张弦桁架结构建筑实例

建筑结构选型

第13章

桁架结构

2013年6月14日星期五

李广军

13. 桁架结构13.1 桁架结构的特点

一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式 结构(格构)。 二、桁架结构的发展由来

2013年6月14日星期五

李广军

13.1二、桁架结构的发展

桁架结构的特点

掏空的梁----桁架可以看成是从梁衍化而来

13. 桁架结构13.1 桁架结构的特点与优点一、定义：由杆件与铰节点组成的格子式结构(格构)。二、桁架结构的发展由来

三、桁架结构的计算假定与特点(1)桁架的节点都是光滑的铰节点；

(2)各杆的轴线都是直线并通过铰的中心；(3)荷载和支座反力都作用在节点上。

注：主内力与次内力2013年6月14日星期五 李广军 5

三、桁架结构计算的假定

理想桁架简图假设： 理想光滑铰接； 直杆且过铰心；

力只作用在结点。

只受结点荷载作用的直杆铰接体系2013年6月14日星期五 李广军 6

三、桁架结构计算的假定

2013年6月14日星期五

李广军

四、桁架结构的优点(1)扩大了梁式结构的适用跨度。 (2)桁架可用各种材料制造，如钢筋混凝土、 钢材、木材均可。 (3)桁架是由杆件组成的，桁架体型可以多样

化。如平行弦桁架、三角形桁架、梯形桁架、弧形桁架等型式。 (4)施工方便，桁架可以整体制造

例题4 张弦结构分析 1

例题 张弦结构分析

例题. 张弦结构分析

概要

此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。 该例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。

张弦结构概述

张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。

张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。本例题中介绍的模型使用张弦桁架。

张弦结构的特点

张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。

对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分

例题4 张弦结构分析 1

例题 张弦结构分析

例题. 张弦结构分析

概要

此例题将介绍利用midas Gen做张弦结构分析的整个过程，以及查看分析结果的方法。 该例题的建模部分可以参见midas Gen初级培训的网架建模步骤，这里不再做介绍。通过该例题希望用户能够了解做张弦结构分析的一般步骤和过程，重点是让用户了解在midas Gen中施加和调整索单元张拉力的方法、几何非线性分析的设置及如何对带有索单元的结构进行弹性反应谱分析。

张弦结构概述

张弦结构是将上弦刚性受压构件通过撑杆与下弦拉索组合在一起形成自平衡的受力体系，是一种大跨度预应力空间结构体系。

张弦结构上弦刚性构件可以是实腹式梁，也可以是格构式桁架，据此对不同的张弦结构可称作张弦梁或张弦桁架。本例题中介绍的模型使用张弦桁架。

张弦结构的特点

张弦结构在保证充分发挥索的抗拉性能的同时，由于引进了具有抗压和抗弯能力的桁架或梁而使体系的刚度和稳定性大为增强。

对张弦结构中索施加一定的预拉力，这既可使索具有适当的初始绷紧度，也可对索与桁架或梁之间的受力比例进行必要调整；既充分发挥了索的抗拉能力，又调整了桁架或梁的内力分

建筑结构选型

小组成员：20#黄瑞，22#詹桢，23#何珍，24#蒲玥旻，25#李

甜

建筑结构选型

——悬挑结构、梁式结构和桁架结构分析一、悬挑结构

悬挑结构是指不是两端都有支撑的，一端埋在或者浇筑在支撑物上，另一端伸出挑出支撑物的结构。

通常的悬挑结构设计中多采用静定悬挑结构方案,以挑梁、厚板、高梁、箱形梁、壳体等悬臂构件来撑托上部数层乃至数十层的荷载及地震作用。要加大悬挑长度，可以采用加大悬挑梁截面、采用预应力或者使用钢结构等措施。而悬挑结构的平衡措施一般采取拉、压及拉压联合的方法或用副跨平衡的措施。

悬挑结构可以使建筑体型独特、外观新颖、增大上部空间的容量，但是他的受力状态与其他结构相比有不利的一面，如进行强度和变形验算外，还要进行抗倾覆验

算；其允许跨度仅为简支结构的一

半。

实例分析：

1、中央电视台总部大楼

该建筑由世界著名建筑设计师、荷兰人雷姆·库哈斯担任主建筑师，荷兰大都会建筑事务所负责设计。

中央电视台总部大

楼主楼的两座塔楼双向

内倾斜6度，在163米以

上由“L”形。悬臂结构

连为一体，建筑外表面的

玻璃幕墙由强烈的不规

则几何图案组成，造型独特、结构新颖、高新技术含量大，

2、里斯本东方车站

东方车站由西班牙建筑大

师卡拉特拉瓦设计兴建，这个车

站由于整合了各种

第七届全国现代结构工程学术研讨会

单榀张弦梁结构的稳定性能分析

李义生

马志华

天津市北辰区房地产公司，天津３００４００）

摘要：单榀张弦粱结构作为平面结构，存在平面外失稳问题。本文研究单榀张弦粱结构的失稳现蒙，讨论了各参数对稳定性的影响＜如撑杆数目、垂跨比、高跨比、弦的面积、预力等因素对其稳定性的影响），研究结果对该结构工程应用有一定的参考作用。

关键词：单榀张弦梁结构，稳定性

一、引言

：

单榀张弦梁结构作为由拱、弦和撑杆组合而成的平面组合结构ｔ其稳定性能相比拱结构是否会有较大

改善，弦和撑杆对稳定性能的贡献如何等等问题值得探讨。本文就这些问题进行了分析讨论。

二、结构形式

单榀张弦梁结构中，撑杆对拱起弹性支座的作用。为研究撑杆对拱稳定性能改善的程度，本文选取一个撑杆、三个撑杆及多撵秆（选１９撑杆为代表）三种模型（分别设为模型３－Ｉ—Ｉ、３—１—２和３ Ｉ－３）进行计算分析。三种模型的跨度、拱度和垂度均相同，分别为２２．４米、３Ｏ米和１３“米。各模型的用钢量及材料情况见参考文献１。

三、稳定性分析

（一）撑杆的影响

三种模型的跨度、拱度和垂度均相同，分别为２２．４米、３．０米和１．３４４米。采用几何非线性有限元法进行分析。拱离散为２０个等直梁元，撑杆为杆单元。弦作为不

浅谈钢结构建筑设计的要点

摘要：钢结构住宅是当代住宅在21世纪里发展的必然趋势，以及在发展中存在的问题，提出钢结构住宅建筑设计中需在意的重点。近20年来，中国钢结构事业取得了大发展，也为设计行业的黄金时期带来了更多的挑战和机遇。 关键词：钢结构；建筑设计；黄金时期

钢结构住宅是以钢结构做为骨架，配合各种复合材料的轻型墙体拼装而组成，所耗用材料为工厂标准化、系列化、批量化生产，从而改善了传统住宅的钢筋混凝土建筑砖、瓦、沙、石现场施工，是住宅产业现代化的一个醒目标志。日前在国外，采用钢结构住宅建筑体系数不胜数，而在我国，厂房、大跨结构采用已较常见，而住宅则采用寥寥无几。

发展我国钢结构住宅存在的问题

在我国绝大部分的住宅标准规范是在近几十年来不断使用的结构体系基础编制的，钢结构住宅体系此前在我国属于技术空虚人才缺乏，钢结构住宅技术完全不能满足我国现行强制性规范的某些条文也不足为奇。譬如我国建国以后，绝大多数的建筑为砖石和钢筋混凝土等耐火性能较好的建筑材料，因此导致我国的《建筑设计防火规范》在材料选用方面貌似比国外苛刻，钢结构住宅难以满足其要求。这种与国内规范不衔接的状况，使钢结构住宅项目不管在工程设计施工阶段还是工程验收阶段都会遇到不计其数的障碍

浅谈钢结构建筑设计的要点

摘要：钢结构住宅是当代住宅在21世纪里发展的必然趋势，以及在发展中存在的问题，提出钢结构住宅建筑设计中需在意的重点。近20年来，中国钢结构事业取得了大发展，也为设计行业的黄金时期带来了更多的挑战和机遇。 关键词：钢结构；建筑设计；黄金时期

钢结构住宅是以钢结构做为骨架，配合各种复合材料的轻型墙体拼装而组成，所耗用材料为工厂标准化、系列化、批量化生产，从而改善了传统住宅的钢筋混凝土建筑砖、瓦、沙、石现场施工，是住宅产业现代化的一个醒目标志。日前在国外，采用钢结构住宅建筑体系数不胜数，而在我国，厂房、大跨结构采用已较常见，而住宅则采用寥寥无几。

发展我国钢结构住宅存在的问题

在我国绝大部分的住宅标准规范是在近几十年来不断使用的结构体系基础编制的，钢结构住宅体系此前在我国属于技术空虚人才缺乏，钢结构住宅技术完全不能满足我国现行强制性规范的某些条文也不足为奇。譬如我国建国以后，绝大多数的建筑为砖石和钢筋混凝土等耐火性能较好的建筑材料，因此导致我国的《建筑设计防火规范》在材料选用方面貌似比国外苛刻，钢结构住宅难以满足其要求。这种与国内规范不衔接的状况，使钢结构住宅项目不管在工程设计施工阶段还是工程验收阶段都会遇到不计其数的障碍

实例：2D四杆桁架结构的有限元分析

学习有限元方法的一个最佳途径，就是在充分掌握基本概念的基础上亲自编写有限元分析程序，这就需要一个良好的编程环境或平台。MATLAB软件就是这样一个平台，它以功能强大、编程逻辑直观、使用方便见长。将提供有限元分析中主要单元完整的MATLAB程序，并给出详细的说明。

1D杆单元的有限元分析MATLAB程序(Bar1D2Node)

最简单的线性杆单元的程序应该包括单元刚度矩阵、单元组装、单元应力等几个基本计算程序。下面给出编写的线性杆单元的四个MATLAB函数。 Bar1D2Node _Stiffness(E,A,L)

该函数计算单元的刚度矩阵，输入弹性模量E，横截面积A和长度L，输出单元刚度矩阵k(2×2)。 Bar1D2Node _Assembly(KK,k,i,j)

该函数进行单元刚度矩阵的组装，输入单元刚度矩阵k，单元的节点编号i、j，输出整体刚度矩阵KK。 Bar1D2Node _Stress(k,u,A)

该函数计算单元的应力，输入单元刚度矩阵k、单元的位移列阵u(2×1)以及横截面积A计算单元应力矢量，输出单元应力stress。 Bar1D2Node_Force(k,u)

该函数计

轮辐式预应力张弦梁钢屋盖结构张拉施工方案的仿真分析

摘要：通过有限元分析软件对轮辐式预应力张弦梁钢屋盖结构进行拉索张拉施工仿真分析，比较三种张拉顺序方案和三种张拉阶段方案，提出合理的张拉方案，并给出类似结构的张拉方式和施工建议。

关键词：轮辐式；预应力；张弦梁；有限元分析；张拉方案比较

Abstract : Through the finite element analysis software for spokes prestressed chord-tension LiangGang roof structure of tension lasso construction simulation analysis, comparative three tension sequence solutions and three kinds of drawing phase scheme, put forward reasonable drawing scheme, and gives similar structure drawing mode and construction proposal.

Key words:Spokes, Prestress

浅谈钢结构建筑防火设计

建筑的骨架，它的安全性直接关系到整幢建筑的安全，它们大都采用钢材，钢材虽然是不燃材料，但其耐火性能很差，随着温度的变化，其力学指标会发生很大的改变，承载力和平衡稳定性会随温度升高而大幅度下降。钢结构在温度达到350℃、500℃、600℃时，其强度分别下降1／3、1／2、2／3，在高温条件下其内部应力也会发生改变，使钢结构承重体系出现问题，按理论计算，在全负荷下，钢结构失去平衡稳定性的临界温度为500℃，一般火场温度都在800℃－1000℃左右，在这样的高温条件下，无任何保护的钢结构很快就会出现塑性变形，大约15分钟内就会倒塌。2002年9月11日，美国纽约的世界贸易大厦在恐怖袭击中倒塌，导致300多名消防队员无辜丧生。飞机满载燃油撞击大楼后，造成大楼承重的钢结构筒体的保护层被破坏，在强烈的高温作用下，钢结构筒体承载强度迅速下降，短短20分钟后这个世界上最著名建筑就消失在我们面。2003年我国青岛市的正大食品厂钢结构厂房发生特大火灾，造成厂房大面积倒塌，很多工人葬生火海；1972年天津市体育馆发生火灾，致使屋顶坍塌，造成巨大人员伤亡。这些众多的火灾案例都暴露出了钢结构建筑存在的一个致命弱点就是耐火性极差，这就给我们广大建筑