第3章 大跨屋盖结构 内容提示： 3.1 概述 3.2 网架结构 3.3 网壳结构 3.4 悬索结构

3.1－空间结构概念 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 Frame

桁架桥 Truss Bridge 拱桥 Arch Bridge

Construction Unable to be decomposed into Plane Systems 不能被分解为平面体系的结构 Construction Unable to be decomposed into Plane Systems 大连友谊广场网状球壳夜景

三大空间结构或五大空间结构 薄壳结构－薄壳结构 （含折板） 网架结构 网壳结构 网格结构 悬索结构 张拉结构 膜 结 构 充气膜 支承膜 薄壳结构－薄壳结构 （含折板） 网架结构 网壳结构 网格结构 悬索结构 膜 结 构 张拉结构 气承式气囊式 充气膜 支承膜 骨架式(刚性) 索系式(柔性) 如（索＋杆＋膜）索穹顶

空间结构按基本单元组成分类

Basic Types of Spatial Structures 空间结构基本类型 Basic Types of Spatial Structures 1.薄壳结构 Thin-Shell Structures 2.空间网格结构 Latticed Space Structures(Space Frames) 平板网架 Plate-like Space Truss 网壳结构 Reticular Shell 其它形式网架 Other Space Frames 3.张力结构 Tensile Structures 悬索结构 Cable-Suspended Structures 膜结构和索膜结构 Membrane/Cable Structures “索穹顶” “Cable Dome” 4.混合结构(刚性构件与柔性索的组合) Hybrid Structures (Combination of Rigid Elements With Flexible Cables)

Three-dimensional behaviors 空间结构形式丰富多彩，但有共同点： 三维受力 通过合理的曲面形体抵抗外荷载作用 The common features of space structures Three-dimensional behaviors Load-resistance via proper configurations

Basic Forms of Surfaces for Shell Structures 壳体结构的曲面类型 Basic Forms of Surfaces for Shell Structures 球面 Spherical Surface 椭圆抛物面 Elliptical Paraboloid Surface(EP Surface) 柱面 Cylinderical Surface 双曲抛物面 Hyperbolic Paraboloid (HP) Surface 矩形平面 菱形平面 With Rectangular Plan With Rhombic Plan 双曲抛物面之组合 Combination of HP Surfaces

法国巴黎国家工业与技术展览中心大厅。 混凝土薄壳结构，当前世界上跨度最大的公共建筑。

意大利罗马小体育宫 屋盖是混凝土网格型薄壳结构，圆顶直径60mm。 该建筑的外观和平面俯视或仰视都像一个盛开的向日葵。 网格型壳面是用Y形斜向支撑 该建筑的外观和平面俯视或仰视都像一个盛开的向日葵。

它以精巧的圆形屋顶著称于世。屋顶直径60米，由1620个钢筋混凝土预制棱形构件拼合而成，这些构件最薄的地方只有25毫米厚，它们不但在力学上十分合理，而且组成了一个非常完整秀美的天顶图案。 钢筋混凝土网格型薄壳结构

澳大利亚悉尼歌剧院

该建筑建造在悉尼伸入海中的一块狭小地段上，远看似群帆泊岸，由三组、十对壳片组成，以环境优美和建筑造型独特而闻名于世。 为钢筋混凝土结构，外部造型与内部功能无直接联系。 三角形壳瓣是以Y形、T形的钢筋混凝土肋骨拼结而成。 由于结构计算复杂和施工困难，工期长达17年，造价超过预算的十几倍。

悉尼歌剧院建筑物的外形由大平台上十个巨型壳片组成，各种房间隐藏在它的内部，这些壳片如同花瓣似的指向天空，构成奇异的造型，给人以美的联想。 悉尼歌剧院乌瞰图

1976年大阪博览会富士馆气囊式膜结构

美国庞堤阿克充气膜结构（1983）

加拿大蒙特利尔体育场Montreal Olympic Stadium

内 容 1. 前言 2. 大跨度、大面积网架结构 3. 大跨度、大悬臂网壳结构 4. 组合网架结构 5. 组合网壳结构 内 容 1. 前言 2. 大跨度、大面积网架结构 3. 大跨度、大悬臂网壳结构 4. 组合网架结构 5. 组合网壳结构 6. 预应力网架与网壳结构 7. 斜拉网架与网壳结构 8. 铝合金、不锈钢等材料的网架与网壳结构 9. 特种网架与网壳结构 10. 展望

1. 前 言 空间钢结构—空间网格结构 (网架、网壳) 包括 组合网格结构 ( > 两种材料) 杂交网格结构 ( > 两种结构) 组合网格结构 ( > 两种材料) 杂交网格结构 ( > 两种结构) 1964 首例－上海师范学院球类房 至2001年：2000万m2 13500幢（约12％网壳） 2001年增长量： 280万m2 1500幢 厂家100：汾阳 飞虹 大地 东南 常州……

2 大跨度、大面积网架结构 特点：(1)杆系结构；(2)标准化生产；(3)经济指标好； (4)安装方便；(5)布置灵活； (6)刚度大 (4)安装方便；(5)布置灵活； (6)刚度大 应用：公共建筑（体育馆、展览馆）、工业厂房、机库、 多层与高层、装饰、小品、雕塑骨架、桥梁 Lmax: 首体 99m X 112.2m （1967年） 沈阳博览中心144m X 204m （2000年） Dmax: 沪体110m（连挑檐125m） （1975年） Amax: 首都四机位机库（153＋153）m X 90m （1996年） 工业厂房： Amax: 玉溪12万m2； Lmax: 江南造船厂60m 三层网架： 10幢：黄花 48m X 64m；首机 84m X 150m

上海万人体育馆 首都体育馆

首都体育馆高空拼装 首都体育馆平、剖面图

上海万人体育馆 平面布置图(D＝110m) 上海万人体育馆施工吊装

3 大跨度、大悬臂网壳结构 特点: (1) 梁系结构 （双层可杆系）； (2) 稳定性控制； (3) 标准化生产； (4) 形式多样； Dmax: 天津新体育馆 108m (挑檐13.5m ) Amax: 长春体育馆 120m X 166m (连支架 164m X 192m ) 深圳市民中心 (154－120)m X 486m 煤棚： Lmax: 嘉兴 103.5m；杨州 103.6m；南阳 108m Dmax: 漳州后石电厂 125m； 体育场挑篷： 深圳 31m(挑25.5m)；昆明 34m（挑26m） 上海(挑73.5m） ；

哈尔滨速滑馆比赛大厅 哈尔滨速滑馆外景

嘉兴电厂干煤棚

上海八万人体育场

4 组合网架结构 特点: (1) R.C板 上弦杆；(2)板、梁、杆组合结构体系； (3)两种材料； (4)承重围护合一； (5)用于楼层 应用：屋盖，楼层(多层、高层) ，40幢 徐州夹河煤矿 21m X 54m 抚州体育馆 45.5m X 58m 新乡百货大楼 35m X 35m 长沙纺织大厅 24m X 27m（ 柱网10 X 12、 7 X 12 ） 上海国际购物中心 27m X 27m

长沙纺织大厦

5 组合网壳结构 特点： (1) R.C壳＋网壳； (2)壳、梁组合结构体系； (3)杂交体系； (4)承重围护合一； (5)稳定性好 (3)杂交体系； (4)承重围护合一； (5)稳定性好 应用：已建10幢 山西汾西矿务局工程处食堂 18m X 24m 山西潞安矿务局常村煤矿洗煤厂 D=34.1m 注意：未灌缝时需验算强度、稳定性

失稳翻面 常村洗煤厂组合网壳

6 预应力网架与网壳结构 特点： (1)引入预应力技术； (2)刚度大、挠度小； (3)降低内力峰值； (4)省钢（减少30%）; (3)降低内力峰值； (4)省钢（减少30%）; (5)多阶段优化设计 应用：已建10幢 沪国际购物中心 27m X27m （网架） 清远体育馆 D93 . 64m 六边形 （扭壳） 攀枝花体育馆 74.8m X 74.8m 八边形（球壳 ） 高要体育馆 54.9m X69.3m （扭壳 ） 调整支座高差：宁河体育馆42m X45m （网架）

预应力网壳支座节点 6块组合型扭网壳模型试验 广东清远体育馆

7 斜拉网架与网壳结构 特点： (1)塔柱、拉索、网架（壳）组合； (2)用高强索； (3)增加支点、挠度小； (4)可加预应力； (5)造型新颖 应用：已建10幢 新加坡港务局仓库 120m X96m （网架） 亚运会综合馆 70m X 83.2m （柱面壳） 山西旧关收费站 14m X 64.72m （柱面壳） 杭州黄龙体育中心 250m X50m （月牙形柱面壳） 深圳游泳馆 80m X120m （双向立体桁架） 注意：全方位布索；索勿松弛；索倾角

山西太旧高速公路收费站

浙江黄龙体育中心 月牙形柱面网壳 斜拉索与稳定索布置

8 铝合金、不锈钢网架与网壳结构 铝合金网壳与网架：轻、耐腐蚀 平津战役纪念馆 D=45.6m （单层网壳） 浦东游泳馆（54－58）m X 72m （双层柱面网壳） 某零磁试验室 22m X 30m X 11m （网架盒） 不锈钢网壳：沪海关大楼 D=22m （单层网壳） 耐侯钢网壳：沪会展中心 D1=49m ， D2=38m （单层肋环型球面网壳）

上海浦东游泳馆

上海国际会展中心

9 特种网架与网壳结构 雕塑骨架：南海大佛 H=46m 标志结构：温州地标 H=40.8m 深圳、上海、无锡、贵州等金字塔网架 整球网壳：北京球幕电影 D=35m 徐州电视塔 D=21m 大连友谊广场 D=25m 上海东方明珠塔 高耸塔架：大连电视塔 网架墙体：张家港钢铁厂 H=38.4m 网架桥梁：上海新梅人行天桥、贵州大十字环形天桥 装饰网架：上海徐家汇美食城球壳

南海大佛施工安装过程

上海东方明珠电视塔

10 展望与进展 大跨度与超大跨度网格结构 L=200-500m 完善与发展组合、斜拉和预应力网格结构 研究与开拓索穹顶及各种索＋杆（梁）+膜杂交结构 研究与开拓开启式和展开式空间结构 新材料、新结构、新技术、新节点、新工艺的研究 抗风、抗震及结构控制技术的研究 与现代美学相结合的空间结构的研究

总体布局 上海浦东国际机场张弦梁结构 外景

内景 张弦梁 上海浦东国际机场

英国世纪穹顶 （斜拉索膜结构）

国家大剧院（肋环型空腹双层网壳）

国家体育场鸟瞰图

节点

2. 国家游泳中心-水立方 平面: 170m x 170m 高度=29m ， 屋面厚度s 7m， 墙厚 is 5.4m.

空间网格

国家体育馆-双向张弦梁

西部发展 一、常规网架与网壳结构应用 二、新的形式与造型 三、复杂结构体系的组合

兰州中川机场航站楼

培黎石油学校风雨操场 ( 42mX58m)

(36mX62m, double layer cylinder reticular dome) 定西体育馆 (36mX62m, double layer cylinder reticular dome)

酒钢职工健身中心

美国旧金山（San Francisco） 金门大桥（Golden Gate Bridge） 主跨1280米，主索直径910mm，悬索下垂122m 1937年建成，曾保持27年世界记录

日本的明石海峡大桥，建成于1998年，主跨1,991m 世界排名第一

江阴长江公路大桥，建成于1999年，全长2,888m，主跨1,385m,世界排名第四。 每根主缆由二万多根直径5.35mm的镀锌高强钢丝组成，直径0.9m, 主缆总重达8500吨； 主桥箱形截面钢梁（36.9m * 3m）,用钢达18000吨。

小 结 大跨结构的总体问题 一、大跨度（long span）的定义 建筑：〉30m 结构：〉60m 桥梁：〉40m

1、与高层结构相反，竖向荷载成为主要控制荷载。 （重力、竖向地震作用） 1）定性：麻雀放大的问题 2）定量：矩形梁放大的问题 二、设计中主要考虑的问题 1、与高层结构相反，竖向荷载成为主要控制荷载。 （重力、竖向地震作用） 1）定性：麻雀放大的问题 2）定量：矩形梁放大的问题 r----单位体积的重量

1）如果b不变，仅b和h放大10倍，则应力和位移如何？ 2）如何作技术处理？ 几何放大10倍的内力与位移（仅考虑自重） q---100q (10) M---10,000M (1000) W---1000W（100） ---10 （10） f----100f（100） 思考： 1）如果b不变，仅b和h放大10倍，则应力和位移如何？ 2）如何作技术处理？

2、其他问题 刚度问题突出 稳定问题突出 安全性更重要