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