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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

5-3V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

5-4V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2-8214

（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