简支RC梁
桁架
h=L/10=4m/10=400mm
周边简支RC薄板
h=L/40=4m/40=100mm
交叉桁架体系
四角锥体系
格构式板—平板网架
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途径4：通过改变结构形状，调整内力分布，间 接实现结构高度的增加。
arch
f
p
①
H=M0/f
x
M = 0.5 p ( l- x ) x
二次抛物线
cable ②
体育建筑 ●会展建筑 ●交通枢纽建筑 飞机库 ●某些有特殊要求的工业厂房
大跨度（long span）的定义
• L≥60m 大跨度 • L≥120m 超大跨度
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2）造型新颖优美，形式丰富多彩，往往是 一个地区的标志性建筑
国家大剧院
深圳大运会体育场
北京T3航站楼
海南会展中心
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3）工作性能卓越，是一种高效的结构体系
R 8 f h SG 6 L2
f — 材料强度
— 材料重度
如何提高结构效率？ 1）采用轻质高强材料； 2）使构件截面高度以超
过L2倍的速度增长。
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途径1：采用轻质高强的新材料。
Lrupt
f
Mild Steel Steel Cable
不同材料的破断长度
Perlon Glass fiber
Constructions Unable to be decomposed into Plane Sy空间结构日益显示出一般平面结构所无 法比拟的创造潜力，体现出大自然的美丽 和神奇。
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§2 空间结构的特点
1）能够跨越较大的跨度，特别适用于大型 公共建筑，如
单层厂房
Single-Storey Industrial Building
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桁架桥
Truss Bridge
拱桥
Arch Bridge
任何结构本质上都是空间性质的。只不过 出于简化设计和建造的目的，人们在许多场 合有条件地把它们分解成一片片平面结构来 进行计算和构造。
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不能被分解为平面体系的结构
平板网架
由多根杆件按照一定规律组合而成的网格状平板型 空间杆系结构，具有刚度好、施工快等特点。
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网壳结构
曲面型网格结构，兼有杆系结构和薄壳结构的特性 ，受力合理，覆盖跨度大。
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其他形式网格体系
广州市体育馆 （2001全运会）
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国家大剧院
准椭圆平面 212mX144m （2005）
大跨空间结构
Space Structure
主讲人：钱宏亮 哈尔滨工业大学
§1 什么是空间结构？
平面结构
Plane Structure
空间结构
Space Structure
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由平面体系组成的结构
Constructions Composed of Plane Structures
多层框架
Multi-Storey Frame
Cable braced Structures
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薄壳结构
由混凝土等材料构成的曲面形薄板结构，以承受 面内轴力为主，厚度仅为跨度的几百分之一。
球面
柱面
椭圆抛物面(双曲扁壳)
矩形平面
菱形平面
双曲抛物面（鞍形壳）
双曲抛物面之组合
壳体结构的曲面类型
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薄壳结构—工程实例
罗马小体育馆（1957 ）
弦支穹顶(suspen Dome)
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§3 空间结构基本类型
1.薄壳结构 Thin-Shell Structures
2.空间网格结构 Latticed Space Structures(Space Frames)
平板网架
Plate-like Space Truss
网壳结构
Reticular Shell
如何克服由于跨度增大所带来的弯矩放大效应 是空间结构设计的首要问题。
思考： 1）对于一矩形截面简支梁，如果b不变，h和L均放
大10倍，应力和位移如何变化？（只计自重） 2）如果要保证应力不变，高度应放大多少倍？
h
beam
L
b
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结构效率系数
R SG
结构抗力 重力荷载效应
试以简支梁为例，推导其结构效率系数。
其它形式网格体系 Other Space Frames
3.张力结构 Tensile Structures
索结构
Cable Structures
膜结构
Membrane Structures
4.混合结构 Hybrid Structures
张弦结构
Beam String Structures
索撑结构
Little Sports Palace in Rome，P.L. Nervi 直径60m，采用25mm厚棱形槽板拼接而成，上浇40mm钢筋混 凝土面层，折算厚度约为跨度的1/80。
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薄壳结构—工程实例
法国国家工业与技术中心（1959）
• 三角形平面，边长208m，顶高 48m, 是当时跨度最大的壳体；
H=M0/f f
一
维
传
力
简支RC梁
h=L/10=4m/10=400mm
二 维 传 力
周边简支RC薄板
h=L/40=4m/40=100mm
格构式梁—桁架
交叉桁架体系
四角锥体系
平板网架
三 维 传 力
三维RC扁壳
h=L/500=40m/500=80mm
格构式壳—网壳
张弦梁（Beam String）
张弦梁
• 采用分段预制式双层双曲薄壳， 折算厚度仅为跨度的1/114。
壳体截面
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薄壳结构—工程实例
Sydney Opera House（1959-1973）
Valencia Oceanografic, Felix Candela
A gas station, Heinz Isler
Market Hall, E. Torroja (1933 ) 18/41
施工照片
建成照片
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2010深圳大运会 主体育场
（折板型空间网格结构）
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索结构
由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构，由 于充分发挥了钢材受拉性能好的特点，因此可以跨越 很大的跨度 。
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膜结构
由高强度柔性薄膜材料与支承体系结合形成的具有 一定刚度的稳定曲面结构，具有轻盈、美观的特点。
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h
途径2：移除结构中强度利用不充分的材料，降 低当量重度，间接实现轻质高强。
1）工字型截面的当量重度
beam
降低一倍，即
b
工 2矩
2）但这种降低是有限的， 并不能从根本上解决材 料用量随L2增长的问题
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途径3：由平面受力变为空间受力，相当于分担 了每个平面结构的外荷载，降低了对其承载效 率的要求。