课程思政教学成果

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由基本杆件构成大跨度空间结构——各司其职、团结合作

作者:土木系 徐晓 李红梅 刘燕 王军林   时间:2022-09-10   点击数:

适用专业:土木工程专业

讲授课程:材料力学

讲授章节:1.5 杆件变形的基本形式

切入点:在讲解第一章第5节杆件基本形式的概念时,讲解了杆件受力和变形的各自特点,正是充分发挥了杆件在不同受力状态的力学特点,使之受力更加合理,才有了大跨度工程结构。

讲授目的及效果:通过讲述广泛应用的大跨度空间结构,说明杆件轴向拉、压变形的优点。引导学生,正确认识自己的长处与缺点,认识团队各成员的优点,使团队成员各司其职、团结协作才能取得更大成绩。

1863年,德国柏林建造了第一个30m直径的钢结构穹顶,这可谓是第一个真正意义上的网壳结构,由施威德勒(Schwedler J W)设计,形式是以若干圆弧形拱汇交到一个顶环,形成辐射型体系,再加若干道中间水平环以及同一方向斜杆,形成被后人称道的施威德勒穹顶

1993年,日本福冈开合式穹顶体育馆直径为222m,采用由三块扇形平面可旋转的球面网壳组成,现为世界上最大的开合穹顶

 日本福冈巨蛋体育馆开合式穹顶

2008年,我国国家体育场采用的鸟巢方案,建筑顶面呈鞍形,长轴为332.3米,短轴为296.4米,场内观众坐席约为91000

 国家体育场

2019年,国家速滑馆采用冰丝带方案,为国内最大跨度的单层双曲面索网结构,呈马鞍造型,最大跨度达到200

国家速滑馆

以网壳结构为例说明大跨空间结构的特点,网壳结构是半个世纪以来发展最快,应用最广的一种空间结构形式之一,它具有如下的优点:

1)网壳结构为三维结构,兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性,结构刚度大,受力合理,空间跨越能力强。

2)网壳结构可以用小型构件组装成大型结构,小型构件和连接节点可以在工厂预制,走工业化的道路,现场安装简便,不需要大型的机具设备,施工速度快,因此综合经济技术指标好。

3)网壳结构的分析计算已经相当成熟,大型的通用程序和计算机辅助设计现已应用相当广泛,为网壳结构的设计应用与科学研究创造了有利条件。

网壳结构同时也存在的一定的缺点:

1)杆件和节点几何尺寸的偏差以及曲面的变化,对网壳结构的内力、整体稳定和施工影响较大,为减少初始缺陷,对于杆件和节点的加工精度要求很高。

2)网壳结构可以构成大空间,但当矢跨比很大时,曲面外形增加了屋面的面积和不必要的建筑空间,有些空间是不能利用的,并使能源消耗增加,屋面构造也较复杂。

强调学生思考空间结构与传统建筑结构的差别,为什么由最简单的杆件组成的空间结构的跨越能力可以这么强?这些最简单的杆件承受什么类型的荷载,发生什么类型的变形?

启发学生意识到无论多么高大的平台、多么复杂的工程或者多么杰出的作品,都是由最简单的部分组成的。要充分认识到团队与个人的关系,既要以整体利益为先,又要充分发挥各成员的优点。如果团队中的各成员都可以发挥所长,各司其职,那么该使团队和各成员都可以发挥最大价值!

 

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