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[【理工类原创】] 对现代大跨度建筑结构本人的一种分类(未公开发表,共同行指正)

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发表于 2006-9-16 05:42:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
现代大跨度建筑结构发展简史
  对于大跨度、大空间的预应力钢结构重要的是要研究其结构构造原则,结构功能设计的方法,结构工作机理设计方法以及选型的原则,使所设计的结构处于可控制的状态下能有效地传递荷载。也就是说它的结构设计,是工作机理的设计,力的传递路线的设计,结构刚度的设计。目前工程中的一些结构(如郑州会展中心等)都是一些复合体系结构,不是一种简单的型式。从历史上看,桥梁结构对大跨度、大负荷的要求更为迫切,采用预应力拉杆拉索较早,所以可以认为现代建筑预应力钢结构与现代桥梁结构有深厚的历史渊源,但是建筑预应力钢结构的更强调空间效应。以下就目前主要的钢结构张锚体系及其选型论述如下。
1.钢网架及钢桁架
板式钢网架当跨度大于24m,在荷载较大时,往往网架结构高度较大,在下弦采用预应力拉索、拉杆可以调整杆件内力,充分利用杆件材料强度,从而降低网架结构高度,曾在上海国际购物中心中成功使用。拱形钢网架或大跨度拱形钢桁架跨度达100m左右时,常使用预应力拉索、拉杆作为主要受力杆件或稳定索,曾在广州体育馆等工程中使用,都取得了良好的效果。
2斜张拉结构
建筑斜拉结构与斜拉桥接近。斜张拉结构是通过斜拉索的预应力将立柱、塔、桅杆与网架、平面桁架、梁系相连接的一种结构形式。早期的斜拉桥由于对超静定结构的力学理论和预应力的作用缺乏足够的认识,并且拉索材料强度不足,在荷载作用下产生较大的挠度,桥梁多有跨塌实例。直到1938年德国的基辛格(Dischinger)首先认识到斜拉桥结构体系的优越性,他指出:钢斜拉索必须施加足够高的预应力来消除长索自重垂度带来的柔性影响,使梁体的变形保持在较低的范围内。在这个理论指导下,1955年瑞典建成第一座现代斜拉桥[2]。而1977年建成的西日本综合展示场(图2-1)被认为是世界上第一次采用真正的斜张拉形式的屋面结构[3]。不同于斜拉桥,建筑屋顶为空间结构体系,无法象桥梁一样可以简化成平面问题计算。另外,索的非线性问题十分突出。
3悬挂结构
悬挂结构的预应力不是依据张拉形成的主动预应力,它是悬索架设后,通过主体结构下压而建立的预应力体系,悬挂结构的要考虑其在竖向平面内的刚度。悬索结构的雏形三千年前已在我国出现,在计算上,早期的悬索结构采用线弹性理论设计,Ritter(1877)、Melen(1888)等人提出考虑位移影响的挠度理论,奠定了现代悬索桥结构分析的理论基础。第一座现代悬索桥被认为是1883年通车的纽约勃罗克林大桥。目前世界上最大跨度的悬索桥是日本本四联络线上的明石海峡大桥(主跨1990米)。
   建筑悬索结构的发展主要是最近40年,1964年东京奥运会建成的国立代代木竞技场的悬索屋面是其中的代表作。广义上,空间索网因为同样考虑竖向平面内的刚度,我们将其也放入悬索结构中。张拉整体则作为一种复杂的悬索结构.
4张弦结构
   张弦结构的结构对应桥梁的采用吊杆的系杆拱桥。不同于系杆拱桥的是张弦结构是采用刚性吊杆,称为刚性腹杆、撑杆,与柔性索的组合结构体系,索一方面充当了下弦构件,通过刚性撑杆对上弦构件施加预应力。而系杆拱桥采用柔性吊杆,吊杆的作用实际上起到对桥面梁的约束作用。浦东国际机场航站楼,和广州会展中心。均属此类项目。
   在预应力钢结构中还有预应力钢桁架(北京西客站),在计算上与钢筋混凝土的结构配筋计算类似,当预应力作用在下弦时,也可当作弦式杆件的作用。而预应力空间网格是通过其在下弦平面钢构件内装入预应力索,基于上述类似的共同点,我们将它们与张弦结构统称弦式结构。
5复合张力结构体系
复合张力结构体系是指在一个结构中使用两种以上的钢结构张锚体系。如郑州会展中心,是一个斜拉结构和张弦结构结合的复合空间预应力钢结构,其张弦结构形成主桁架承力体系,斜拉索、稳定索则将结构荷载传递到竖向支撑结构中。
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发表于 2006-9-17 22:41:41 | 显示全部楼层
期待有知音与您共同商讨~~偶不懂这个,当个看客,嘻嘻,兄台莫怪。
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发表于 2006-12-26 15:33:53 | 显示全部楼层
感觉不到你是怎么个对大跨度建筑结构明确分类的。
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发表于 2006-12-26 16:20:57 | 显示全部楼层
标题改成:对现代大跨度建筑钢结构本人的一种分类(未公开发表,共同行指正)比较准确,应为楼主谈的都是钢结构方面的。

尽管钢结构由于自重小,强度高,施工相对比较方面,可以做得跨度比较大,无需中间支撑。但是它的缺点也不容忽视,比如后期防腐维护费用高,不耐火等等。

好的结构设计的实质应该是: 经济,美观,实用的最优点。楼主谈到的这些结构形式都应该符合这一要求吧。
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