一、空间结构的概念  凡是建筑结构的形体成三维空间性状，在荷载作用下具有三维受力特性、呈立体工作状态的结构称为空间结构。 日常生活中空间结构的例子，如草帽、折扇、簸箕、笸箩等。观察自然界我们会发现许多空间结构，如蛋壳、乌龟壳、蚌壳、花生壳各种植物种子的外壳等，适合于各自的大自然环境，是一种受力性能很好的空间结构(薄壳结构)；蜂窝也是空间结构(空间网格结构)；蜘蛛网属于索网结构；肥皂泡是典型的空间结构(充气薄膜结构)。  二、大跨度空间结构的特点 （1）自重轻，经济性好。目前大部分空间结构都采用钢材、膜材等制作，轻质高强材料的运用使结构自重大大减轻。 （2）刚度好，抗震性能好。由于空间结构具有三维受力特性，内力均匀，对集中荷载的分散性较强，所以能很好的承受不对称荷载或较大的集中荷载，整体刚度大。  （3）便于工业化生产。空间结构的构件通常在工厂中制作，在工地上可以很快地安装起来。   （4）形式多样化，造型美观。空间结构的形式丰富多彩，千变万化，个性鲜明，为建筑师的自由建筑创作提供了广阔的想象空间。——目前大跨度结构的建造和所采用的技术已成为衡量一个国家建筑水平的重要标志，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。成为 标志性建筑； （5）建筑、结构和使用功能的统一。 						  1967年建成的，椭圆平面马鞍形双曲抛物面正交索网结构，长径80m，短径60m。  (1)社会需求：巨型场所，人工环境，然境观保护； (2)高强轻质材料：复合材料，碳纤维，有机材料，非金属； (3)新结构形态：杂交结构，可开闭结构,多种体系混合；建筑结构“另类”化， “新建筑结构”，  仿生学 (4)非线性计算理论：高效算法，非线性，大变形，地震，风振，颤振；  第1章  绪论 造型独特新颖，象一只待飞的飞行器。体育场看台主体结构采用钢筋混凝土斜向框架。看台上空设一大型轻质罩蓬，采用膜结构设计。其外缘水平投影呈近似椭圆形，轮廓尺寸236m×209m，内环尺寸205m×143m，罩蓬覆盖面积约25000m2。罩蓬由44座伞型膜结构单元连接而成，各伞形膜结构单元由膜、桅杆、前脊索、后脊索及谷索组成。膜面采用聚氯乙烯涂层的聚酯纤维膜材，外加PVDF面层，其特点为白色、自重轻、经济性好、自洁性好、耐久性好、有一定透明度。  1997建成的威海体育中心 1997年建成的马鞍形看台挑蓬，采用悬挑钢桁架覆以伞形膜材, 马鞍形屋盖平面投影尺寸为288.4m×274.4m。由64榀径向悬挑桁架和环向次桁架组成的空间结构作为骨架，最大悬挑长度73.5m。屋面共有57个由8根拉索和一根立柱覆以膜材组成的伞状单体，膜的覆盖面积2.89万平方米，是中国的第一个大跨度膜结构,虽然其技术与材料主要还依靠国外,但对中国膜结构的发展必然将起重大推动作用。  上海八万人体育场     佛山世纪莲新颖轻巧的张拉膜结构形式象一朵盛开的莲花，是佛山市的标志性建筑。 青岛颐中体育场我国第一个自行设计和安装、采用整体张拉式索膜结构体育场工程 。 美国馆  富士馆  以16个轮胎状的半圆形筒体组成50m直径的圆顶，每个筒体直径为4m，长78m，这一布置使房屋两个顶端向前突出7m，管子上每隔4m有一根50cm宽的水平带把它们环箍在一起。中间的拱是半圆形的，其他各拱的矢高随着拱脚愈来愈近而愈来愈高。两端各有宽10m的开口作为出入口。  世界上第一个大跨度的气承式膜结构。  “鸟巢” 我国为2008年奥运会修建的国家体育场游泳中心，是国内首次采用膜结构建设的国际上面积最大、功能要求最复杂、技术难度最大的膜结构体系。采用乙烯—四氟乙烯共聚物（ETFE）的膜材，该材料具有质量轻、韧性好、耐候性好、透光性好特点，每天平均有近10个小时的自然光照明，可大大节省能源。  游泳中心——水立方 1996年在美国亚特兰大举行的奥运会主馆 ——佐治亚穹顶 ，椭圆形索膜结构（235m?186m）       张拉索膜   第1章  绪论    1999年建成， 张拉索膜结构 ，穹顶周长1km，直径365m，中心高度50m，它由超过70km的钢索悬吊在12根100m高的钢桅杆上，是当今世界上跨度最大的屋盖结构。  第1章  绪论 格林威治千禧顶 柏林机库：363m长，225m跨,107m高，2000，钢拱架，膜屋面 第1章  绪论 L=205m    1989   抛物线网壳，可开启 第1章  绪论 多伦多天空穹顶 ①仓储（72m刚架）、煤棚、机库； ②工业厂房：190×420m 网架； ③体育场馆、娱乐中心； ④展览，会议厅，影剧院； ⑤车站、航空港； ⑥超市、商场。 大跨建设高潮： 机场、会展中心、体育馆 奥运场馆、世博馆 第1章 绪论 五、大跨度房屋结构应用 六、大跨结构的发展 （5）设计 ①分析计算工作量大：结构大，节点和杆件多； ②高次超静定，整体稳定和几何非线性分析复杂； 第1章  绪论 ③构造复杂：考虑制造、运输、拼装、安装等因素； ④高新技术： 新材料、新安装工艺、机械和测控技术。 第1章  绪论 （6）施工 ①制造：尺寸准确，控制积累误差，试拼装，降低残余应力和初始应力； ②运输：交通工具，限制尺寸，保证侧向刚度； ③安装：拼装次序合理，吊装验算，防止倾覆。 第1章  绪论 （7）分析和设计考虑的关键结构技术问题 ①材料强度充分发挥作用； ②基础反力（推力小）； ③安装过程简单； ④结构艺术性强。 第1章  绪论 典型结构的设计特点—网架，网壳，悬索结构，新体系； 大跨结构的基本设计方法； 大跨结构非线性分析—网壳，索膜； 大跨结构的设计构造和施工安装。 第1章  绪论 七、本课程的主要内容 1、董石麟，罗尧治，赵阳.新型空间结构分析、设计与施工[M].北京：人民交通出版社.2006 2、沈祖炎.空间网架结构[M]. 贵州：贵州人民出版社.1987 3、 张文福，空间结构，科学出版社，2005年8月 4 、完海鹰，黄炳生.大跨空间结构[M]. 北京：中国建筑工业出版社. 6、2008. 5 、杜文风，张慧.空间结构[M]. 北京：中国电力出版社. 2008. 6 、张毅刚，薛素铎.大跨空间结构[M].北京：机械工业出版社.2005.  7、王秀丽.大跨度空间钢结构分析与概念设计[M]. 北京：机械工业出版社.2008. 第1章  绪论 八、参考书目 * * 《大跨度空间结构设计》 电子课件 制作人：  孙建琴-兰州交通大学 李方慧—黑龙江大学 2009.4月   第1章  绪论 第1章  绪论 （a）网架结构                          （b）网壳结构   图1.2  空间结构 高次超静定，三向受力，非线性，大变形。 平面结构：梁、屋架、框架、刚架、拱；           单向受力，计算理论成熟； 第1章  绪论 第1章  绪论 第1章  绪论 三、空间结构的分类  （1）刚性空间结构 刚性空间结构体系是指刚性构件构成的具有很好刚度的空间结构体系。包括薄壳结构、空间网格结构以及立体桁架结构。 钢筋混凝土薄壳在施工中耗用模板及脚手架较多，所需劳动量较大，费用高，高空浇筑或吊装费工费时。因此，薄壳结构的应用近年来有所减少。  空间网格结构根据外形分为两大类，一类称为网架，其外形呈平板状（图1.2a）；另一类称为网壳，其外形呈曲面状 （图1.2b） 。 立体桁架

大跨度空间结构设计.ppt