. 两向斜交斜放网架 7. 正放四角锥网架须满足下列哪种条件方能做到所有杆件等长（ A ） A. 网架腹杆与弦杆的夹角为60° B. 网架腹杆与竖向的夹角为60° C. 网架腹杆与腹杆的夹角为60° D. 以上答案均不正确。 8. 下列哪一种网架受力的均匀性较差（ C ） A. 正放四角锥网架 B. 正放抽空四角锥网架 C. 星形四角锥网架 D. 棋盘形四角锥网架 9. 有一间接承受动力作用的网架，其受拉杆的容许长细比[]λ为（ D ） A. 180 B. 200 C. 250 D. 300
大跨度空间结构工程案例样本
大跨度空间结构案例及分析
1、大跨度空间结构选型的概念 跨度超过30米的空间结构就是大跨度空间结构。大跨度空间结构使建筑实现较大的跨度, 满足建筑大空间的使用要求, 而且结构轻巧, 造型优美, 受力合理, 实用耐久, 用钢量低。大跨度空间结构不但使空间的水平分隔的灵活性增大, 而且也增大了垂直方向的自由调整的可能性。大跨度空间结构的选型即大跨度空间结构体系方案的优化选择, 实际上就是对适合建筑设计的多种结构体系方案进行分析、比较、判断、假设、择优的过程。 2、大跨度空间结构选型的原则 大跨度建筑迅速发展的原因一方面是由于社会发展使建筑功能愈来愈复杂; 另一方面则是新材料、新结构、新技术的出现, 促进了大跨度建筑的进步。因此大跨度空间结构的发展是在结构受力合理, 造型美观等诸多因素的限制下发展起来的。各种结构不同的优势与劣势, 只有将它们合理的运用起来, 才能达到技术与艺术都最合适的结构选择, 甚至创造出完美的建筑。 在大跨度空间结构中引入现代预应力技术, 不但使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。经过适当配置拉索, 或可使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载。前者即为斜拉结构体系, 后者则为预应力结构体系。这一类”杂交”结构体系将改进原结构的受力状态, 降低内力峰值, 增强结构刚度、经济效果明显提高。
一、案例 南京医科大学新建新基础医学教学与科研楼/教研服务中心工程, 位于南京市江宁大学城,分教学楼和教研服务中心两部分。其建筑群皆为四周办公楼中间设中庭的结构形式,中庭跨度约55米,屋面采用折叠钢屋架结构,钢屋架上铺设玻璃采光天窗,有效的解决了楼内的采光问题,外观造型线条优美,气势磅礴,在满足使用功能的同时,又给人以美的享受。 1.1 工程概况 中庭钢结构屋面, 结构形式为一倾斜的折叠钢屋架。位于一区、二区、三区、四区之间, 高端支撑于一区和四区的屋面钢结构上, 经过固定支座与一区和四区的屋面钢结构相连; 低端支撑于二区和三区的屋面钢结构上, 经过滑动支座与一区和四区的屋面钢结构相连, 边榀下设箱型柱支撑。 中庭折叠钢屋架由5榀正三角形管桁架组成, 两边悬挑。低端钢桁架下弦标高从15.831米至17.271米, 上弦标高从17.940米至19.080米, 高约2米, 宽23.477米; 高端下弦标高20.490米至22.274米, 上弦标高从24.752米至26.524米, 高约4米; 跨度: 第一榀40.306米, 第二榀48.133米, 第三榀56.825米, 第四榀58.673米, 第五榀53.862米, 钢折梁屋面部
建筑构造(一)考试复习题
、单项选择题 1.除住宅建筑之外的民用建筑高度大于（ d ）为高层建筑（不包括单层主体建筑） 大于（ ）时为超高层建筑。 A. 16m , 20 层 B. 16m , 40 层 C. 24m , 100 层 2.结构的承重部分为梁柱体系，墙体只起围护和分隔作用，此种建筑结构称为（ 11.下列选项中，不是建筑剖面图所表达的内容的是（ 12.基础埋深不得过小，一般不小于（ c ）。 A. 300mm B. 200mm C. 500mm D. 400mm 建筑构造（一） ，建筑总高度 D. 24m , 100m A.砌体结构 B.框架结构 C.板墙结构 D.空间结构 3?—般建筑跨度 30m 以上的大跨度建筑采用（ ）结构。 A.砌体 B.框架 C.板墙 D.空间 4.建筑物的耐久等级为二级时其耐久年限为（ ）年，适用于一般性建筑。 A. 50 ?100 B. 80 ?150 C. 25 ?50 D. 15 ?25 5.建筑物的设计使用年限为 50年，适用（ A.临时性结构 B.易于替换的结构构件 C.普通房屋和构筑物 D.纪念性建筑和特别重要的建筑结构 8.模数60M 的数值是（c ），经常用于（ A. 60mm ，构件截面或缝隙 B. 600mm ，门窗洞口 C. 6000mm ，柱距或开间 D. 60000mm ，建筑总尺寸 A.各层梁板、楼梯、屋面的结构形式、位置 B.楼面、阳台、楼梯平台的标高 C.外墙表面装修的做法 D.门窗洞口、窗间墙等的高度尺寸
24. 纵墙承重的优点是（ a ）。 25. 在一般民用建筑中，不属于小开间横墙承重结构的优点的是（ a ）。 A.空间划分灵活 B.房屋的整体性好 C.结构刚度较大 D.有利于组织室内通风 13.柔性基础与刚性基础受力的主要区别是（ A. 柔性基础比刚性基础能承受更大的荷载 B. 柔性基础只能承受压力，刚性基础既能承受拉力，又能承受压力 C. 柔性基础既能承受压力，又能承受拉力，刚性基础只能承受压力 D. 刚性基础比柔性基础能承受更大的拉力 14.刚性基础的受力特点是（ d ）。 A.抗拉强度大、抗压强度小 B.抗拉、抗压强度均大 C.抗剪切强度大 D.抗压强度大、抗拉强度小 15.砖基础的采用台阶式、逐级向下放大的做法，一般为每 A. 1 /4 砖 B. 1 / 2 砖 C. 3 / 4 砖 D. 一皮砖 2皮砖挑出（a 0的砌筑方法。 16.地基软弱的多层砌体结构，当上部荷载较大且不均匀时，一般采用（ c ）。 A.柱下条基 B.柱下独立基础 C.片筏基础 D.箱形基础 21 .下面既属承重构件，又是围护构件的是（ a ）。 A.墙、屋顶 B.基础、楼板 C.屋顶、基础 D.门窗、墙 22.墙体按受力情况分为（b ）。 A.纵墙和横墙 B.承重墙和非承重墙 23.墙体按施工方法分为（ a ）。 C.内墙和外墙 D.空体墙和实体墙 A.块材墙和板筑墙等 B.承重墙和非承重墙 C.纵墙和横墙 D.空体墙和实体墙等 A.空间组合较灵活 B.纵墙上开门、窗限制较少 C.整体刚度好 D.楼板所用材料较横墙承重少
大跨空间结构答案
四、简答题（共20分,每小题5分） 1.在进行网架节点设计时，有哪些基本要求？ 答：①牢固可靠，传力明确简捷；（1分） ②构造简单，制作简单，安装方便；（1分） ③用钢量省，造价低；（1分） ④构造合理，使节点尤其是支座节点的受力状态符合设计计算假设。（2分） 2.确定网架结构的网格尺寸时，需要考虑哪些因素？ 答： 1)与屋面材料有关。钢筋混凝土板尺寸不宜过大，否则安装有困难，一般不宜超过 3m；当采用有檩体系构造方案时，网架一般不超过6 m。（3分） 2)与网架高度有一定比例关系。夹角过大、过小，节点构造会产生困难。（2分） 3. 当网架只承受恒载、活载、风载作用时，应考虑哪些荷载组合？ 答： ①永久荷载+可变荷载（1分） ②②永久荷载+半跨可变荷载（2分） ③网架自重+半跨屋面板+施工荷载（2分） 4．在螺栓球节点网架中杆件的计算长度L0等于杆件几何长度L，而在焊接球节点网架中杆件的计算长度L0小于杆件几何长度L，试说明理由。 答：在焊接球网架中，焊接球通过焊缝与杆件连接，由于焊接抗弯刚度大，工作性能接近于刚节点，故计算长度L0 市场常供钢管。（4）考虑到杆件材料负公差的影响，宜留有适当的余地。 6.用有限单元法对网架进行分析时，采用了哪些基本假设？ 答：①假定节点为铰节点，每个节点有三个自由度，忽略节点刚度的影响；②荷载作用在网架节点上，杆件只承受轴力；③材料在弹性阶段工作，符合胡克定律；④假定网架的变形很小，由此产生的影响予以忽略。 7.屋面排水坡度的做法共有几种方式？这几种方式有何特点？ 答：（1）上弦节点上加小立柱找坡：当小立柱较高时，应注意小立柱自身的稳定性，此法构造比较简单。（2）网架变高度：当网架跨度较大时，会造成受压腹杆太长的缺点。（3)支承柱变高：采用点支撑的网架可用此法找坡。（4）整个网架起拱：一般用于大跨度网架。网架起拱后，杆件、节点的规格明显增多，使网架的设计、制造、安装复杂化。 8．焊接球节点有哪些优缺点？ 答：优点：构造和制造均较简单，球体外型美观、具有万向性，可以连接任意方向的杆件。缺点：用钢量较大，节点用钢量占网架总用钢量的20%~25%；冲压焊接费工，焊接质量要求高，现场仰焊、立焊占很大比重；杆件下料长度要求准确；当焊接工艺不当造成焊接变形过大后难于处理。 9.空间结构与平面结构有何不同？ 答：平面结构,荷载作用方向平行于结构中面并沿结构中面方向均匀分布,或不同平面的结构单一在各向平面内的平行荷载作用下相互间的合作效应没有影响或影响很小。空间结构，具有不宜分解为平面结构体系的三维形体,具有三维受力特性,在荷载作用下呈空间工作的结构。 10.空间结构有哪几种基本类型？各类基本类型有哪些主要形式？ 答：（1）实体结构（薄壳、折板、平板）。（2）网格结构（网架、网壳、立体桁架）。（3）张力结构（悬索、薄膜）。（4）混合结构（张弦梁（桁架）、斜拉网架（网壳）、索承网壳） 11.何为实体结构、网格结构、弦力结构、混合结构？ 答：实体结构：用钢筋混凝土材料建造，内部无空洞或空洞率很小的结构，特点①以薄膜压力为主，能充分发挥混凝土强度；②折板抗弯刚度大，可作为受弯和压弯构件；③既是承重结构，又是维护结构；④曲面壳体模板复杂，耗工、耗材、耗时。网格结构：由标准化的刚构件和加大组成，并按一定规律相连而成的高次超静定空间网状结构。张力结构：通过对 大跨度空间结构中的钢网架结构设计分析 发表时间：2019-11-15T16:04:56.187Z 来源：《建筑细部》2019年第12期作者：苏海丽[导读] 近些年，在社会发展的影响下，我国的城市建筑技术快速进步，以及人们生活空间需求的增大，城市建设中超大型复杂结构的建筑物不断涌现，钢结构有多方面的优势，在此类建筑中广泛运用。苏海丽 华电重工股份有限公司北京 100070 摘要：近些年，在社会发展的影响下，我国的城市建筑技术快速进步，以及人们生活空间需求的增大，城市建设中超大型复杂结构的建筑物不断涌现，钢结构有多方面的优势，在此类建筑中广泛运用。文章分析了大跨度空间钢网架结构的设计要点，供业内人士参考。 关键词：大跨度；钢网架结构；设计 引言 近些年来，钢网架结构设计在我国的空间结构设计中得到了广泛的应用，主要是因为自身重量较强，实际安装操作比较简便，受力传递比较合理，具有较强的刚度以及抗震性，所以设计师可以利用这些优点，根据自己的想象进行自由创作，为其提供了丰富的创作空间，可以将自己的想法充分的展现在建筑结构设计中。在建筑平面设计方面，可以适用圆形、矩形、多边形等多种形状，在外形上可以形成椭圆面、球面以及旋转抛物面等各种形式，所以能够展现出良好的外观。因为钢网架的杆件以及节点能够进行定型化，所以可在工厂中进行批量的定制，实施工业化生产，可有效的提高施工效率，节约施工成本。在实际设计的过程中，还需要根据建筑的用途以及周围环境进行合理构思，在保证各项技术参数合理的情况下，还要考虑到经济性，从而达到最高的性价比。 1钢网架结构的选型 钢网架结构是使用比较普遍的一种大跨度屋顶结构。这种结构整体性强，稳定性好，空间刚度大，防震性能好。网构架高度较小，能利用较小杆形构件拼装成大跨度的建筑，有效地利用建筑空间。适合工业化生产的大跨度网架结构，外形可分为平板型网架和壳形网架两类，能适应圆形、方形、多边形等多种平面形状。平板型网架多为双层，壳形网架有单层和双层之分，并有单曲线、双曲线等屋顶形式。钢网架结构较为复杂，需要进行科学的选型，才能确认整体结构。钢网架结构是空间铰接杆系结构，一定要全面考虑到整体结构在力学上的问题，确保结构更加稳定。按现行标准要求，网架结构设计要满足受力需要，对外部压力、受力方向要严格遵守设计要点，保证在受到任何外力作用下，网架结构均稳定平衡，不发生几何变形问题，实现结构整体的安全性。要想从根本上确保网架结构稳定，就需要对网架结构做合理的选型，合理的选型结构直接关系到整体结构，所以要根据实际情况确定选型，保证安全稳定。选型时，一要全面考虑几何问题，因为结构几何不确定则会出现更多的可变量，影响到结构稳定。在实际施工过程中，网架结构样式非常多，要根据使用功能、所处区域特征做好选型，在具体选择时，要看建筑平面、尺寸、荷载、网架、安装及成本，做好全面选择，以经济性原则为出发点，从几个设计方案中择优选择一个设计思路。在选型时，要全方位考虑，一是看用钢量多少，用钢量是主要考虑的方向，要在经济性原则基础上，确保用量最少，材料最少；二是连接节点造价，杆件与节点连接部位造价也要保证安全的前提下，成本最低；三是安装费用，各种材料运输和安装费用也关系到经济效益，所以要综合考虑各项经济指标。通过实践证明，选型最好的结构是三角锥网格和四角锥网格，按这种几何单元确定的网架结构非常稳定，是施工中经常用到的几何单元形式，能够保证各个结构单元上的稳固，具有不变性的明显特点。 2大跨度钢网架结构的设计要点 大跨度钢网架结构的荷载形式应被重点关注，设计时应全面考虑荷载类型，荷载类型则主要包含永久荷载、可变荷载、偶然荷载三个方面。设计取值时，永久荷载应采用标准值作为代表值；可变荷载则根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；偶然荷载，是按照设计的建筑结构使用的特点确定其代表值。下面就这几种荷载类型做具体说明。 2.1永久荷载 大跨度钢网架结构在设计时，永久荷载包含网架结构的自重、檩条的自重以及屋面覆盖材料的自重。网架结构的自重计算可由计算机自动完成，屋面覆盖材料的自重计算可由计算机自动完成或采用经验公式计算得出，檩条的自重根据檩距、拉条及撑杆的布置进行计算。屋面覆盖材料通常是指防水层、屋面板、屋面保温层等所有上盖材料的自重总和，此外，检修马道、屋内吊顶或设备管道等装修构造，则按实际情况计算。 2.2可变荷载 （1）屋面活荷载。根据《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）相关规定，屋面活荷载一般按屋面的水平投影面计算。对不上人的大跨度钢网架结构屋面，屋面活荷载标准值采用0.5kN/m2，但当施工或维修荷载较大时，应按实际情况设计取值，或在维修施工中采取特殊措施。 （2）雪荷载。屋面雪荷载取值主要考虑屋面几何形状、朝向和风向等相关要素。屋面雪荷载通常小于基本雪压，但有时也会产生积雪，如双跨或多跨曲面屋顶的交接处等，此时应该考虑雪荷载不均匀分布的情况。 （3）风荷载。当建筑周围的空气流动受到建筑物的阻挡时，就会在建筑物表面的方向形成吸力或压力，这些吸力或压力即设计时须考虑的建筑物所受的风荷载。由于风的特性，使得风荷载取值设计时须考虑风的静力和动力作用的双重特点。对风敏感的或大跨度（大于60m）的柔性屋盖结构，须考虑风压脉动对大跨度钢网架结构屋盖产生风振的影响。这种情况须先进行风洞试验，根据结果按随机振动理论计算确定风荷载取值。 3钢网架结构设计方法 3.1网架结构杆件设计 钢网架是网架结构设计中比较常用的一种形式，主要以Q235和Q345钢材较多。这两种钢材具有很好的力学性能，并且焊接性能较佳，具有很强的稳定性，所以应用范围较广。作为钢网架结构中的杆件，其截面形式有很多种，其中的空腹载面较好，包括圆钢管和方钢管，这两种截面形式在各向惯性矩方面都较强，易于承受一定的外力作用。在空腹截面焊接封闭后，内部不易受到腐蚀，并且在表面不易积水积灰，所以防腐性能较佳，也是应用比较广泛的原因。 大跨度空间结构的主要形式及特点 摘要: 大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。 关键词: 大跨度空间结构形式特点 1 网架结构 由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。 1．1 网架结构的形式 (1)平面桁架系组成的网架结构。主要有:两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。 (2）四角锥体组成的网架结构。主要有:正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。 (3)三角锥组成的网架结构。主要有:三角锥网架、抽空三角锥网架(分Ⅰ型和Ⅱ型)、蜂窝形三角锥网架等型式。 (4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。 1.2 网架结构的主要特点 空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好;施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产,有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整,有利于吊顶、安装管道和设备;网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。 2 网壳结构 曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。 2.1 网壳结构的形式 主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。 2.2 网壳结构主要特点 兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性,杆件比较单一,受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便,不需大型机具设备，综合经济指标较好;造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。 3 膜结构 薄膜结构也称为织物结构,是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面,或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。 3.1 膜结构的主要形式 主要有空气支承膜结构;张拉式膜结构；骨架支承膜结构等形式。 3.２膜结构主要特点 自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富;施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性;透光性和自结性好；耐久性较差。 4 悬索结构 悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件,并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系,悬索屋盖结构通常由悬索系统,屋面系统和支撑系统三部分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝组成的平行钢丝束,钢绞线或钢缆绳等，也可采用圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。 4.１悬索结构形式 模拟试题二 一、填空题 1. 球节点是网架、网壳结构的一类基本节点形式， 和焊接球节点最为常用。正确答案：螺栓球 2. 正确答案：零 / 0 3. 正确答案：空间桁架位移法 / 空间桁架有限元法 4. （酸洗）除锈三种。正确答案：喷砂除锈 / 机械喷砂除锈 5. 正确答案：结构找坡 / 短柱找坡 / 支托找坡 6.对于张力结构，所谓的“形”指结构的曲面形状，所谓的“态”指结构内部的 正确答案：预张力 7. 正确答案：钢丝缆索 8. 织物膜材的基材种类有：正确答案：玻璃纤维 9. 2008 的气枕，这种膜材属于非织物膜材。正确答案：ETFE膜材 尽可能精确地拟合空间曲 面上的相应条块。其实质是研究一定约束条件下的空间曲面的平面展开问题。正确答案：剪裁 二、简答： 网架结构外形一定是平面吗？是否可能是曲面形式？为什么？（5分） 正确答案：不一定，可能是曲面。（2分）因为网架结构在荷载下是以受弯为主的，只要符合网架结构的受力特点，无论是平面的或曲面的，都可称之为网架结构。（3分）或答：工程中也有一些实例是曲面的，例如折板网架或曲板网架。（可给2分） 三、简答： 列举网架结构支承布置的几类主要形式，并简述其特点或适用范围。（5分） 正确答案：（1）周边支承，传力直接，受力均匀。适用于周边支承条件好的情况。（2）点支承，受力与无梁楼盖近似，支座处受力大。适用于开敞建筑。（3）周边与点支承结合，受力合理，可有效减小网架内力峰值及挠度。适用于工业厂房、展览建筑，仓库等。（4）三边或两边支承，自由边的存在对网架内力分布和挠度都不利。在飞机库、影剧院、工业厂房、干煤棚等中应用。（5）单边支承，受力与悬挑板相似。多用于挑篷结构。 四、简答： 列举一些影响网壳结构稳定性的因素。（5分） 正确答案：影响网壳稳定性的因素极其复杂，（1）材料的物理特性如弹性模量、强度；（2）结构的几何形体组成，杆件的截面尺寸；（3）支承条件以及荷载类型；（4）结构的初始缺陷；（5）网壳稳定性进行分析所采用的方法。 五、简答： 单层悬索体系的形状稳定性不好体现在哪方面？应采用哪些措施提高其形状稳定性？（5分） 正确答案：单层悬挂体系是一种可变体系，其平衡状态随外荷载分布的变化而变化，抗风能力差。提高稳定性措施：（1）采用重屋面；（2）采用钢筋混凝土悬挂薄壳；（3）增加横向加劲构件。 六、论述： 形效结构的定义，并说明实腹式梁，拱和悬索是不是形效结构。（5分） 正确答案：形效结构是指结构构件沿纵轴的形状与外荷载的分布形式有关，以实现构件以受轴力为主的目的。实腹梁不是形效结构；悬索是典型的手拉形效结构。 七、论述： 如图（1）为Geiger体系的索穹顶，（2）是以Geiger体系为基础改进而成的，请指出图（3）是什么体系的索穹顶，它的优点是什么？（5分） 正确答案：（2）是Levy体系的悬索穹顶。其优点是：1）膜单元为菱形双曲抛物面，可自然绷紧成形；2）整体空间作用加强，在不对称荷载作用下，强度有较大的提高。 建筑设计原理Ⅲ课程论文 --------大跨度空间结构选型 班级：09城市规划（2）班 学号：09202020211 姓名：刘赛 指导教师：段伟 建筑与规划学院建筑系 2011-12 目录前言 1、大跨度空间结构选型的概念 2、大跨度空间结构的发展及现状 3、大跨度空间结构的形式及特点 3—1、点连接玻璃幕墙支承结构 3—2、膜结构 3—3、薄壳结构 3—4、悬索结构 3—5、网壳结构 3—6、网架结构 4、大跨度空间结构选型的原则 4—1、满足功能 4—2、造型美观 4—3、实用耐久 4—4、受力合理 4—5、安装简便 4—6、经济合理 5、结语 大跨度空间结构选型 前言 在人类社会的发展历程中，能够提供更大跨度和空间的结构常常是人们追求的梦想和目标，空间结构的发展很大程度上反映了人类建筑史的发展。大跨度空间结构的发展使其结构选型的复杂性和重要性日益明显。各种大跨度空间结构形式的产生和发展，一方面为土木工程师能力的发挥提供了更大的余地，另一方面，由于大跨度结构设计问题的复杂性，选择余地的增大意味着选择的结构体系和类型不恰当的可能性大大增加。结构选型是建筑结构设计是最大的问题。结构的好坏直接关系到建筑物是否安全、适用、经济、美观。建筑结构也关系着建筑的整体强度、刚度、抗震能力、经济性能等等。大跨度结构的选型具有十分重要的意义。 摘要：大跨度结构发展迅速，应用广泛。大跨度空间结构设计应正确合理地运用不同的计算理论和程序方法进行精确的分析，同时在空间结构的形体设计中不能只注重美观，还必须注重结构受力的合理性和工程成本的等因素。本文简单概述了大跨度空间结构的发展现状，着重就大跨度空间结构主要形式的特点进行详细的介绍，然后以汽车站设计为例说明了大跨度空间结构选型的原则。 关键词：大跨度空间结构发展形式特点原则 1、大跨度空间结构选型的概念 跨度超过30米的空间结构就是大跨度空间结构。大跨度空间结构不仅可以使建筑实现较大的跨度，满足建筑大空间的使要求，而且结构轻巧，造型优美，受力合理，实用耐久，用钢量低。大跨度空间结构不仅使空间的水平分隔的灵活性增大，而且也增大了垂直方向的自由调整的可能性。大跨度空间结构的选型即大跨度空间结构体系方案的优化选择，实际上就是对适合建筑设计的多种结构体系方案进行分析、比较、判断、假设、择优的过程。 2、大跨度空间结构的发展及现状 建筑物的跨度和规模越来越大，尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别；大跨度空间结构形式丰富多彩，采用了许多新材料和新技术，发展了许多新的空间结构形式。例如 1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”，直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；现在这一地位已被1993年建成直径为222m的日本福冈体育馆所取代，但后者更著名的特点是它的可开合性：它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1／3或开启2／3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形极为美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，采用膜结构技术，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”采用新颖的整体张拉式索一膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。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。 日本福冈体育馆“后乐园”棒球馆“佐治亚穹顶” 3、大跨度空间结构的形式及特点 3—1、点连接玻璃幕墙支承结构 由点支撑装置和支撑结构构成玻璃幕墙的结构为点连接玻璃 幕墙支承结构。点式玻璃幕墙的玻璃是用不锈钢爪件穿过玻璃上 预钻的孔固定的。 点连接玻璃幕墙支撑结构的建筑具有很多优点。（1）通透性 好：玻璃面板仅通过几个点连接到支撑结构上，几乎无遮挡，透 过玻璃视线达到最佳，视野达到最大，将玻璃的透明性应用到极 限。（2)灵活性好：在金属紧固件和金属连接件的设计中，为减 少、消除玻璃板孔边的应力集中，使玻璃板与连接件处于铰接状 态，使得玻璃板上的每个连接点都可自由地转动，并且还允许有 少许的平动，用于弥补安装施工中的误差。采用点支式玻璃幕墙 技术可以最大限度地满足建筑造型的需求。(3)安全性好：由于 点支式玻璃幕墙所用玻璃全都是钢化玻璃的，属安全玻璃，并且点连接玻璃幕墙 使用金属紧固件和金属连接件与支撑结构相连接，耐候密封胶只起密封作用，不承受荷载，即使玻璃意外破坏，钢化玻璃破裂成碎片，形成所谓的“玻璃雨”，不会出现整块玻璃坠落的严重伤人事故。(4)工艺感好：点支式玻璃幕墙的支撑结构有多种形式，支撑构件加工精细、表面光滑，具有良好的工艺感和艺术感。(5)环保节能性好：点支式玻璃幕墙的特点之一是通透性好，因此在玻璃的使用上多选择无光污染的白玻、超白玻等，尤其是中空玻璃的使用，节能效果更加明显。 3—2、膜结构 膜结构是以性能优良的织物为材料，或是向膜内充气，由空气压力支撑膜面，或是利用柔性钢索或刚性骨架将膜面绷紧，从而形成具有一定刚度并能覆盖大跨度结构体系。 膜结构既能承重又能起围护作用，与传统结构相比，其重量却大大减轻。膜结构跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自结性好。但是耐久性较差。 3—3、薄壳结构 薄壳结构就是曲面的薄壁结构，按曲面生成的形式分为筒壳、圆顶薄壳、双曲扁壳和双曲抛物面壳等，材料大都采用钢筋 大跨度空间结构复习题（一） 一、单项选择题 1. 焊接球网架中的某根受压腹杆（注：不是支座腹杆，也不是直接承受动力荷载的腹杆）， 其长度为3m ，请问下列何种圆管可满足最小截面规格的要求（ ） A. 476?φ B. 5.348?φ C. 489?φ D. 4114?φ 2. 螺栓球网架中的某根受拉杆件，其截面规格为4114?φ，截面为A=1 3.82cm 2 ,承受250kN 的轴力，考虑到钢管一般都存在负公差，请问下列那一种应力最为合理（ ） A. 181N/mm 2 B. 201N/mm 2 C. 213N/mm 2 D. 以上答案均不正确 3. 螺栓球网架结构中，当最大弦杆截面与最小腹杆截面会交于一点时，可能会出现是么情 况（ ） A. 高强螺栓被剪断 B. 腹杆被拉断 C. 腹杆弯曲 D. 以上说法不正确 4. 网架中的某根压杆，截面规格为489?φ，其毛截面面积为2 cm 10.68 A =,净截面2n cm 9.612A =，稳定系数为95.0=?，承受150kN 的压力，则该杆件的应力为（ ） A. 156N/mm 2 B. 148N/mm 2 C. 140N/mm 2 D. 以上答案均不正确 5. 在网格尺寸、平面尺寸不变的情况下，下列哪种网架的杆件数量最少（ ） A. 两向正交正放网架 B. 正放四角锥网架 C. 棋盘形四角锥网架 D. 三角锥网架 6. 在网格尺寸不变的情况下，下列哪种网架的杆件夹角最大（ ） A. 三向网架 B. 三角锥网架 C. 正放四角锥网架 D. 星形四角锥网架 7. 下列哪种说法是正确的（ ） A. 在重力荷载作用下，正交正放网架的下弦截面规格不大于上弦 B. 正放四角锥网架的支承平面内需增加斜撑杆方能保证结构几何不变 C. 螺栓球网架的支座腹杆，其计算长度系数可取0.9 D. 以上答案均不正确。 施工技术：大跨空间结构学习小结 国培学员：SXF 大跨度空间结构是国家建筑科学技术发展水平的重要标志之一。世界各国对空间结构的研究和发展都极为重视，例如国际性的博览会、奥运会、亚运会等，各国都以新型的空间结构来展示本国的建筑科学技术水平，空间结构已经成为衡量一个国家建筑技术水平高低的标志之一。 随着科技水平的提高，我国空间结构理论分析近年来得到了长足的发展，计算方法由连续化分析到离散化分析，由近似计算到精确分析，由等效静力分析到直接动力分析，由线性分析到非线性分析。研究方法向理论、试验与大量计算机分析相结合的方向发展。 近年来，由于现代技术的支撑和新型材料的加盟，网架、网壳、管桁结构等大跨空间钢结构获得了广泛应用。然而，要保证大跨空间钢结构得以健康发展，还必须加快一系列空间结构行业标准的制定，加强钢结构企业资质认证与管理，提升大跨空间钢结构的设计、制作、安装水平。 上世纪60年代网架在我国开始获得应用以来，到80～90年代大、中、小跨度的网架几乎已遍及各地。以1990年北京亚运会为例，兴建的场馆中有7个馆采用了网架、网壳结构。在此期间机械、汽车、化工、轻工等行业先后兴建许多大面积工业厂房，也大量采用了多种形式的大跨空间钢结 构。近年来兴建的大型公共建筑大多采用了钢管杆件直接汇交的管桁结构，它们外型丰富、结构轻巧、传力简捷、制作安装方便、经济效果好，是当前应用较多的一种结构体系。 据专家介绍，在大跨度空间结构中引入现代预应力技术，不仅使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。通过适当配置拉索，使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载，前者即为斜拉结构体系，后者则为预应力结构体系。这一类“杂交”结构体系改善了原结构的受力状态，降低内力峰值，增强结构刚度，技术经济效果明显提高。目前我国已在80余项大跨空间钢结构工程中应用了预应力技术。 弓式支架结构是我国科技人员研制开发的一种新型预应力空间钢结构，它具有传力明确、自重较轻、施工快捷以及可拆卸的特点，既可用于永久性建筑也可用于可拆卸的临时性建筑，还具有应用于开启式屋盖结构的可能。目前许多高校对索托结构、索网结构等以高强钢索与钢材为主承重结构的预应力钢结构新体系，正在进行理论研究，积极准备工程实践，可以预期新型的预应力大跨空间钢结构不久将涌现在各类建筑中。 结构新材料的应用进一步推动了大跨空间钢结构的发展。在普通碳素钢获得大量应用的同时，不锈钢、铝合金、膜材也在许多大跨度建筑中获得了应用。国际上已有许多专 试卷A （前6题每题10分，后2题每题20分，下同） 1．简述大跨空间结构的基本结构形式及其共同特点。 答案：薄壳结构、网格结构（网架结构、网壳结构）、张力结构（悬索结构、薄膜结构）、混合结构等。共同特点是：三维受力，通过合理的曲面形体抵抗外荷载作用。 2．简述空间桁架位移法的计算原理和步骤。 答案：基于空间杆系有限元理论，具体步骤为：1）建立基本方程及单元刚度矩阵; 2) 建立整体刚度矩阵；3）边界条件处理；4）内力计算及平衡校核；5）根据收敛条件来进行结构重分析。 3．简述两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架的受力特点和应用范围。 答案：1）两向正交正放网架：构造简单，刚度较弱，适用中小跨度、平面形状为矩形情况。 2）两向正交斜放网架：各榀桁架刚度各异，形成良好空间作用，适用于大跨度建筑。3）两向斜交斜放网架：构造复杂，受力欠佳，适用于矩形平面，有特殊建筑要求时采用。 4．简述张力结构的三个基本要素，及其对结构力学性能的影响。 答案：张力结构的三个基本要素为互反曲面、初始预张力、几何非线性。互反曲面的作用是维持结构的形状稳定性；初始预张力的作用是增强结构刚度；几何非线性的作用是使结构具有刚度硬化的特点，使结构的刚度不仅与材料的弹性伸长有关，还与构件的刚体转动有关。 5．试列举3种增强索结构形状稳定性的措施。 答案：设置重屋面、形成混凝土薄壳、施加稳定索、采用劲性构件、与刚性结构结合形成混合体系。 6．简述织物类膜材的基本构成以及各部分的作用。 答案：基材、涂层、面层。基材决定了材料的力学性能，如抗拉强度、抗撕裂强度等；涂层起密实和保护基材的作用，决定了材料的物理性能，如防火、防潮、透光等。面层起自洁和防紫外线辐射的作用。 7. 论述哈尔滨国际会展体育中心主馆结构体系的受力特点。 答案：1）128米跨度的预应力张弦桁架由前端的人字形摇摆柱和后端的刚性柱支承，桁架与刚性柱之间连接为固定铰支座，摇摆柱使桁架与下部结构间形成了理想的可动铰支座，使超大跨度的张弦桁架的整体受力形成理想的简支形式，这样可以很好的释放桁架中的温度应力。2) 前端的人字柱既可以传递竖向力，又可以为建筑物提供提供足够强大的纵向刚度，从建筑造型和结构受力上看都是比较理想的。3）大厅前立面玻璃幕墙的支撑桁架（抗风柱）上端与张弦桁架连接在一起，并采用了一种专门设计的连接构造，使两者间仅传递水平向力，竖直向大跨度空间结构中的钢网架结构设计分析
大跨度空间结构的主要形式及特点
大跨空间结构 2014期末考试 模拟1 哈工大
大跨度空间结构选型
大跨空间结构复习题
学习小结：大跨空间结构
大跨空间结构模拟复习题