空间结构设计与施工PDF电子书下载

0 绪论 1

0.1 什么叫空间结构？ 1

0.2 研究和发展空间结构的意义 1

0.3 空间结构分类 2

0.4 空间结构的特点 3

第一篇 薄壳结构 4

1 总论 4

1.1 概述 4

1.1.1 定义 4

1.1.2 特点 4

1.2.1 按曲面形成方法分类 5

1.2 薄壳结构的分类 5

1.1.3 薄壳结构的发展 5

1.2.2 按高斯曲率分类 8

1.2.3 按所用材料分类 10

1.3 薄壳结构内力分析方法的一般概念 10

1.3.1 壳体内力 10

1.3.2 无弯矩理论 12

1.3.3 弯矩理论及边界效应法概念 12

2 圆形底旋转面薄壳 13

2.1 选型设计 13

2.1.1 几何特性 13

2.2.1.1 任意旋转面壳体在轴对称荷载作用下的薄膜内力计算公式 14

2.2.1 球壳薄膜内力 14

2.2.1.2 闭口球壳在轴对称荷载作用下的薄膜内力 14

2.2 旋转面球壳计算理论及方法 14

2.1.2 选型设计 14

2.2.1.3 任意旋转面壳体在非轴对称荷载作用下的薄膜内力 15

2.2.1.4 球壳在非轴对称荷载作用下的薄膜内力 17

2.2.2 球壳弯曲内力 19

2.2.2.1 任意旋转面壳的轴对称位移 19

2.2.2.2 任意旋转面壳的轴对称弯曲 20

2.2.2.3 球壳的弯曲 21

2.2.2.4 简化计算法 22

2.3 圆形底球壳算例及力学特性 28

2.3.1 现浇钢筋混凝土闭口球壳算例 28

2.3.2 装配整体式钢筋混凝土开口球壳算例 35

2.3.3 球壳力学特性 39

2.4.1 几何尺寸及配筋 40

2.4 设计要点 40

2.4.2 边缘构件 42

2.4.3 装配整体式球壳 42

2.4.3.1 预制壳板的划分 42

2.4.3.2 预制壳板的接缝 43

3 双曲扁壳 45

3.1 选型设计 45

3.1.1 几何特性 45

3.1.2 选型设计 46

3.2 双曲扁壳计算理论及方法 47

3.2.1 双曲扁壳基本微分方程 47

3.2.2 简化计算法 49

3.2.2.1 位移w及mx,my的计算 50

3.2.2.2 应力函数Φ及nx,ny,vt的计算 51

3.2.2.3 计算方法 53

3.3.1 现浇钢筋混凝土双曲扁壳算例 54

3.3 双曲扁壳算例及力学特性 54

3.3.2 装配整体式钢筋混凝上双曲扁壳算例 57

3.3.3 力学特性 60

3.4 设计要点 61

3.4.1 几何尺寸及配筋 61

3.4.2 边缘构件 61

3.4.3 装配整体式双曲扁壳 67

4 圆柱面薄壳 70

4.1 选型设计 70

4.2 圆柱面薄壳计算理论 71

4.2.1 圆柱面壳薄膜内力 71

4.2.1.1 基本微分方程 71

4.2.1.2 均布荷载 72

4.2.1.3 自重及雪荷载作用下的薄膜内力 73

4.2.2 圆柱面壳弯曲内力 74

4.2.2.1 圆柱面壳轴对称弯曲 74

4.2.2.2 圆柱面壳轴对称弯曲的简化计算法 76

4.3 边界效应法计算方法、算例及力学特性 78

4.3.1 计算方法 78

4.3.1.1 边梁在外荷载和边扰力作用下的变形 79

4.3.1.2 壳板在外荷载和边扰力作用下的变形 81

4.3.2 计算步骤 82

4.3.3 现浇圆柱面长薄壳算例 83

4.3.4 圆柱面短薄壳 88

4.3.4.1 计算步骤 88

4.3.4.2 现浇圆柱面短薄壳算例 89

4.3.5 力学特性 94

4.4.2 稳定性验算 95

4.4.1 几何尺寸 95

4.4 设计要点 95

4.4.3 边缘构件 96

4.4.4 构造要求 97

4.5 折板结构 100

5.1 选型设计 100

5.1.1 折板结构形式 100

5.1.2 选型设计 101

5.2 V形折板内力分析方法 103

5.2.1 内力分析方法 103

5.2.2 非预应力钢筋混凝土V形折板算例 106

5.3 V形折板屋盖设计要点 106

5.3.1 材料及配筋 106

5.3.2 采光和通风 108

6.1.1 几何特性 109

6 双曲抛物面薄壳 109

6.1 选型设计 109

6.1.2 选型设计 110

6.2 双曲抛物面薄壳计算理论和方法 111

6.2.1 双曲抛物面薄壳计算理论 111

6.2.1.1 阶梯函数和脉冲函数的性质 112

6.2.1.2 微分方程和边界条件 113

6.2.1.3 用伽辽金变分法求解 113

6.2 现浇组合型双曲抛物面薄壳算例 115

6.3 力学特性 118

6.4 设计要点 118

6.4.1 边缘构件 118

6.4.2 构造要求 119

7.1 薄板的弯曲 121

7.1.1 应变、应力、弯矩、扭矩表达式 121

7 板壳有限元法内力分析 121

7.1.2 变形能表达式 123

7.1.3 组合应力分量 123

7.2 刚度矩阵和荷载向量 124

7.2.1 单元刚度矩阵 124

7.2.2 单元荷载向量 125

7.3 常用的板壳单元 125

7.3.1 单元的相容条件 125

7.3.2 矩形单元 126

7.3.3 简化的三次三角形单元 126

7.3.4 克劳夫(Clough-Tocher)三角形单元 127

7.4 用板壳单元进行内力分析 129

7.4.1 整体坐标系与局部坐标系 130

7.4.2 局部坐标系中板壳单元的刚度矩阵 131

7.4.4 主从自由度的处理 133

7.4.3 单元刚度矩阵从局部坐标系向整体坐标系的转换 133

7.4.5 伪单元 135

8 折壳结构 137

8.1 闭口式大平板折壳结构算例及分析 138

8.2 开口式大平板折壳结构算例及分析 139

9 装配式薄壳结构施工 141

9.1 壳板的预制 141

9.1.1 对混凝土的质量要求 141

9.1.2 混凝土浇筑技术 141

9.1.3 模板 142

9.1.4 预制壳板精度要求 142

9.2 壳板的拼装 142

9.2.1 支架设计 143

9.3.1 高空拼装法 144

9.3 薄壳结构安装 144

9.2.2 壳板安装及标高调整 144

9.2.3 灌缝及支架拆除 144

9.3.2 整体顶升法 145

9.3.2.1 上顶升法 145

9.3.2.2 下顶升法 146

9.3.2.3 顶升时应注意的主要问题 146

9.3.3 整体提升法 148

第二篇 空间网格结构 150

10 总论 150

10.1 概述 150

10.1.1 定义 150

10.1.2 分类及发展 150

10.2 空间网格结构体系设计 151

10.1.3 特点及存在问题 151

10.2.1 结构形体设计 152

10.2.2 单元分析及组合 152

10.2.3 连接 152

11 网架结构设计 153

11.1 我国常用的网架结构型式 153

11.1.1 双层网架结构的常用型式 153

11.1.1.1 交叉桁架体系 153

11.1.1.2 四角锥体系 155

11.1.1.3 三角锥体系 156

11.1.1.4 折线形网架 157

11.1.2 三层网架结构的常用型式 157

11.2 网架几何不变性分析 159

11.2.1 网架几何不变的必要条件 159

11.2.2 网架几何不变的充分条件 160

11.3 网架结构设计的一般要求 161

11.3.1 网架结构受力特点 161

11.3.2 网架结构选型设计 161

11.3.2.1 网架结构选型设计的基本原则 161

11.3.2.2 各种支承情况及平面形状的选型 162

11.3.3 网架结构几何尺寸选择 163

11.3.4 网架结构边界的处理 166

11.3.5 网架结构屋面排水坡度的形成 167

11.3.6 网架结构的起拱 167

11.3.7 网架结构的容许挠度 173

11.4 网架结构上的作用 174

11.4.1 永久荷载 174

11.4.2 可变荷载 175

11.4.4 荷载效应组合 176

11.4.3 湿度变化作用与地震作用 176

11.5 网架结构的计算 177

11.5.1 空间桁架位移法 178

11.5.1.1 基本假定 179

11.5.1.2 单元刚度矩阵 179

11.5.1.3 结构总刚度矩阵 181

11.5.1.4 边界条件及对称性利用 185

11.5.1.5 杆件内力计算 187

11.5.1.6 线性方程组求解 188

11.5.2 下弦内力法 190

11.5.2.1 基本方程式 190

11.5.2.2 杆件内力计算 192

11.5.2.3 挠度计算 194

11.5.2.4 矩形平面网架的内力和挠度计算用表及算例 195

11.5.3.1 基本微分方程 197

11.5.3 交叉梁系差分法 197

11.5.3.2 差分法基本概念 198

11.5.3.3 网架的差分表达式 199

11.5.3.4 边界条件处理 200

11.5.3.5 网架内力计算 202

11.5.3.6 算例 204

11.5.4 拟夹层板法 206

11.5.4.1 基本微分方程 206

11.5.4.2 基本微分方程级数解 211

11.5.4.3 计算表格制作及使用 212

11.5.4.4 网架杆件内力计算 213

11.5.4.5 正放四角锥网架算例 214

11.5.5 假想弯矩法 218

11.5.6 网架温度应力计算 223

11.5.7 地震作用下的内力计算原则 226

11.6 网架结构杆件和节点的设计与构造 228

11.6.1 杆件的设计与构造 228

11.6.1.1 杆件材料与截面形式 228

11.6.1.2 网架杆件的计算长度 228

11.6.1.3 网架杆件的容许长细比［A］ 229

11.6.1.4 杆件最小截面尺寸 229

11.6.1.5 杆件截面选择 229

11.6.2 节点的设计与构造 230

12 网壳结构内力分析及设计 239

12.1 选型设计 239

12.1.1 球面网壳网格的划分 239

12.1.1.1 短程线网格划分方法 239

12.1.1.3 球面网壳的形式 247

12.1.1.2 四边形网格子午线划分法 247

12.1.2 圆柱面网壳的形式及水平推力处理 249

12.1.3 双曲抛物面网壳的形式及等弦长计算 251

12.1.4 矢跨比、高跨比 252

12.2 内力分析方法 253

12.2.1 双层网壳空间桁架位移法 253

12.2.2 单层网壳空间梁单元分析法 255

12.2.2.1 单元局部坐标系的确定及坐标变换矩阵 255

12.2.2.2 单元刚度矩阵 257

12.2.2.3 单元荷载的处理 259

12.3 工程实例 260

12.3.1 日本东京国际贸易中心2号馆 260

12.3.2 扬州大学农学院礼堂 261

12.3.3 日本神户港岛野外剧场 263

12.3.4 日本筑波国际科学技术博览会集会大厅 264

12.3.5 广东东莞雄狮大酒店多功能厅 265

13 空间网格结构施工 266

13.1 网架结构施工 266

13.1.1 制作与拼装 266

13.1.1.1 节点与杆件制作 266

13.1.1.2 网架结构拼装 269

13.1.2 网架安装 271

13.1.2.1 高空散装法 271

13.1.2.2 分条(分块)吊装法) 275

13.1.2.3 高空滑移法 277

13.1.2.4 整体提升及整体顶升法 283

13.1.2.5 整体吊装法 287

13.2.1 高空散装法 288

13.2 网壳结构施工 288

13.2.2 分条(分块)安装法 292

13.2.3 外扩法 292

13.2.4 内扩法 293

第三篇 张拉结构 294

14 总论 294

14.1 概述 294

14.2 悬索屋盖的构成、分类及特点 294

14.2.1 悬索屋盖的构成 294

14.2.2 悬索屋盖的分类 295

14.2.3 悬索屋盖的特点 295

15.1.1 内部平衡方法 298

15.1.1.1 拱的形式 298

15.1 水平力的处理 298

15 悬索结构设计的基本问题 298

15.1.1.2 环的形式 301

15.1.1.3 水平梁加压杆的形式 301

15.1.1.4 平衡的形式 302

15.1.1.5 悬臂柱的形式 304

15.1.1.6 框架平衡的形式 304

15.1.2 外部平衡方法 305

15.1.2.1 后拉索的形式 306

15.1.2.2 主索的形式 306

15.1.3 组合平衡方法 307

15.2 变形的处理 308

15.2.1 加强刚度的方法 308

15.2.1.1 利用重屋盖加强刚度 308

15.3 预应力、垂度与矢高 309

15.2.2 不影响装修 309

15.2.1.4 用壳体作用加强刚度 309

15.2.1.3 利用稳定索加强刚度 309

15.2.1.2 利用抗弯构件加强刚度 309

15.3.1 预应力的影响 310

15.3.2 垂度、矢高的影响 310

15.4 抗震及抗风 313

15.5 设计计算方法 313

15.5.1 设计方法 313

15.5.2 计算方法 314

15.5.3 计算假定 315

16 单向单层悬索屋盖 316

16.1 单索的基本方程 316

16.1.1 单索平衡方程 316

16.1.1.1 沿跨度均布荷载 316

16.1.1.2 沿索曲线均布荷载 317

16.1.1.3 任意分布荷载 318

16.1.2 单索变形协调方程 319

16.1.2.1 索长计算 320

16.1.2.2 索变形协调方程 320

16.1.3 单索计算 321

16.2 单向单层悬索屋盖设计 322

16.2.1 结构布置 322

16.2.2 结构计算 323

16.2.2.1 结构计算简图及荷载 323

16.2.2.2 参数选择 323

17 单向双层悬索屋盖 327

17.1 仅有竖腹杆且跨内无交点 327

17.2 仅有竖腹杆，上下索在跨中点相连 329

13.3.2.2 垂度 332

13.3.2.1 索内预应力 332

13.3.2.3 悬索截面积 332

17.3 单向双层悬索屋盖设计 332

13.3.2 参数选择 332

17.3.1 结构布置 332

13.3.3 施工过程计算 333

13.3.4 设计算例 333

18 辐射状悬索屋盖 336

18.1 轮辐式悬索结构基本方程 336

18.1.1 满布均布荷载的情况 337

18.1.2 非均布的极对称荷载 338

18.2 轮辐式屋盖设计计算 339

18.2.1 结构选型及布置 339

18.2.2 参数选择 339

18.2.3 施工过程验算 340

18.2.4 外环计算 341

18.2.5 算例 342

19 正交索网悬索屋盖 343

19.1 双曲抛物面索网的几何形态 343

19.2 正交索网的等代薄膜 344

19.3 索网的基本方程 345

19.4 近代解法之一--加权残数法 346

19.5 近似解法之二--差分法 347

19.6 椭圆形双曲抛物面正交索网的计算 348

19.6.1 索网计算方法 348

19.6.2 椭圆形外环的计算 350

19.6.3 考虑椭圆形外环变形的索网计算 353

20.2 节点平衡方程 355

20.1 计算假定 355

20 悬索结构有限单元法分析 355

20.3 非线性方程组的求解方法 357

20.3.1 牛顿法 357

20.3.2 改进牛顿法 358

20.3.3 荷载增量法 358

20.4 初始态的确定 358

20.5 温度效应及索单元的松弛 359

20.5.1 温度效应 359

20.5.2 索单元的松弛 359

20.6 悬索结构分析计算机程序 360

21.1.2 钢丝束、钢绞线、钢丝绳及静力性能 361

21.1.1 型钢及钢筋 361

21.1 钢索 361

21 悬索结构的构造及施工 361

21.2 钢索的连接与锚固 364

21.2.1 索与索的连接 364

21.2.2 索与屋面和吊顶的连接 364

21.2.3 斜拉索与屋面构件的连接 364

21.2.4 索与地锚的连接 364

21.2.5 锚具 365

21.3 悬索结构施工 366

21.3.1 单向单层悬索屋盖施工 366

21.3.2 单向双屋悬索屋盖施工 369

21.3.3 双层辐射状悬索屋盖施工 372

21.3.4 双向单层(索网)悬索屋盖施工 372

22.1.2 充气式薄膜结构 378

22.1.1 张拉式薄膜结构 378

22 薄膜结构 378

22.1 薄膜结构分类及优缺点 378

22.1.3 薄膜结构优缺点 380

22.2 薄膜结构基本方程 381

22.2.1 平衡方程 381

22.2.2 物理方程 381

22.2.3 几何方程 381

22.2.4 抗皱条件 382

22.3 气承式球面薄膜结构内力计算 382

22.3.1 内压作用下的薄膜内力 382

22.3.2 自重作用下的薄膜内力及所需内压 382

22.3.3 对称雪荷载作用下的薄膜内力及所需内压 383

22.3.4 半边雪荷载作用下的薄膜内力及所需内压 384

22.4.1 内压作用下的薄膜内力 385

22.3.5 风荷载作用下的薄膜内力及所需内压 385

22.4 简状充气薄膜结构 385

22.4.2 自重作用下的薄膜内力 386

22.4.3 对称雪荷载作用下的薄膜内力 386

22.4.4 半边雪荷载作用下的薄膜内力 386

22.4.5 风荷载作用下的薄膜内力 387

22.5 充气式薄膜结构工程实例 387

22.5.1 1970年大阪世界博览会富士馆 387

22.5.2 移动式医院 388

22.5.3 气承式充气结构体育馆 388

第四篇 组合空间结构 392

23 总论 392

23.1 张拉组合空间结构 393

23.1.1 斜拉网架结构 393

23.1.3 张弦网架结构 395

23.1.2 悬索网架结构 395

23.2 组合空间网架结构 396

23.2.1 组合网架结构 396

23.2.2 组合网壳结构 397

24 组合网架结构 398

24.1 选型 398

24.1.1 面板 398

24.1.2 网格形式 399

24.1.3 组合网架高及网格尺寸 399

24.2 内力计算方法 399

24.2.1 拟板法 399

24.2.1.2 等效抗弯刚度 400

24.2.1.3 构件内力计算 400

24.2.1.1 面层刚度的计算 400

24.2.2 拟网架法 402

24.2.2.1 面板的等代杆 402

24.2.2.2 面板的面内力 404

24.2.2.3 面板的弯曲 404

24.3 组合网架设计与构造 404

24.3.1 自重估算 404

24.3.2 钢筋混凝土面板设计 405

24.3.3 节点构造 405

24.4 组合网架施工 405

25 张拉网架结构 407

25.1 斜拉网架结构 407

25.1.1 选型 407

25.1.2.3 几何非线性影响较小，可忽略 408

25.1.2.2 斜拉索可假定为一直线杆 408

25.1.2 分析 408

25.1.2.1 内力分析方法 408

25.1.2.4 材料非线性问题 409

25.1.2.5 塔柱位移的影响 409

25.1.2.6 内力分析考虑的两个状态 410

25.1.2.7 斜拉索预应力值 410

25.1.2.8 风荷载的作用 411

25.1.2.9 温度影响 411

25.1.3 设计构造与施工 411

25.2 张弦网架结构 412

25.2.1 选型 412

25.2.2 分析 414

25.3.1 布索及端部锚固 417

25.3.2 分析方法 417

25.3 悬索网架结构 417

25.3.3 结构选型研究 419

25.3.4 设计建议 420

25.3.5 索的张拉 420

附录 422

附录1 图形底旋转壳内力分析用η表及几何尺寸图 422

附录2 双曲扁壳在均布荷载作用下薄膜内力系数表 423

附录3 双曲扁壳带拉杆双铰拱内力用表 425

附录4 圆柱面壳内力、位移系数表及几何尺寸图 428

附录5 蜂窝形三角锥网架内力、挠度计算用表 430

附录6 拟夹层板法w?,M?x,M?y,Q?x,Q?y系数表 431

附录7 差分法节点挠度系数表 433

附录8 悬索屋盖风荷载体型系数 436

附录9 悬索屋盖雪荷载分布系数 437

参考文献 438