《空间结构设计与施工》求取 ⇩

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