空间结构设计与施工PDF电子书下载

绪论 1

一、什么叫空间结构？ 1

二、研究和发展空间结构的意义 1

三、空间结构分类 1

四、空间结构的特点 2

第一篇 薄壳结构 4

第一章 总论 4

1-1 概述 4

一、定义 4

二、特点 4

三、薄壳结构的发展 4

1-2 薄壳结构的分类 5

一、按曲面形成方法分类 5

二、按高斯曲率分类 8

三、按所用材料分类 9

1-3 薄壳结构内力分析方法的一般概念 10

一、壳体内力 10

二、无弯矩理论 11

三、弯矩理论及边界效应法概念 11

第二章 圆形底旋转面薄壳 12

2-1 选型设计 12

一、几何特性 12

二、选型设计 13

2-2 旋转面球壳计算理论及方法 13

一、球壳薄膜内力 13

（一）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 13

（二）闭口球壳在轴对称荷载作用下的薄膜内力 13

（三）任意旋转面壳体在非轴对称荷载作用下的薄膜内力 14

（四）球壳在非轴对称荷载作用下的薄膜内力 16

二、球壳弯曲内力 19

（一）任意旋转面壳的轴对称位移 19

（二）任意旋转面壳的弯曲 20

（三）球壳的弯曲 21

（四）简化计算法 22

2-3 圆形底球壳算例及力学特性 28

一、现浇钢筋混凝土闭口球壳算例 28

二、装配整体式钢筋混凝土开口球壳算例 34

三、球壳力学特性 39

2-4 设计要点 39

一、几何尺寸及配筋 39

二、边缘构件 40

三、装配整体式球壳 41

第三章 双曲扁壳 44

3-1 选型设计 44

一、几何特性 44

二、选型设计 45

3-2 双曲扁壳计算理论及方法 46

一、双曲扁壳基本微分方程 46

二、简化计算法 48

（一）位移ω及Mx、My的计算 49

（二）应力函数Ф及Tx、TY、S的计算 50

（三）计算方法 52

3-3 双曲扁壳算例及力学特性 53

一、现浇钢筋混凝土双曲扁壳算例 53

二、装配整体式钢筋混凝土双曲扁壳算例 57

三、力学特性 60

3-4 设计要点 60

一、几何尺寸及配筋 60

二、边缘构件 61

（一）带拉杆双铰拱内力简化计算法 62

（二）密排柱支承的曲梁的内力计算 67

三、装配整体式双曲扁壳 70

第四章 圆柱面薄壳 73

4-1 选型设计 73

4-2 圆柱面薄壳计算理论 74

一、圆柱面壳薄膜内力 74

（一）基本微分方程 74

（二）均布荷载 75

（三）自重及雪载作用下的薄膜内力 76

二、圆柱面壳弯曲内力 76

（一）圆柱面壳轴对称弯曲 76

（二）圆柱面壳轴对称弯曲的简化计算法 78

4-3 边界效应法计算方法、算例及力学特性 81

一、计算方法 81

（一）边梁在外荷载和边扰力作用下的变形 82

（二）壳板在外荷载和边扰力作用下的变形 84

二、计算步骤 84

三、现浇圆柱面长薄壳算例 85

四、圆柱面短壳 91

（一）计算步骤 91

（二）现浇圆柱面短薄壳算例 92

五、力学特性 96

六、装配整体式圆柱面薄壳内力计算 97

（一）基本假设及坐标系 97

（二）基本微分方程 97

（三）齐次解 98

（四）特解（薄膜解） 99

（五）装配整体式圆柱面长薄壳算例 99

4-4 设计要点 101

一、几何尺寸 101

二、稳定性验算 102

三、边缘构件 103

四、构造要求 104

第五章 折板结构 107

5-1 选型设计 107

一、折板结构形式 107

二、选型设计 108

5-2 一般计算理论 109

5-3 V形折板内力分析方法 113

一、内力分析方法 113

二、非预应力钢筋混凝土V形折板算例 115

5-4 V型折板屋盖设计要点 116

一、材料及配筋 116

二、采光、通风 118

第六章 双曲抛物面薄壳 119

6-1 选型设计 119

一、几何特性 119

二、选型设计 120

6-2 双曲抛物面薄壳计算理论和方法 121

一、双曲抛物面薄壳计算理论 121

（一）阶梯函数和脉冲函数的性质 121

（二）微分方程和边界条件 123

（三）用伽辽金变分法求解 123

二、现浇组合型双曲抛物面薄壳算例 125

6-3 力学特性 128

6-4 设计要点 128

一、边缘构件 128

二、构造要求 128

第七章 板壳有限元法内力分析 131

7-1 薄板的弯曲 131

一、应变、应力和弯矩、扭矩表达式 131

二、变形能表达式 133

三、组合应力分量 133

7-2 刚度矩阵和荷载向量 134

一、单元刚度矩阵 134

二、单元荷载向量 135

7-3 常用的板壳单元 135

一、单元的相容条件 135

二、矩形单元 136

三、简化的三次三角形单元 136

四、Clough-Tocher三角形单元 137

7-4 用板壳单元进行内力分析 139

一、整体坐标系与局部坐标系 140

二、局部坐标系中板壳单元的刚度矩阵 141

三、单元刚度矩阵从局部坐标系向整体坐标的转换 142

四、主从自由度的处理 143

五、伪单元 144

第八章 自由曲面薄壳 146

第九章 装配式薄壳结构施工 148

9-1 壳板的预制 148

一、对混凝土的质量要求 148

二、混凝土浇筑技术 148

三、模板 149

四、预制壳板精度要求 149

9-2 壳板的拼装 149

一、支架设计 150

二、壳板安装及标高调整 150

三、灌缝及支架拆除 150

9-3 薄壳结构安装 150

一、高空拼装法 151

二、整体顶升法 152

三、整体提升法 155

第二篇 空间网格结构 156

第十章 总论 156

10-1 概述 156

一、定义 156

二、分类及发展 156

三、特点及存在问题 157

10-2 空间网格结构体系设计 158

一、结构形体设计 158

二、单元分析及组合 158

三、连接 158

第十一章 网架结构内力分析及设计 159

11-1 我国常用的网架结构形式 159

一、交叉桁架体系 159

二、四角锥体系 160

三、三角锥体系 162

四、折线型网架 163

11-2 网架几何不变性分析 163

一、网架几何不变的必要条件 164

二、网架几何不变的必要充分条件 164

11-3 空间桁架位移法 165

一、基本假定 165

二、单元刚度矩阵 165

三、结构总刚度矩阵 168

四、边界条件及对称性利用 172

五、杆件内力计算 174

六、线性方程组求解 174

11-4 下弦内力法 176

一、基本方程式 176

二、杆件内力计算 178

三、挠度计算 180

四、矩形平面网架的内力和挠度计算用表及算例 181

11-5 交叉梁系差分法 183

一、基本微分方程 183

二、差分法基本概念 184

三、网架的差分表达式 185

四、边界条件处理 186

五、网架内力计算 188

六、算例 190

例11-4两向正交斜放网架节点挠度算例 190

例11-5两向正交正放架网架内力算例 190

11-6 拟夹层板法 191

一、基本微分方程 192

二、基本微分方程级数解 197

三、计算表格制作及使用 198

四、网架杆件内力计算 199

五、正放四角锥网架算例 201

11-7 假想弯矩法 204

11-8 设计及构造 209

一、网架结构受力特点 209

二、选型 209

（一）各种支承情况及平面形状的选型 210

（二）几何尺寸的选择 214

三、设计及构造要求 214

（一）屋面排水坡度的形成及起拱例2-8 214

（二）支承 220

（三）杆件 222

（四）自重估算及容许挠度 222

（五）节点设计与构造 222

第十二章 网壳结构内力分析及设计 230

12-1 选型设计 230

一、球面网壳网格的划分 230

（一）短程线网格划分方法 230

（二）四边形网格子午线划分法 238

（三）球面网壳的形式 238

二、圆柱面网壳的形式及水平推力处理 239

三、双曲抛物面网壳的形式及等弦长计算 242

四、矢跨比、高跨比 243

12-2 内力分析方法 243

一、双层网壳空间桁架位移法 243

二、单层网壳空间梁单元分析法 245

（一）单元局部坐标系的确定及坐标转换矩阵 245

（二）单元刚度矩阵 247

（三）单元荷载的处理 249

12-3 工程实例 250

一、东京国际贸易中心2号馆 250

二、扬州大学农学院礼堂 250

三、神户港岛野外剧场 252

四、筑波国际科学技术博览会集会大厅 253

五、东莞雄狮大酒店多功能厅 255

第十三章 空间网格结构施工 256

13-1 网架结构施工 256

一、节点制作与拼装 256

二、网架安装 261

（一）高空散装法 262

（二）分条（分块）吊装法 264

（三）高空滑移法 266

（四）整体提升及整体顶升法 274

（五）整体吊装法 277

13-2 网壳结构施工 278

一、高空散装法 278

二、其他安装法 282

第三篇 张拉结构 284

第十四章 总论 284

14-1 概述 284

14-2 悬索屋盖的构成、分类及特点 284

一、悬索屋盖的构成 284

二、悬索屋盖的分类 285

三、悬索屋盖的特点 285

第十五章 悬索结构设计的基本问题 288

15-1 水平力的处理 288

一、内部平衡方法 288

（一）拱的形式 288

（二）环的形式 291

（三）水平梁加压杆的形式 291

（四）平衡的形式 292

（五）悬臂的形式 294

（六）框架平衡的形式 294

二、外部平衡方法 295

（一）后拉索的形式 296

（二）主索的形式 296

三、组合平衡方法 297

15-2 变形处理 297

一、加强刚度方法 298

（一）利用重屋盖加强刚度 298

（二）利？件加强刚度 298

（三）利用稳定索加强刚度 299

（四）用壳体作用加强刚度 299

二、不影响装修 299

15-3 预应力、垂度与矢高 299

一、预应力的影响 299

二、垂度、矢高的影响 300

15-4 抗震与抗风 303

15-5 设计计算方法 303

一、设计方法 303

二、计算方法 304

三、计算假定 305

第十六章 单向单层悬索屋盖 306

16-1 单索的基本方程 306

一、单索平衡方程 306

（一）沿跨度均布荷载 306

（二）沿索曲线均布荷载 307

（三）任意分布荷载 308

二、单索变形协调方程 309

（一）索长计算 310

（二）索变形协调方程 310

三、单索计算 311

16-2 单向单层悬索盖设计 312

一、结构布置 312

二、结构计算 313

（一）结构计算简图及荷载 313

（二）参数选择 313

第十七章 单向双层悬索屋盖 316

17-1 仅有竖腹杆、且跨内无交点 316

17-2 仅有竖腹杆、上、下索在跨中相连 318

17-3 单向双层悬索屋盖设计 320

一、结构布置 320

二、参数选择 320

（一）索预应力 320

（二）垂度 321

（三）悬索截面积 321

三、施工过程计算 321

四、设计算例 322

第十八章 幅射状悬索屋盖 324

18-1 轮幅式悬索结构基本方程 324

一、满布均布荷载的情况 325

二、非均布的极对称荷载 326

18-2 轮幅式屋盖设计计算 327

一、结构选型及布置 327

二、参数选择 327

三、施工过程验算 329

四、外环计算 329

五、算例 330

第十九章 正交索网悬索屋盖 331

19-1 双曲抛物面索网的几何形态 331

19-2 正交索网的等代薄膜 332

19-3 索网的基本方程 333

19-4 近似解法之一——加权残数法 334

19-5 近似解法之二——差分法 335

19-6 椭圆形双曲抛物面正交索网的计算 336

一、索网计算方法 336

二、椭圆形外环的计算 338

三、考虑椭圆形外环变形的索网计算 341

第二十章 悬索结构有限单元法分析 343

20-1 计算假定 343

20-2 节点平衡方程 343

20-3 非线性方程组的求解方法 345

一、牛顿法 345

二、改进牛顿法 345

三、荷载增量法 346

20-4 初始态的确定 346

20-5 温度效应及索单元的松驰 347

20-6 悬索结构分析计算机程序简介 347

第二十一章 悬索结构的构造及施工 349

21-1 钢索 349

一、型钢及钢筋 349

二、钢丝束、钢绞线、钢丝绳及静力性能 349

21-2 钢索的连接与锚固 352

一、索与索的连接 352

二、索与屋面和吊顶的连接 352

三、斜拉索与屋面构件的连接 352

四、索与地锚的连接 352

五、锚具 353

21-3 悬索结构施工 354

一、单向单层悬索屋盖施工 354

二、单向双层悬索屋盖施工 357

三、双层幅射状悬索屋盖施工 359

四、双向单层（索网）悬索屋盖施工 360

第二十二章 薄膜结构 366

22-1 薄膜结构分类及优缺点 366

一、张拉式薄膜结构 366

二、充气式薄膜结构 366

三、优缺点 368

20-2 薄膜结构基本方程 369

一、平衡方程 369

二、物理方程 369

三、几何方程 369

四、抗皱条件 370

22-3 气承式球面薄膜结构内力计算 370

一、内压作用下的薄膜内力 370

二、自重作用下的薄膜内力及所需内压 370

三、对称雪载作用下的薄膜内力及所需内压 371

四、半边雪载作用下的薄膜内力及所需内压 372

五、风载作用下的薄膜内力及所需内压 373

22-4 筒状充气薄膜结构 373

一、内力作用下的薄膜内力 374

二、自重作用下的薄膜内力 374

三、对称雪载作用下的薄膜内力 374

四、半边雪载作用下的薄膜内力 374

五、风载作用下的薄膜内力 374

22-5 充气式薄膜结构工程实例 375

一、1970年大阪世界博览会富士馆 375

二、移动式医院 375

三、气承式充气结构体育馆 376

第四篇 组合空间结构 380

第二十三章 总论 380

23-1 张拉组合空间结构 381

一、斜拉网架结构 381

二、悬索网架结构 382

三、张弦网架结构 383

23-2 组合空间网格结构 384

一、组合网架结构 384

二、组合网壳结构 384

第二十四章 组合网架结构 385

24-1 选型 385

一、面板 385

二、网格形式 386

三、组合网架高及网格尺寸 386

24-2 内力计算方法 386

一、拟板法 386

（一）面层刚度的计算 387

（二）等效抗弯刚度 387

（三）构件内力计算 387

二、拟网架法 389

（一）面板等代杆 389

（二）面板面内力 391

三、面板的弯曲 391

24-3 组合网架设计构造 391

一、自重估算 391

二、钢筋混凝土面板设计 391

三、节点构造 392

24-4 组合网架施工 392

第二十五章 张拉网架结构 394

25-1 斜拉网架结构 394

一、选型 394

二、分析 395

三、设计构造与施工 398

25-2 张弦网架结构 399

一、选型 399

二、分析 401

附录 404

附录1 圆形底旋转壳内力分析用η表示几何尺寸图 404

附录2 双曲扁壳在均布荷载作用下薄膜内力系数 405

附录3 双曲扁壳带拉杆双铰拱内力用表 407

附录4 圆柱面壳内力、位移系数表及几何尺寸图 410

附录5 双曲抛物面扁扭壳的内力及位移系数表 424

附录6 蜂窝形三角锥网架内力、挠度计算用表 435

附示7 拟夹层板法？、？、？、？、？系数表 436

参考文献 438