新型建筑空间网格结构作业精读.docx

HUNAN UNIVERSITY新型建筑空间网格结构理论与实践学 号:_姓 名: ___专 业:__导 师: ___指导老师:马克俭院士___2013年11月23日作业题（一）第一章大跨度钢筋混凝土空腹网架结构1、 试从结构力学基础理论来分析天津西站单层网壳结构屋盖与常州市体育馆椭圆形索承单层穹顶屋盖两者的合理性，每平方米用钢量(㎏/㎡)两者相差四倍以上，原因何在？如何解决？答：从结构力学基础理论来分析天津西站单层网壳结构屋盖设计极不合理，从而导致每平米用钢量与常州市体育馆屋顶结构相差四倍以上。主要体现在：1.天津西站为128m×367m，矢高37m，右钢板焊接钢箱斜交组成大菱形网格（10.75m×32m），单层超大跨度网壳（4个网格）；2.单层柱面网壳≤50m，此处/=2.56倍；3.均布荷载下，最大弯矩Mx1顶部，最小轴向压力Nx1在顶部，其最大轴向压力Nx2和最小弯矩Mx2在根部；4.截面顶部Wx2最小，根部Wx1最大，Wx2/ Wx1=1/22,S= Mx1/ Wx1≤[S]（加大钢板厚度）；5.单层菱网壳网格稀疏，对角线菱形网格10.75m×32m，整体性、空间性差。综合上面的特点，天津西站单层网壳结构屋盖属于拙劣设计。与天津西站单层网壳结构屋盖，常州市椭球型索承单层穹顶屋盖的设计比较合理，因此每平米用钢量比较省。其主要表现在：1.长轴80m,长轴120m，矢高37m，整体设计合理；2.18根钢索沿外围环向建立预应力，外环收紧，使结构产生与竖向荷载作用相反的变形，从而导致结构内力重分布，从而减少构件尺寸，节约钢材；3.施加预应力后，结构处于“自平衡体系”状态，竖向荷载作用下网壳杆件内力为成形态和荷载态内力叠加，使之出现“下载杆”多“增力杆”少的内力重分布，提高了整体刚度。索承单层网壳结构形式减少耗材提高了经济性，特别是大胆地采用了单层设计，它结合钢索的受拉性和网壳的受压性两大优点，因此显著节约钢材。一般体育馆的屋顶用钢量为每平方米120—130公斤，而索承技术只需76公斤。综合比较两者的特点，我们得出结论，要彻底改善天津西站单层网壳结构屋盖的情况，必须从根本上改变天津西站单层网壳结构屋盖的结构设计方案选用更加合理的设计方案。2、钢筋混凝土空腹网架(正交正放、正交斜放)与常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架(正交正放、正交斜放)在构造和力学特点方面有何不同，试从组成、构造（含配筋）建筑功能材料用量，施工难易程度力学特性各方面论述之。答：如下所示图（1.1a）图（1.1b）分别为钢筋混凝土空腹网架与常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的结构简图：首先从组成上来讲：钢筋混凝土空腹网架结构，由钢筋混凝土空腹桁架交叉组成，一般多为两向交叉，但圆形平面和六边形平面也可用三向交叉（60°夹角）。正交正放指空腹桁架两向正交与支座亦正交，正交斜放指空腹桁架两向正交但与支座成45°夹角放置。空腹网架结构由上、下弦杆和竖杆组成,通常情况下不需要斜杆，只有当受到的剪力过大时才需要加斜杆。其次从构造（含配筋）上来讲：钢筋混凝土空腹网架由于没有斜腹杆，故其节点构造比常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的节点构造简单，故后者在节点处的钢筋构造要求复杂些；而且为了保证空腹网架节点的刚性，在节点处均作加腋处理；常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的腹杆承受拉力时还要进行腹杆的配筋，比空腹网架结构配筋复杂。同时，钢筋混凝土空腹网架结构，靠近支座处桁架剪力较大，杆端弯矩亦大，竖杆做成一字型弯变形，或十字型。也可以在第一网格加斜杆，此时的网架即可称“混合型空腹网架”，其腹杆压弯变形，配筋时应计算确定。而相对的常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架的斜杆为拉压变形，可以按照构造配筋。再次从建筑功能以及材料用量方面来讲：钢筋混凝土空腹网架结构较规则，造型美观，同时可以在其中布置各种管道。而常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架斜腹杆较多，造型较差，对应的管道布置也较困难。空腹网架结构采用钢筋混凝土空腹桁架，由于桁架部分被挖空，自重比后者小，故混凝土和钢筋的用量均减小。另外，斜腹杆的减少可有效的降低自重，故其钢筋用量较常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架要少。由于常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架节点较钢筋混凝土空腹网架结构要复杂，所以常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架配筋要复杂。再有从施工难易程度来看：钢筋混凝土空腹网架没有斜腹杆，节点构造简单，而常规钢筋混凝土平面交叉梁系网架每个网格都有斜腹杆，故综合知，钢筋混凝土空腹网架结构的施工比常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁系网架容易。最后从力学特性来看：钢筋混凝土空腹网架结构和常规钢筋混凝土平面桁架交叉梁体系网架在高度一致时，抗弯能力大致相当。但对于钢筋混凝土空腹网架来说，由于无斜腹杆，它的弦杆和竖杆除了承受轴力外，还要承