Conception de structures en treillis de tuyaux en acier de grande portée

Dans les structures en acier de grande portée, plus les points d'appui de la structure en acier sont dispersés, plus les contraintes sur la disposition planaire et la combinaison spatiale sont grandes; inversement, plus les points d'appui de la structure en acier sont concentrés, plus la flexibilité est grande. Cet article analyse différents types de structures en acier de grande portée et explore leurs systèmes structurels pour fournir des informations et une inspiration aux pairs du domaine..

2. Principales formes structurelles des structures en acier de grande portée

un. Structure de coque de grille

Une structure de grille à surface incurvée est connue sous le nom de structure de coque de grille., qui peut être divisé en coques de grille monocouche et double couche. Les matériaux pour les coques en grille comprennent les coques en grille en acier, coquilles de grille en bois, et coques grillagées en béton armé. Les principales formes structurelles comprennent des coques à grille sphérique, coques de grille hyperbolique, coques à grille cylindrique, et coques de grille paraboloïde hyperbolique.

Les structures à coque en grille combinent les principales caractéristiques des systèmes à tiges et des structures à coque mince. Les tiges sont relativement simples, et la répartition de la force est raisonnable. Ils ont une rigidité et une capacité de couverture élevées, permettant d'assembler de petits composants dans de grands espaces. Les petits composants et noeuds de connexion peuvent être préfabriqués en usine. L'installation est pratique et ne nécessite pas de grosses machines, rendant les indicateurs économiques globaux favorables. Les structures sont de conception polyvalente, s'adapter à une variété de plans architecturaux et de formes spatiales en fonction des besoins créatifs.

b. Structure du cadre spatial

Une structure à ossature spatiale est une structure spatiale composée de plusieurs tiges reliées aux nœuds selon un certain motif géométrique.. Lorsque de telles structures sont formées de couches doubles ou multiples, ils sont appelés cadres spatiaux. Généralement constitué de tuyaux en acier ou de matériaux profilés en acier, les principales formes comprennent:

Cadres spatiaux composés de systèmes de fermes planaires.
Cadres spatiaux composés de pyramides quadrangulaires.
Cadres spatiaux composés de pyramides triangulaires.
Cadres spatiaux composés de pyramides hexagonales.

Les principales caractéristiques des cadres spatiaux sont le travail spatial, chemins de transmission de force simples, poids léger, haute rigidité, bonne performance sismique, et construction et installation faciles. Les tiges et nœuds peuvent être standardisés et commercialisés, permettant une production de masse dans les usines, ce qui améliore l'efficacité de la production. La disposition planaire des cadres spatiaux est flexible, et le toit plat est propice à l'installation du plafond et à la configuration des équipements. En plus, les cadres spatiaux sont esthétiques, poids léger, et élégant, ce qui les rend adaptés aux applications architecturales et décoratives.

c. Structure membranaire

Structures membranaires, également connu sous le nom de structures en tissu, sont une nouvelle forme de structure spatiale à grande portée développée au milieu du 20e siècle. Utiliser des tissus flexibles haute performance, la membrane est soutenue par la pression de l'air interne, ou par des câbles en acier flexibles ou des supports rigides, créer une membrane précontrainte avec une certaine rigidité capable de couvrir de grands espaces. Les principales formes structurelles comprennent les structures à membrane soutenue par l'air, structures à membrane tendue, et structures membranaires supportées par un cadre.

Les principales caractéristiques des structures membranaires sont la légèreté, grandes portées, formes architecturales diverses, construction pratique, bonne économie, haute sécurité, bonne transmission de la lumière, et propriétés autonettoyantes. Cependant, leur durabilité est relativement mauvaise.

d. Structure haubanée

Les structures à haubans utilisent des câbles de traction comme principaux composants porteurs, disposés selon des motifs spécifiques. Les structures de toiture à haubans sont généralement constituées d'un système de câbles, système de toiture, et système de support. Les principales formes structurelles comprennent:

Structures haubanées unidirectionnelles monocouches.
Structures haubanées radiales monocouches.
Structures haubanées monocouches bidirectionnelles.
Structures haubanées précontraintes unidirectionnelles double couche.
Structures haubanées précontraintes radiales.
Structures haubanées précontraintes bidirectionnelles double couche.
Structures en treillis de câbles précontraints.

Les caractéristiques de force des structures à haubans impliquent la résistance aux charges externes grâce à la tension axiale des câbles., sans produire de moments de flexion ni d'efforts tranchants. Cela utilise pleinement la résistance de l'acier. Les structures à haubans sont de forme polyvalente, disposition flexible, et adaptable à diverses configurations architecturales. Grâce au faible poids des câbles en acier, la structure du toit est relativement légère, et l'installation ne nécessite pas de gros équipement de levage. Cependant, l'analyse et la théorie de conception des structures à haubans sont plus complexes que celles des structures conventionnelles, limiter leur application généralisée.

e. Structure à coque fine

Les structures à coque en ingénierie architecturale sont souvent des structures à coque mince (techniquement défini comme des coques avec t/R ≤ 1/20). Les structures à coques minces peuvent être classées selon leur formation de surface en coques de rotation et coques de translation., et par des matériaux de construction en coques minces en béton armé, coques minces en brique, coques fines en acier, et coques fines en matériau composite.

Les structures de coque ont d'excellentes performances portantes, capable de supporter des charges importantes avec des épaisseurs de coque très fines. La résistance et la rigidité des structures en coque proviennent principalement de leur forme géométrique., qui remplace les efforts internes de flexion par une compression directe, exploitant ainsi pleinement le potentiel du matériau. En tant que tel, les structures en coque sont une forme structurelle très économique et rationnelle avec une résistance élevée, haute rigidité, et efficacité matérielle.