《空间结构》第四篇第六、七章ppt课件.ppt

第四篇 索杆张力结构,第六章 环形张力索桁结构第一节 概述1、环形张力索桁结构的结构形式：(1)结构构成有以下两个重要特征：首先为中部大开孔的环状结构；该结构的基本构成是单元为径向索桁架。(2)索桁架的构成：由上弦索、下弦索和竖腹杆构成，一端固定在周边支承构件上（如受压环梁或桁架），另一端与内部环索连接。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,环形张力索桁结构,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,(3)对环形张力索桁结构的结构性能理解：辐射式预应力悬索结构（又称车辐式悬索结构）的衍生，无非是将中部钢拉环扩大，并用高强钢索代替。从张拉整体结构体系的角度来理解其结构性能。客观地说，环形张力索桁结构吸收了悬索结构和张拉整体体系两者的结构特点，但以悬索结构的影响更为深远。原因：根据Fuller的描述，张拉整体体系的杆是作为连续张拉场中的压力过度，索穹顶结构充分体现了这种特征，但环形张力索桁结构中杆单元并不十分明显。因此，作为辐射式双层悬索体系的衍生更为贴切。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,(4)环形张力索桁结构的工程应用情况：通常适用于圆形、椭圆形以及近似圆形或椭圆形的环形平面形状。根据内外圈曲线形状的不同，环形张力索桁可以有不同的平面形状，如内外圈均为圆形（CC型）、外圈圆形内圈为椭圆形（CE型）、外圈椭圆形内圈为圆形（EC型）、内外圈均为椭圆形（EE型）。C circle;Eellipse,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,CC型环形张力索桁结构,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,CE型环形张力索桁结构,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,EC型环形张力索桁结构,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,EE型环形张力索桁结构,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,2、环形张力索桁结构的发展与应用：,1993年建成的德国斯图加特纳卡体育场，是欧洲最大规模的膜结构之一，两主轴长度分别为200米、280米，EE型，罩棚最大悬挑达58米，结构由40榀辐射状索桁架及沿周围的两道箱形受压钢圈梁组成，钢圈梁支承在间距20米的箱形钢柱上。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,1998年建成的马来西亚吉隆坡室外体育场，内外圈形状均为椭圆形，EE型，罩棚宽66.5米。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,马来西亚吉隆坡室外体育场内景外部压力环为140035的钢管，安放在36个V形柱上，V形柱又放在混凝土结构上。内部上拉环为4根78的钢缆，下拉环为4根97的钢缆，两拉环由36根高1820米的钢柱相连。索桁的上索为5378的钢缆，下索为66 94的钢缆，垂直索直径为24.,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,2002年韩日世界杯的韩国釜山体育场屋顶象汹涌的海浪升向天空，大型椭圆开口的索桁结构体系，CE型，面层材料是透明的白色膜材。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,上层环向索；下层环向索；上层径向索；下层径向索；立柱；垂直索；柱；混凝土柱；桩基。,韩国釜山体育场的单榀结构示意图,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,第二节 环形张力索桁结构的施工施工过程分以下步骤：首先在地面上将上环索拼装，再将上径向索一端与上环索连接，另一端与环梁处支座节点连接。在支座节点处通过张拉设备收缩上径向索，并牵引上环索到一定的标高。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,安装竖腹杆，将腹杆的上节点与上弦索的相应节点相连。将事先在地面拼装好的下环索和下径向索连接到竖向压杆相应的下节点。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,将上径向索收缩张拉到理论计算长度，并固定。连接下弦径向索外段到支座处，并对其张拉提升整个结构。,第四篇 索杆张力结构 第六章 环形张力索桁结构,最终将下径向索收缩张拉到理论计算长度，则整个结构施工完毕，结构成形。,第四篇 索杆张力结构,1986年建成的纽约会议中心大楼，高45米，巨大的玻璃大厅空间令人失去了尺度的感觉。,第七章 点支式玻璃幕墙结构,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1 第一代玻璃幕墙点式安装法：早在20世纪60年代，英国皮尔金顿首先开发了第一代点式连接安装法，又称为补丁式装配体系。基本构造做法是在经过强化处理后的玻璃四角打上孔，然后用方形的连接板前后夹住玻璃，并用螺栓固定，位于玻璃后面的连接板则与金属肋连接，从而把玻璃板吊住。采用这种方式安装的玻璃幕墙的高度曾达到20米以上。,补丁式装配系统,第一节 点支式玻璃幕墙结构概述,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,2 第二代玻璃幕墙点式安装法：20世纪70年代皮尔金顿公司开发的第二代的安装方法平式装配体系。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,3 第三代玻璃幕墙点支式安装法：20世纪80年代，随着纪念法国大革命200周年的十大建筑之一拉维莱特科学城在1986年的建成，又诞生了点式连接的第三代工艺，又称为拉维莱特体系。是在玻璃四角开的孔洞中安装了一个半球状的铰接螺栓，它可以自由地转动，而且这个特制螺栓的转动中心和玻璃的重心（厚度的中心）是一致的。,点支式连接方法,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,与平式体系的根区别：(1)平式体系由于玻璃的支撑构件都突出于玻璃之外，很容易在连接处产生扭转弯矩；拉维莱特体系则使转动中心与玻璃重心一致，从而解决了这个问题。(2)同时每四块玻璃的四个孔洞用一个H形的构件加以连接，在四个点上分设每块玻璃各自的回转铰，以此来控制因风力和地震力引起的每块玻璃的位移。这样也使这种体系可以应用于变形较大的结构骨架上。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,4、点式玻璃幕墙的新体系和新工艺：(1)如德国SEELE公司在玻璃屋顶的开发上采用了索网结构与点式连接安装法相结合的方式：(2)有的公司开发了最小连接点法，简称MJG法。是用与玻璃分缝相应的钢缆索网做成墙面的支承结构，但又避免了点式连接法在玻璃上打孔以及连接铰的复杂技术。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,MJG体系,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,5 点支式玻璃幕墙的特征：点支式玻璃幕墙利用玻璃的透明特征，追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能。点支式玻璃幕墙设计和一般建筑结构设计最大的不同之处在于建筑和结构设计的一体化。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,第二节 点支式玻璃幕墙的组成1、玻璃：玻璃是一种脆性材料，与混凝土相比，抗压性能好，抗拉性能差，应力应变关系为线性，弹性模量在0.72105左右，约为钢材模量的1/3。抗弯强度：一般浮法玻璃的抗弯强度在49MPa左右，经过热处理的钢化玻璃的抗弯强度在147 MPa左右。(2)自重：2500/m3,其强重比优于钢材，并给人以视觉上轻巧的感觉。(3)膨胀系数：1.010-5，与钢材相比，使得钢材和玻璃能够用于同一种结构，发挥各自的特长。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(4)耐腐性：很强，可抵抗强酸腐蚀，玻璃结构的防腐费用低。用于结构的玻璃主要有钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃。(1)钢化玻璃：由平板玻璃热处理而成。方法是将普通平板玻璃或浮法玻璃原片在特制的加温炉里均匀加温至软化点，随后在空气中迅速冷却。钢化玻璃抗压与抗冲击能力的提高，对减轻建筑物自重有益，适用于大板面的幕墙及无框架支撑的玻璃结构。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(2)夹层玻璃：夹层玻璃是一种性能优良的安全玻璃。它由两片或多片玻璃用透明的有机胶粘合而成，中间层有机材料最常用的是PVB，还有甲基丙烯酸甲酯、有机硅、聚氨酯等。中间层胶片在常温下是高弹性物质，在常温以上呈弹塑性。夹层玻璃在受到冲击破坏后，碎片粘在中间层胶片上并保持为整体，不会溅人，只是有辐射状裂纹，仍能保持原有的形状和可见性。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(3)中空玻璃：双层中空玻璃由玻璃、密封胶、间隔框及干燥剂组成。(a)玻璃：可以是普通浮法玻璃、镀膜玻璃、吸热玻璃、安全玻璃等。(b)密封胶：一般有两道，第一道密封胶一般使用热融性丁基胶，它的扩散率很低，可以延长中空玻璃的使用寿命。第二道密封胶有聚硫胶、硅酮胶和聚氨酯胶。第二道密封胶主要实现玻璃板和间隔框之间的结构性粘结。(c)间隔框：为铝框，它决定空气层厚度。(d)干燥剂：最通用的干燥剂为分子筛，被灌在间隔框中。,第四篇 索杆张力结构 第七章点支式玻璃幕墙结构,中空玻璃结构形成,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,2、金属紧固件：点支式玻璃幕墙结构的玻璃面板，通过金属紧固件相连固定在支承钢结构上，金属紧固件包括连接件和爪件。(1)连接件：连接件按构造可分为活动式和固定式，按外形又有沉头式和浮头式之分。,(a)浮头式(b)沉头式玻璃与连接件的连接方式 玻璃与螺栓的连接方式,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(2)爪件：支承爪件按爪臂的可动性和不可动性分为可转动结构爪件和不可转动结构爪件。爪件开孔方式见下图。,1、2双向调节孔；3基准孔；4单向调节孔 爪件及开孔方式,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,按固定点数和外形，爪件又可分为：四点爪X形和H形，见下图中(a)、(b)。三点爪Y形，见下图中(c)。二点爪U形、V形、I形、K形，见下图中(d)、(e)、(f)、(g)。单点爪V/2型和I/2型，见下图中(h)、(i)。多点爪。,支承爪件的分类,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,3、点支式玻璃幕墙支承结构的形式与分类分类方法很多，根据支承构件的材料可分为：全玻式、钢构式、拉索式、索网式、钢构拉索组合式。,全玻式(b)钢构式(c)拉索式(d)拉索式(e)索网式(f)钢构拉索组合式支承结构的分类,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1 刚性结构：点支式玻璃幕墙的刚性支承结构分为平面结构体系与空间结构体系两种。平面结构体系主要包括梁式体系、桁架体系、框式体系和拱式体系等。幕墙的空间结构形式一般有网架结构、网壳结构等。(1)梁式体系：梁式支承结构通常用于层高不是很高、荷载不是很大的场合。它的优点是截面高度小、制作简单、施工方便。无论是横梁还是立柱，一般都处于受弯状态。梁式体系中最常见的是钢构梁式体系，一般用钢管或美化工字钢做成，通常视跨度及荷载情况分别采用单管式、管管格构式、板管格构式及其他组合截面。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,IBM大厦采光顶,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,点支式玻璃幕墙候车亭,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,玻璃肋是另一种常用的梁式支承体系，玻璃肋点支式全玻璃幕墙是一种全透明、全视野的玻璃幕墙。根据玻璃肋支承在主体结构上下支座的不同约束情况，玻璃肋支承体系又分为落地式和吊挂式两种。吊挂式全玻璃幕墙是指面玻璃及肋玻璃通过上部钢结构，用吊夹悬吊起来的全玻璃幕墙。这种全玻璃幕墙的设计类似于竖向放置的楼面，玻璃面板相当于楼板，直接承受风力和地震荷载作用，进而传递到玻璃肋上，最后传给主体结构。玻璃肋的设计可采用简支梁模型。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,单层高度在46米时，一般采用落地式全玻璃幕墙体系；当单层高度达610米时，可采用吊挂式全玻璃幕墙体系。(2)平面桁架、空间桁架体系：当层高较大时，一般采用钢构式支承体系，是幕墙结构中最为“坚固”的一种，但由于局部和整体稳定性的要求，钢构式点连接玻璃幕墙体系显得有点笨拙。点支式玻璃幕墙结构中常用的体系包括平面桁架和空间网格结构。钢桁架可以根据实际情况变化腹杆的布置形式，使结构更富于变化；而空间网格结构则可以根据需要设计成网架结构形式或形态各异的空间网壳结构形式。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,深圳高交会会馆玻璃幕墙,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,覆盖科隆铁路车站的玻璃顶。是轻质与透明材料形成的空间结构，采用钢桁架支承。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1996年建成的东京国际论坛的玻璃中庭。支承巨大肋骨的是两条拱。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,网壳结构支承,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1921年建成的都灵林戈特，玻璃的葱头式穹顶。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,厦门植物园,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,北海机场航站楼，主要由抗风桁架和屋面钢结构组成,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,上海植物园温室屋顶，和常见的螺栓球网架做法不同，本项目屋顶网架上下弦杆为H型钢，腹杆为钢管。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,外高桥网球场屋顶,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,2 柔性结构：点支式玻璃幕墙柔性结构主要包括索桁架和索网结构。索桁架的结构构件包括钢索和支撑钢管，以索桁为支承体系的幕墙属于拉索式点连接玻璃幕墙的范畴。整个体系由受拉的张力元和受压撑杆组成，通过施加预应力使拉索始终保持受拉状态。索网结构的组成材料只有交叉方向的索网和连接玻璃的节点板，是所有点支式玻璃幕墙支承结构中通透性最好的一种。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,索桁支承体系的玻璃幕墙,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1989年建成的汉堡历史博物馆，改造旧博物馆（1923年）中庭的玻璃屋顶而成，细的缆索外形已消失，格子的流线形甚是漂亮。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1974年建成的慕尼黑凯宾斯基饭店的玻璃正立面。利用2540米的缆网做成的玻璃的建筑物立面。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,1995年建成的卢佛宫美术馆的倒金字塔。玻璃的枝形吊灯是利用复合型张拉方式吊着的。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,慕尼黑奥林匹克运动会体育场外景，索网上覆盖丙烯玻璃，并解决了柔性索网与刚性玻璃的连接问题。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,慕尼黑奥林匹克运动会体育场内景,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,3 索钢组合结构：索钢组合结构支承体系综合了钢构式和拉索式的优点，可以做得既高又细巧。因此，此类幕墙比较适合展览馆和大型文化体育场采用。,索钢组合结构,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,广州新白云国际机场，围护结构主要采用新一代不锈钢拉索桁架点支式玻璃幕墙,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,广州新白云国际机场局部放大图,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,广州新白云国际机场局部放大图,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,广州新白云国际机场局部放大图,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,第三节 点支式玻璃幕墙的分析与设计1 荷载及组合：点支式玻璃幕墙分析、设计中要考虑的荷载包括自重、风荷载、地震作用、雪载及施工可变荷载等。2 点支式玻璃幕墙支承结构的分析方法：(1)支承结构分析的基本内容：对支承结构进行力学计算之前，必须把它们抽象成既能反映实际情况又便于计算的计算简图。(2)几何构造分析：支承结构设计时，不仅要考虑安全性，更要重视结构布置的多样性、简洁性和灵巧性，因此几何构造分析与判定显得非常重要。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(3)静力分析：一般采用空间有限元法进行计算。静力分析中需考虑的作用包括结构自重、风荷载、地震作用、和温度变化等。风致效应分析温度应力分析地震响应的反应谱分析地震响应的时程分析(4)稳定性分析：包括构件的整体稳定性分析、构件的局部稳定性分析。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(5)刚度分析：点支式玻璃幕墙支承结构比较柔，在风荷载与地震作用下的侧向位移值可能较大，玻璃面板容易破碎。为了保证点支式玻璃幕墙有一个良好的工作状态，需要对幕墙进行刚度分析，对最大变形加以限制。3 点支式玻璃幕墙支承结构的设计：(1)建筑功能：点支式玻璃幕墙的支承结构一般采用钢结构，合理的支承结构体系必须成功地体现建筑的品质。(2)结构功能：支承结构必须满足强度、刚度、稳定性等的要求。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(3)适应玻璃划分的要求：玻璃的大小、形状应当满足建筑要求以及玻璃本身的承载能力和变形要求，同时还应考虑玻璃加工和安装方面的技术要求。4)当地建筑材料的供应、地形、地质及自然气候条件：考虑结构材料必须因地制宜。(5)如果脱离现有施工技术条件的制约：就会提出不切实际的结构选型方案。(6)应当在保证结构可靠度和建筑造型效果的前提下，最大程度地取得良好的经济效果。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,第五节 点支式玻璃幕墙支承结构的施工1 钢结构安装：(1)梁式钢结构的安装：安装前，应根据施工图，检查钢结构立柱的尺寸及加工孔位是否与图纸一致；安装时，将附件安在立柱上，利用吊车或自制吊装装置，吊起钢立柱并向上提升；提升到位后，用人工方法将立柱的下端引入底部柱脚中，上端则用螺栓和钢支座连接件与主体结构连接；完全到位后，进行临时拧紧，临时点焊，并及时进行调整；两立柱间可用钢卷尺校核；立柱垂直度用2米靠尺校核；相邻立柱标高偏差及同层立柱的最大标高偏差，用水准仪校核；调整完毕后，立即进行最终固定。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(2)钢桁架的安装：(a)现场拼装焊接：应在现场搭设的专用平台上进行拼装。(b)吊装就位：吊装时桁架两侧要捆绑支杆，以防止侧向失稳。(c)支座与底板焊接：将钢桁架支座与预埋件焊接，就桁架固定。(d)稳定杆安装：为了保证桁架外平面的稳定性，在平面外必须设置稳定杆。(e)拨接系统安装：钢桁架结构校正、检验合格后，进行拨接系统的安装。安装时，先按爪接件分步图安装、定位爪接件。(f)墙趾安装：将不锈钢U型地槽用铆钉固定在地梁预埋件上。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(3)索桁架的安装：(a)索的预拉：施工时对索桁架的钢索进行几次预拉，就可以较好地解决使用中索的预应力松弛现象。(b)锚墩的安装：在主体结构上设置锚墩以承受索桁架的拉力。(c)施工临时支承结构的搭建：临时支承结构的形式随索桁架的形式不同而不同。(d)索桁架就位：借助于临时支承结构，就可以将已经预拉并按准确长度准备好的索桁架就位，再调整到设计规定的初始位置，进行初步固定。(e)预应力张拉：索桁架就位后，即可按设计给定的次序，使用各种专门的千斤顶进行预应力张拉。,第四篇 索杆张力结构 第七章 点支式玻璃幕墙结构,(4)钢结构的表面处理：钢结构的表面应进行喷砂除锈处理。防腐底漆采用水性无机富锌涂料，操作过程按有关规定进行，要确保底漆防腐年限不低于15年，漆膜厚度不少于80um。钢结构组合件焊接完后，对焊缝要进行打磨以消除毛刺和尖角，达到光滑过渡。最后采用富铝防火漆对钢结构表面进行现场喷涂。2 玻璃面板的安装：(1)玻璃安装前的准备(a)包装、运输和储存(b)清理钢结构施工垃圾(2)玻璃的安装,