大跨度鋼結(jié)構(gòu)論文(三)

1、大跨度鋼結(jié)構(gòu)論文（3）大跨鋼結(jié)構(gòu)的是經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的需要。當(dāng)今社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人民生活K平日益提高，在20世紀(jì)后半期土木工程和結(jié)構(gòu)工程所取得的巨大成就鼓舞下， 比界各國、尤其是發(fā)達(dá)國家紛紛籌劃建造更大、更高、更長的各種超大型復(fù)雜結(jié) 勾物。來滿足人們對生活空間的追求。各發(fā)達(dá)國家為大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了 仁量的物力、財力，并定期舉辦年會和各種學(xué)術(shù)交流活動（IASS）來發(fā)展這種結(jié) 勾形式。影響大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型的因素眾多而且比較復(fù)雜，單獨(dú)地考慮任何因素，K將導(dǎo)致大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型結(jié)果的不準(zhǔn)確性程度的增加。然而從實際應(yīng)用的角乏來看，所考慮的因素的增加必然使選型過程過于復(fù)雜，加大模型處理的難度。m力

2、的大跨空間結(jié)構(gòu)選型的因素體系模型 一文曾對此問題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。:文以此為依據(jù)，從中選出與大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型相關(guān)的五個因素并作簡單化處I,從而構(gòu)成了大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型的簡化因素體系模型。對一個空間鋼結(jié)構(gòu)而言，往往有多種可供選擇的施工方法，每一種施工方法日有其自身的特點(diǎn)和不同的適用范圍。施工方法選擇的合理與否將直接影響到工 早質(zhì)量、施工進(jìn)度、施工成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。以下簡要論述空間鋼結(jié)構(gòu)常用的 總工方法。關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；選型；施工技術(shù)-2 -大跨鋼結(jié)構(gòu)選型與施工安裝技術(shù)摘要目 錄II第1章引言11J鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀L2鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢L3本文的主要研究內(nèi)容4第2章大跨鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)概述52

3、1大跨度鋼結(jié)構(gòu)的主要類容52.2 我國大跨度鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要特點(diǎn) 工3大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和在我國的發(fā)展情況第3章大跨度鋼結(jié)構(gòu)選型所考慮的因素3跨度因素102.3 寬度因素102.4 建筑功能102.5 荷載類型112.6 平面形狀 H第4章大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工方法技術(shù)1313131441高空散裝法4.2 分條（分塊）安裝法4J高空滑移法4.4 整體吊裝法154.5 整體提升法154,6整體頂升法164.7 折疊展開安裝法17第5章結(jié)語19參考文獻(xiàn)21-1 -第1章引言1.1鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀改革開放以來，我國以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心，國民經(jīng)濟(jì)取得了很大的發(fā)展，1996年我國鋼產(chǎn)量首次突破一億噸，躍居世界第一

4、，為我國的鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展奠定了物質(zhì) 基礎(chǔ)。近20年的時間里，我國鋼結(jié)構(gòu)事業(yè)和其他行業(yè)一樣， 得到了前所未有的繁 榮和發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下幾個方面。1）在設(shè)計方法方面，以概率論為基礎(chǔ)的一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計法鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GBJ17-88）的設(shè)計法代替了半經(jīng)驗、半概率的極限狀態(tài)設(shè)計法鋼 結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（TJ17-74）?，F(xiàn)行的新規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB50017-2003） 仍然采用一次二階矩極限狀態(tài)設(shè)計法，該方法雖然是一種近似概率設(shè)計法，但比 以前已進(jìn)了一大步。完整的全概率法還有待今后的深入和完善。2）高強(qiáng)度低合金鋼的產(chǎn)量和品種有較大的發(fā)展，在鋼結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用有明顯提 高。3）在高層建筑，特別是在超

5、高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)得到了較多的應(yīng)用。最近 幾年在上海、北京、廣州、深圳、香港等大城市建造了不少鋼結(jié)構(gòu)超高層建筑， 如目前在建的高632m的上海中心（如圖1.1）,共有127層，建成后將會成為我國 第一高樓，主樓主要采用了混凝土芯筒與鋼結(jié)構(gòu)。圖1.1上海中心建成后的效果圖4）平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在工業(yè)與民用建筑中達(dá)到了廣泛采用，技術(shù)已經(jīng)非常成熟。與此同時，網(wǎng)殼等其他空間結(jié)構(gòu)也取得了迅速發(fā)展，如上海體育場屋蓋結(jié)構(gòu)，采 用馬鞍形大懸挑鋼管空間結(jié)構(gòu)，長軸為288.4m,中間敞開橢圓孔的長軸為213m, 短軸為150m,屋蓋面積為36100 m2 0 64板懸挑主桁架的一端分別固定在 32根鋼筋混凝土柱上，最大

6、懸挑跨度達(dá)73.5m,為世界同類型建筑中懸挑跨度最大的屋蓋結(jié)構(gòu)5）冷彎薄壁型鋼構(gòu)件在工業(yè)與民用建筑中的應(yīng)用（如楝條、墻梁、屋面板、墻板等）日益普遍。門式鋼架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)在吊車起重量較?。≦<20t）和無吊車的廠房、倉庫及需要大空間的民用建筑中的應(yīng)用迅速推廣，并在繼續(xù)發(fā)展6）鋼與混凝土組合梁-板結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)及預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)等， 都得到了 口同程度的應(yīng)用和發(fā)展。7）高強(qiáng)度螺栓在鋼結(jié)構(gòu)連接中得到了廣泛的應(yīng)用。8）在橋梁結(jié)構(gòu)、煤氣柜、儲液庫等板殼結(jié)構(gòu)及起重運(yùn)輸機(jī)械金屬結(jié)構(gòu)等非房 屋類鋼結(jié)構(gòu)方面，也取得了非常大的成就。如我國的斜拉橋技術(shù)在全世界處于領(lǐng) 先水平，現(xiàn)在全國各地建成了不少大跨度斜

7、拉橋和懸索橋.2鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢雖然我國鋼結(jié)構(gòu)的工程應(yīng)用和技術(shù)水平都有很大的提高， 但和發(fā)達(dá)國家相比, 我們在許多方面還存在較大的差距。因此，在今后的時間里面我們必須從以下幾亍面進(jìn)行研究，來不斷提高我國的鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平。低合金等優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)鋼材的研制和應(yīng)用目前，除了 Q235鋼、Q345鋼、Q390鋼以外，在新規(guī)范鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB50017-2003）中又增添了 Q420鋼，但后者應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步的研究。為了更好地滿足我國鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展需要，今后在鋼材的研制和應(yīng)用方面還需要加強(qiáng) 以下幾個方面：1）研制強(qiáng)度更高、綜合性能更好的低合金新鋼鐘。2）提高低合金鋼的產(chǎn)量和在鋼結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的比率。3）

8、改善和提高低合金鋼的質(zhì)量。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計理論和方法的研究在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，為了充分發(fā)揮鋼材的作用，更合理的使用鋼材， 還應(yīng)該深入研究結(jié)構(gòu)設(shè)計理論與方法，使結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的計算方法更能反映實際工 作情況。有待研究的問題有：壓彎構(gòu)件的彎扭屈曲問題、薄板屈曲后強(qiáng)度的利用-1 -問題、鋼結(jié)構(gòu)的塑性設(shè)計問題、殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性影響問題及門式剛 架輕型鋼結(jié)構(gòu)體系的整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)的空間工作問題等。(3)輕型鋼結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用輕型鋼結(jié)構(gòu)主要指薄壁型鋼結(jié)構(gòu)及由圓鋼和小角鋼組成的輕型鋼結(jié)構(gòu)。我國 自20世紀(jì)60年代開始有組織地研究薄壁型鋼結(jié)構(gòu)，并批量地用于屋架和楝條等承重結(jié)構(gòu)。1975年制訂了我國第一部

9、冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范(TJB18-75)和現(xiàn)行的冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范(GB50018-75),總結(jié)和推動了我國輕型鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展(4)鋼與混凝土組合構(gòu)件的研究和應(yīng)用鋼與混凝土組合構(gòu)件充分利用了鋼材抗拉和混凝土耐壓的特性，且使一個構(gòu) 件多種用途，因此是一種非常合理和經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)，目前在橋梁和房屋樓蓋中已有 應(yīng)用。例如，房屋樓蓋中應(yīng)用的鋼梁與鋼筋混凝土板組合結(jié)構(gòu)；用壓型鋼板作為 底模，再用抗剪鍵(常用電焊釘)與混凝土板相連而使壓型鋼板與混凝土板成為整 體工作的組合板；用于地下建筑結(jié)構(gòu)中的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等。組合構(gòu)件是一種很 有發(fā)展前途的構(gòu)件形式，有待進(jìn)一步研究開發(fā)。(5)高層鋼結(jié)構(gòu)的研究近十幾年

10、來，我國沿海各大城市建造了大批高層建筑，其中有些采用了鋼結(jié) 構(gòu)體系或鋼結(jié)構(gòu)框架與鋼筋混凝土筒體相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)體系。但這些建筑物基 本上都是引進(jìn)外資建造的，由國外承擔(dān)設(shè)計，在國內(nèi)加工制作和安裝，完全由國 內(nèi)承包設(shè)計的高層鋼結(jié)構(gòu)工程很少。因此，我國至今尚缺少高層鋼結(jié)構(gòu)的實際設(shè) 計經(jīng)驗，在理論研究方面與發(fā)達(dá)國家相比也有一定的差距，今后必須加強(qiáng)這方面 的研究工作(6)空間結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、張拉結(jié)構(gòu)體系等均屬于空間結(jié)構(gòu)，這些新技術(shù)的應(yīng)用, 在減輕結(jié)構(gòu)自重、提高結(jié)構(gòu)的承載力，節(jié)約鋼材等方面效果十分明顯。另外，在普通鋼結(jié)構(gòu)中施加預(yù)應(yīng)力后形成的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)，能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛 度，提高承載能力

11、，從而節(jié)約鋼材。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于桁架、梁及框架等結(jié) 構(gòu)或構(gòu)件，但目前應(yīng)用較少，有待研究和發(fā)展。鋼結(jié)構(gòu)的防腐和防火鋼結(jié)構(gòu)的防腐和防火，一直是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要認(rèn)真處理的問題，至今仍然 愛沒有十分有效的措施。因此，在鋼結(jié)構(gòu)的維護(hù)和防火處理上還需要花費(fèi)較大的資金投入，加大了鋼結(jié)構(gòu)的造價和維護(hù)費(fèi)用(8)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件的開發(fā)與應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)在土木工程中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，計算機(jī)輔助設(shè)計(ComputerAided Design,簡稱CAD)對結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化和提高設(shè)計效率起到了巨大的作用。 目前，我國已自主研制和開發(fā)了許多比較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件，其中也有鋼結(jié)構(gòu) 設(shè)計軟件，但是隨著鋼結(jié)構(gòu)的不斷發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)

12、計軟件也需要不斷地改進(jìn)和完 善。1.3本文的主要研究內(nèi)容本文主要研究了大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展和施工安裝技術(shù)等，具體的研究內(nèi)容如(1)分析大跨度鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢；(2)闡述大跨度鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)容、發(fā)展特點(diǎn)等；(3)總結(jié)了大跨度鋼結(jié)構(gòu)選型所考慮的因素；(4)總結(jié)和介紹大跨度鋼結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)方法及相應(yīng)典型工程。-11 -第2章大跨度鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)概述2.1 大跨度鋼結(jié)構(gòu)的主要內(nèi)容大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑或大跨度結(jié)構(gòu)覆蓋范圍廣、包括內(nèi)容多，很難用明確的定 義來說明。劃分普通結(jié)構(gòu)和大跨結(jié)構(gòu)的具體跨度數(shù)值也必定是隨著建筑技術(shù)的不 斷進(jìn)步而變動。結(jié)合我國當(dāng)前的實際，有論文提出跨度超過60m的結(jié)構(gòu)可以稱為 大跨度結(jié)構(gòu)。

13、但由于結(jié)構(gòu)形式的不同（如多跨、連續(xù)跨等）和受力特征的不同（如 殼體、懸索等），大跨度的范圍又有所發(fā)展。大跨度結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式一般可以劃分 為以下體系，如表2.1:已跨跨度結(jié)構(gòu)平向結(jié)構(gòu)體系梁式結(jié)構(gòu)框架機(jī)構(gòu)仄結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)體系剛性空間結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)平板型曲曲型薄殼結(jié)構(gòu)折板結(jié)構(gòu)空間拱結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力結(jié)構(gòu)柔性空間結(jié)構(gòu)懸索結(jié)構(gòu)薄膜結(jié)構(gòu)張拉整體結(jié)構(gòu)組合結(jié)構(gòu)表2.1大跨度結(jié)構(gòu)形式2.2 我國大跨鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展的主要特點(diǎn)2.2.1 構(gòu)形式多樣化。大跨空間鋼結(jié)構(gòu)多姿多彩自上世紀(jì)60年代網(wǎng)架在我國被應(yīng)用以來，到 8090年代大、中、小跨度的 網(wǎng)架幾乎已經(jīng)遍及各地。以90年北京亞運(yùn)會為例，在興建的場館中就有7個館采 用了網(wǎng)架、網(wǎng)

14、殼結(jié)構(gòu)，在這期間機(jī)械、汽車、化工、輕工等行業(yè)先后興建了許多 大面積工業(yè)廠房，其中玉溪卷煙廠興建的車間面積達(dá)13. 48萬矗（柱網(wǎng)24mx27m）,上海江南造船廠西區(qū)裝焊車問（144+108）mX60m,設(shè)有2臺100t, 4臺20t 上、下兩層吊車，采用的三層網(wǎng)架，成為跨度大、吊噸位大的有代表性的車間。首都機(jī)場四機(jī)位機(jī)庫(2-153mX 90m)、廈門太古飛機(jī)維修庫(151. 5mx 70m)都是 具有大開口邊的大型三層網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在電廠干煤棚中網(wǎng)架、網(wǎng)殼已基本上代替了以往采用的其它類型的結(jié)構(gòu)，如浙江嘉興電廠干煤棚(L=103. 5m)、揚(yáng)州二電廠干煤棚(L=103. 6m)所采用的三芯圓柱面網(wǎng)

15、殼，浙江臺州電廠干煤棚(L=80. 14m)采用的折線形網(wǎng)殼都取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，福建漳州后石電廠煤庫D=122. 6m)采用的球面網(wǎng)殼，其用鋼量比傳統(tǒng)方案大幅度下降。北京九華海洋官(180X320X 56. 6m)以及國家大劇院(約212X t43 X 45m)者B將采用大型橢球網(wǎng)殼。近年來興建的大型公共建筑大多都采用了鋼管桿件直接匯交的管桁結(jié)構(gòu)，它 的外形豐富、結(jié)構(gòu)輕巧，傳力簡捷、制作安裝方便、經(jīng)濟(jì)效果好，是當(dāng)前應(yīng)用較 多的一種結(jié)構(gòu)體系。如深圳機(jī)場航站樓二期工程(135m x 174m)采用的管桁結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)18mx54m),就是其中的一項具有代表性的工程。廣州新白云機(jī)場航站樓 主樓(3

16、25mX 235m)采用了 76. 9m跨的弧形管桁結(jié)構(gòu)，其截面從筋508X(165)mm(弦桿)244.5X 7.1mm(腹桿)以及咸陽機(jī)場 二期工 程(52m+45m)x234m,南京國際展覽中心(94m x 273m),溫州會展中心等也都采用了這類結(jié)構(gòu)。和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相比，這類結(jié)構(gòu)由逐桿相連改為上、下弦桿連續(xù)設(shè)置，可使屋面由單 曲率比較方便地形成多曲率，弦桿與腹桿直接匯交相貫，不存在節(jié)點(diǎn)連接件。采用桿件相貫連接，其節(jié)點(diǎn)鋼量可比網(wǎng)格結(jié)構(gòu)減少14倍，電焊工作量少2.5倍,吉構(gòu)用鋼量可與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)持平或有所減小o2.2.2 代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的引入使大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)更具活力在大跨度空間結(jié)構(gòu)中引入現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力

17、技術(shù)，不僅使結(jié)構(gòu)體形更為豐富而且也 吏其先進(jìn)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性得到充分展示。通過適當(dāng)配置拉索，或可使結(jié)構(gòu)獲得新的中間彈性支點(diǎn)或使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與外載作用反向的內(nèi)力和撓度而卸載，前者即 為斜拉結(jié)構(gòu)體系，后者則為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系。這一類“雜交”結(jié)構(gòu)體系將改善原吉構(gòu)的受力狀態(tài)，降低內(nèi)力峰值，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果明顯提高。目前 我國已在80余項大跨空間鋼結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)， 如廣東清遠(yuǎn)市體育館六點(diǎn)支承，對角柱跨度 89m,六塊組合型雙層扭網(wǎng)殼)在周邊設(shè)6道預(yù)應(yīng)力索后其用鋼量44. 3kg/m,約比原方案節(jié)省鋼材32%,其它一些類型的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)采用 預(yù)應(yīng)力技術(shù)后一般都可節(jié)約30%以上的鋼材。目前許多

18、高校對索托結(jié)構(gòu)，索網(wǎng)結(jié) 構(gòu)等以高強(qiáng)鋼索與鋼材為主承重結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)新體系， 正在進(jìn)行理論研究, 積極準(zhǔn)備工程實踐，可以預(yù)期新型的預(yù)應(yīng)力大跨空間鋼結(jié)構(gòu)不久即將涌現(xiàn)在各類建筑中。2.2.3 構(gòu)新材料的應(yīng)用進(jìn)一步推動大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展在普通碳素鋼獲得大量應(yīng)用的同時，不銹鋼、鋁合金、膜材也在許多大跨度 建筑中獲得了應(yīng)用。如上海國際體操館中心（D=64m）的圓球網(wǎng)殼，上海臨沂游泳官（72x52 >58m）的圓柱面網(wǎng)殼以及上海科技城采用的橢球體單層網(wǎng)殼等都是一些大型鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼桿件材料選用美國LD30CS鋁材），結(jié)構(gòu)自重僅為一般網(wǎng)殼的6061-T6型材（相當(dāng)于我國1/3。鋁材的抗拉強(qiáng)度

19、可達(dá) 295MPa,屈服強(qiáng)度246MPa。已超過Q235鋼的強(qiáng)度指標(biāo)，但其彈性模量 E=6.96X 104N/ mrm,僅為鋼材的1/3,鋁合金材料輕質(zhì)美觀，不易腐蝕、便于加工、耐久性好， 因而在國際上已有許多專業(yè)生產(chǎn)公司建成了較多的鋁合金結(jié)構(gòu)。我國天津大學(xué)、 同濟(jì)大學(xué)、上海現(xiàn)代設(shè)計集團(tuán)、中國建筑科學(xué)研究院等已開始進(jìn)行基礎(chǔ)性研究和 工程實踐，積極進(jìn)行產(chǎn)品研制、開發(fā)不銹鋼材料（含銘量>12 %的鐵基耐蝕合金）是隨著對裝飾與防腐要求的提高 而在空間結(jié)構(gòu)中獲得應(yīng)用的，它集裝飾、受力、防腐于一體的特點(diǎn)而受青睞。國 產(chǎn)不銹鋼中的OCrl8Ni9 , ICrl8Ni9Ti等就是一些常用的不銹鋼材料。

20、 天津大學(xué)等 高校與一些設(shè)計、研究單位研制成功在普通碳素鋼管筒、封板等零部件采用不銹 鋼復(fù)合技術(shù)，開發(fā)出不銹鋼復(fù)合鋼管網(wǎng)架，并進(jìn)行了一些工程實踐。既保持了不 銹鋼與普通碳素鋼的優(yōu)點(diǎn)，又大幅度降低了造價，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。膜結(jié)構(gòu)是當(dāng)前我國正在興起的一種空間結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用較多的是張力膜結(jié)構(gòu)。是一種以玻璃纖維織物或聚酯纖維織物為基層，以聚四氟乙烯或PVC為涂層的膜材與不同類型的支承體系間的組合，而其支承體系可為索一支柱或索一桿結(jié) 構(gòu)，它們常在膜材獲得預(yù)應(yīng)力后協(xié)同工作。支承體系也可采用桿系結(jié)構(gòu)，如空間桁 架，網(wǎng)殼等，即剛性骨架支承張力膜結(jié)構(gòu)。因此膜結(jié)構(gòu)的支承體系仍屬各類空間 鋼結(jié)構(gòu)的范疇。在膜

21、結(jié)構(gòu)興起的同時也必然為空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展提供了更 廣闊的空間，上海8萬人體育場、虹口體育場、廣州新白云機(jī)場航站樓候機(jī)大廳 和南京會展中心等工程所采用的膜結(jié)構(gòu)其支承體系都是一些不同形式的空間鋼結(jié) 構(gòu)。如上海8萬人體育場挑蓬最大懸挑73.5m, 57個膜體單元就支承在沿徑向、環(huán)向布置的空間鋼桁架上。南寧會晨中心主廳的主結(jié)構(gòu)體即為一個高度為48m底部在直徑為65.5m的旋轉(zhuǎn)雙曲面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)、外層設(shè)張力膜，形成了一個別具風(fēng)格的展覽主廳。浙江大學(xué)新校區(qū)訓(xùn)練館（45m x 150m）所采用的膜結(jié)構(gòu)也是以空間鋼結(jié)構(gòu)為其支承骨架（用鋼量23kg/m2）2.2.4 算技術(shù)的進(jìn)步為大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展創(chuàng)

22、造了有利條件近年來計算技術(shù)已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，許多單位也研制開發(fā)了商品化專用設(shè) 計程序，它們都是建立在理論研究與大量工程實踐的基礎(chǔ)上而推向市場的。浙大 空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件 MSTCAD ,同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件3D3S,上海交大空間設(shè)計系統(tǒng) SSCAD,中國建筑科學(xué)研究院空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件 MSGS,廣廈鋼結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)，天津空間網(wǎng)架工程公司 TJWJ909,海軍設(shè)計研 究院GBSCAD、STSCAD以及北京云光建筑設(shè)計咨詢開發(fā)中心 SFCAD等都是一 些具有影響的大跨鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。它們一般具有完善的前后處理功能，可在微 機(jī)上進(jìn)行復(fù)雜的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計。有的軟件除用于空間網(wǎng)格結(jié)

23、構(gòu)外，也可用于 索、桿、梁體系的設(shè)計分析。這些程序的推出為大跨空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有效 手段，也為大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。其中不少軟件曾在國內(nèi)許多大型空間鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計中發(fā)揮了重要作用它們大多具有友好操作界面,在功能上可以包括空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的三維建模、靜動力分析、桿件優(yōu)化設(shè)計、自動 生成結(jié)構(gòu)平立面圖、桿件布置圖、節(jié)點(diǎn)詳圖、材料表及節(jié)點(diǎn)零部件加工圖。有的還可進(jìn)行非線性穩(wěn)定分析，與下部支承結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的分析等。隨著研究的深入, 在功能上將更趨完善；涵蓋面會不斷擴(kuò)展2.3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和在我國的發(fā)展情況各種類型的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)在美、日、歐等發(fā)達(dá)國家發(fā)展較快。建筑物的跨1961度

24、和規(guī)模越來越大，跨度超過 150m以上的超大規(guī)模建筑已非個別；結(jié)構(gòu)形式豐富多彩，采用許多新材料和新技術(shù)，發(fā)展了許多新的空間結(jié)構(gòu)形式。例如年美國建成的匹茲堡會堂，是第一座開合結(jié)構(gòu)，直徑達(dá)127m。1983年建成的加拿大卡可里加體育館采用雙曲拋物面索網(wǎng)屋蓋，其圓形平面直徑135m,外形極為美觀，迄今仍是世界上最大的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)美國亞特蘭大為1996年奧運(yùn)會修建的佐治亞穹頂（1992年建成）采用新穎的整體張拉式索膜結(jié)構(gòu)，具準(zhǔn)橢圓形平面的1/3輪廓尺寸達(dá)192X 241m。1993年日本建成直徑達(dá)222m的福岡體育館，它的屋蓋由三塊可旋轉(zhuǎn)的扇形網(wǎng)架組成，扇形沿圓周導(dǎo)軌移動，可實現(xiàn)全封閉、開啟 或開啟2/3

25、等不同狀態(tài)。英國倫敦于1999年建成的千喜穹頂，跨度達(dá) 300mo這 些宏偉而富有特色的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍詷?biāo)志和著名的人文景 觀。我國的空間鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)和社會發(fā)展的需要,大跨工業(yè)廠房、候機(jī)大廳、會展中心、劇院、體育場館等大型工業(yè)、公共建筑不斷涌現(xiàn)，空間鋼結(jié)構(gòu)得到了前所未有的飛速發(fā)展，并且獲得了廣泛的應(yīng)用。從起初的平面桁架、平板網(wǎng)架、單層網(wǎng)架到現(xiàn)在的空間立體桁架、多層網(wǎng)架、 各種網(wǎng)殼等等，特別是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的引入，使大跨空間鋼結(jié)構(gòu)體形更為豐富, 也使其先進(jìn)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性得到了充分展示。于是懸索體系、索拱、索網(wǎng)體 系、張弦梁、張弦桁架體系、索

26、膜體系、整體張拉體系等一大批新的結(jié)構(gòu)體系應(yīng) 運(yùn)而生第3章 大跨度鋼結(jié)構(gòu)選型所考慮的因素3.1 跨度因素隨著社會的進(jìn)步，人們需要更大的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行公共活動。 中國為2008年奧 運(yùn)會修建的國家體育場和游泳中心，跨度都在 200米以上。可以說正是由于人們 對大空間結(jié)構(gòu)的需求，引起了各種不同大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)。不同的大跨 空間鋼結(jié)構(gòu)形式適用于不同的跨度。一般的一種大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式都有其比較 適應(yīng)的跨度區(qū)間，超過該區(qū)間其結(jié)構(gòu)空間性能及剛度合適性就會變劣，例如對單 層球面網(wǎng)殼，最適合的跨度約為 30米至60米；對單層索網(wǎng)體系，最適合的跨度 約為50米至100米。因此，在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型中，跨度

27、是結(jié)構(gòu)空間性能及剛 度合適性最重要的組成部分之一。3.2 寬度因素大跨空間鋼結(jié)構(gòu)是一種典型的空間受力的結(jié)構(gòu)形式，具有不宜分解為平面結(jié) 構(gòu)體系的三維形體，具有三維受力特性，在荷載作用下呈空間工作的結(jié)構(gòu)。因此 對大跨空間鋼結(jié)構(gòu)來說除了跨度因素影響外，另一向的長度對整體結(jié)構(gòu)的影響也 不容忽視。因此本文把寬度作為影響大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型的另一重要因素。3.3 建筑功能建筑的根本任務(wù)在于構(gòu)筑空間一一能夠服務(wù)于人的空間。建筑的成果一建筑 物具有功能、技術(shù)和藝術(shù)綜合特征。大跨空間鋼結(jié)構(gòu)建筑是由建筑師根據(jù)不同的 功能（包括物質(zhì)功能和精神功能）組合形成的綜合形象。所考慮的構(gòu)成因素也比 較多，主要包括：采光及通風(fēng)，

28、保溫及隔熱，與環(huán)境的協(xié)調(diào)美，建筑形象美，技 術(shù)美等因素。本文綜合考慮，從簡化應(yīng)用的角度出發(fā)，把建筑功能因素按照其所 得分?jǐn)?shù)分為：高，一般等二類。本文確定的建筑功能的級別，是從對各分項的要 求而定出的。具體劃分原則及方法詳見下述。所考慮的原則：（1）自然采光及通風(fēng)：對采光和通風(fēng)的考慮會影響到結(jié)構(gòu)形 體的變化，從而對結(jié)構(gòu)選型的結(jié)果產(chǎn)生影響。（2）保溫及隔熱：大跨空間建筑體量大，容納人數(shù)較多，必須考慮人置身其中的舒適感，但另一方面人們在其中停 留的時間不會太長，這個因素也必須加以考慮。（3）與環(huán)境的協(xié)調(diào)美：任何建筑都不可能獨(dú)立于環(huán)境之外，大跨空間建筑基地環(huán)境各不相同，其建筑體量的安排、 形體的塑造、

29、尺度的處理、風(fēng)格的創(chuàng)造必將依環(huán)境的不同而各有所異。 不同環(huán)境， 一味追求宏偉氣魄、自成中心或生搬硬套等情況將會改變，個體設(shè)計服從環(huán)境設(shè) 計將成一條重要原則被貫徹執(zhí)行。環(huán)境為大跨空間建筑創(chuàng)造鮮明的個性準(zhǔn)備了條 件。（4）建筑形象美：形象美是通過建筑的物質(zhì)實體來表達(dá)的，形象美一般受結(jié) 構(gòu)形態(tài)的影響。（5）技術(shù)美：技術(shù)美學(xué)與結(jié)構(gòu)形態(tài)要建立起有機(jī)的聯(lián)系，就要從 結(jié)構(gòu)的各個方面綜合考慮，以達(dá)到出于人工，宛若天成的目的。具體評價方法：本文采用一種打分評價方法（1）每一項因素滿分為1分，具 體分?jǐn)?shù)的確定時取決于建筑物對此功能的要求，這樣單項因素考慮完畢。（2）依據(jù)各項在建筑功能中所占的重要性，給每個因素賦一

30、權(quán)重值，并且各權(quán)值的和為 1.0。（3）用每一項的分?jǐn)?shù)乘相應(yīng)的權(quán)值，再對各項取和。（4）用得到的和值作為評價的根據(jù)。（5）當(dāng)所有建筑的建筑功能分?jǐn)?shù)確定后，就可以按照人為的分類標(biāo) 準(zhǔn)（如：分幾類就設(shè)定幾個等分點(diǎn)的原則作為標(biāo)準(zhǔn) ）來確定其具體劃為哪一類。3.4 荷載類型任何建筑物都必須保證其在結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用期內(nèi)，具有足夠的承載能力。大 跨空間鋼結(jié)構(gòu)亦不例外。荷載類型一般可分為：以地震荷載為主（地震區(qū)設(shè)防烈 度為7、8、9度）、以風(fēng)荷載為主（沿海地區(qū)）、以雪荷載為主（寒冷地區(qū)）、以屋 面包荷載為主（其它地區(qū)）等。不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)，在不同的荷載類型下， 其構(gòu)件受力均勻與合理性也是不同的。 具體表現(xiàn)

31、為：其一，對不同的荷載類型（如 以雪荷載為主和以地震荷載為主），同一大跨空間鋼結(jié)構(gòu)（如充氣式薄膜結(jié)構(gòu)）的 構(gòu)件受力均勻與合理性是不同的；其二，對同一荷載類型（如以地震荷載為主），采用不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)時（如采用柱面網(wǎng)殼和索網(wǎng)體系），構(gòu)件受力均勻與合 理性是不同的。因此，荷載類型是構(gòu)件受力均勻與合理性組成部分之一。本文把根據(jù)大跨空間鋼結(jié)構(gòu)所處地點(diǎn)的地震荷載、風(fēng)荷載、雪荷載及建筑物 本身的恒荷載和活荷載，根據(jù)實際的工程特點(diǎn)從中選出對結(jié)構(gòu)計算起控制作用的 可能荷載類型。通過對資料的匯總簡分為以下 2種類型：恒荷載+活荷載I風(fēng)荷載+活荷載n3.5 平面形狀大跨空間鋼結(jié)構(gòu)作為空間受力體系，其本身就具有

32、較好的受力性能，但對千 差萬別的建筑平面形狀，采用不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)時其構(gòu)件受力均勻與合理性 也是不同的?，F(xiàn)在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)常用的形狀包括：矩形、正多邊形、圓形、橢 圓形、菱形及組合形。具體表現(xiàn)為：其一，對不同的建筑平面形狀（如圓形和矩形），同一大跨空間 鋼結(jié)構(gòu)（如充氣式薄膜結(jié)構(gòu)）的構(gòu)件受力均勻與合理性是不同的。此時，平面形 狀為圓形時，充氣式薄膜結(jié)構(gòu)受力均勻與合理性好；平面形狀為矩形時，充氣式 薄膜結(jié)構(gòu)受力均勻與合理性就不好；其二，對同一建筑平面形狀特征（如長寬比 L/B為1.6的矩形平面），采用不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)時（如采用柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)或雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)），其構(gòu)件受力均勻與合理性是不同

33、的， 此時，采用柱面網(wǎng)殼吉構(gòu)時，構(gòu)件受力均勻與合理性好；采用雙曲拋物面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)時，構(gòu)件受力均勻 與合理性就不好。因此，建筑平面形狀是構(gòu)件受力均勻與合理性組成部分之一。 當(dāng)然在應(yīng)用中沒有必要完全按照建筑本身的平面形狀進(jìn)行劃分，可以按照邊界形式進(jìn)行合理的歸并，以達(dá)到奇化計算的目的第4章大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)方法4.1 高空散裝法將結(jié)構(gòu)的全部桿件和節(jié)點(diǎn)（或小拼單元）直接在高空設(shè)計位置總拼成整體的 安裝方法稱為高空散裝法。高空散裝法分為全支架法（即滿堂腳手架）和懸挑法兩種。全支架法多用于 散件拼裝，而懸挑法則多用于小拼單元在高空總拼。該施工方法不需大型起重設(shè) 備，但現(xiàn)場及高空作業(yè)量大，同時需要大量的支架

34、材料和設(shè)備。高空散裝法適用于非焊接連接的各種類型的網(wǎng)架、網(wǎng)殼或桁架，拼裝的關(guān)鍵技術(shù)問題之一是各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)控制。美國新奧爾良體育館屋蓋球面網(wǎng)殼直徑 207m,網(wǎng)殼厚度2.24m,屋面層采用壓型鋼板，拼裝時采用部分懸挑的少支架拼 裝法（圖4.1）。圖4.1美國新奧爾良體育館屋蓋球面網(wǎng)殼安裝4.2 分條（分塊）安裝法分條（分塊）安裝法又稱小片安裝法，是指結(jié)構(gòu)從平面分割成若干條狀或塊 狀單元，分別用起重機(jī)械吊裝至高空設(shè)計位置總拼成整體的安裝方法。該方法適用于分割成條（塊）單元后其剛度和受力改變較小的結(jié)構(gòu)。分條或分塊的大小應(yīng)根據(jù)起重機(jī)的負(fù)荷能力而定。由于條（塊）狀單元大部分在地面 焊接、拼裝，高空作業(yè)少

35、，有利于控制質(zhì)量，并可省去大量的拼裝支架。南京國 際展覽中心鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的安裝就是采用了分條（分塊）安裝法（圖 4.2）。圖4.2南京國際展覽中心鋼屋蓋安裝4.3 高空滑移法將結(jié)構(gòu)按條狀單元分割，然后把這些條狀單元在建筑物預(yù)先鋪設(shè)的滑移軌道 上由一端滑移到另一端，就位后總拼成整體的方法稱為高空滑移法。高空滑移法可分下列兩種方法(圖 4:(a)單條滑移法(b)逐條累計滑移法 圖4.3高空滑移法(1)單條滑移法將條狀單元一條一條地分別從一端滑移到另一端就位安裝,各條單元之間分別在高空再連接。即逐條滑移，逐條連成整體(2)逐條累計滑移法先將條狀單元滑移一段距離后(能連接上第二條單元的寬度即可)，連接上

36、第二條單元后，兩條單元一起再滑移一段距離(寬度同上) 再接第三條，三條又一起滑移一段距離如此循環(huán)操作直至接上最后一條單元 為止高空滑移法的主要優(yōu)點(diǎn)是：鋼結(jié)構(gòu)的滑移可與其他土建工程平行作業(yè)，而 使總工期縮短。端部拼裝支架可以利用已建的建筑物，以便空出更多的空間給 其他工程平行作業(yè)，如果沒有現(xiàn)成的支架，可以在一端設(shè)置寬度約大于兩個節(jié)間 的拼裝平臺，條狀單元在地面拼裝后用起重機(jī)吊裝到拼裝平臺，然后進(jìn)行滑移 設(shè)備簡單、成本低，不需大型起重設(shè)備，特別在場地狹小或跨越其他結(jié)構(gòu)而使 起重機(jī)等無法進(jìn)入的情況下更為合適4.4 整體吊裝法整體吊裝法是指將結(jié)構(gòu)在地面總拼成整體，用起重設(shè)備將其吊裝至設(shè)計標(biāo)高 并固定的

37、方法。-13 -用整體吊裝法安裝空間鋼結(jié)構(gòu)時，可以就地與柱錯位總拼或在場外總拼, 此法一般適用于焊接連接網(wǎng)架，因此地面總拼易于保證焊接質(zhì)量和幾何尺寸的準(zhǔn) 確性。具缺點(diǎn)是需要大型的起重設(shè)備，且對停機(jī)點(diǎn)的地耐力要求較高，同時會影 響土建的施工作業(yè)。秦山二期核電站鋼結(jié)構(gòu)穹頂就是采用整體吊裝法進(jìn)行安裝圖4.4秦山二期核電站鋼結(jié)構(gòu)穹頂?shù)陌惭b4.5 整體提升法整體提升法是將結(jié)構(gòu)在地面整體拼裝后，起重設(shè)備設(shè)于結(jié)構(gòu)上方，通過吊桿 將結(jié)構(gòu)提升至設(shè)計位置的施工方法。這種施工方法利用小機(jī)（如開板機(jī)、液壓滑模千斤頂?shù)龋┤喊惭b大型鋼結(jié)構(gòu)，使吊裝成本降低。其次是提升設(shè)備能力較大，提升時可將屋面板、防水層、 采暖通風(fēng)及電氣

38、設(shè)備等全部在地面施工后，然后再提升到設(shè)計標(biāo)高，從而大大節(jié)省施工費(fèi)用。如上海歌劇院屋蓋工程采用整體提升的施工方法，提升質(zhì)量達(dá)6000（圖 4.5）圖4.5上海國家大劇院鋼屋蓋整體提升4.6 整體頂升法整體頂升法是利用柱作為滑道， 將千斤頂安裝在結(jié)構(gòu)各支點(diǎn)的下面， 逐步 地把結(jié)構(gòu)頂升到設(shè)計位置的施工方法。整體頂升法與整體提升法類似，區(qū)別在于 提升設(shè)備的位置不同，前者位于結(jié)構(gòu)支點(diǎn)的下面，后者則位于上面，兩者的作用 原理相反。圖4.6為某廣場空間網(wǎng)架頂升施工圖在地而上整體裝配屋蓋(b) 一邊頂開,邊安裝中心柱的外國構(gòu)架圖4.6網(wǎng)架頂升施工圖4.7 折疊展開安裝法折疊展開安裝法源于日本法政大學(xué)教授JI

39、口衛(wèi)先生開發(fā)的Pantadome安裝亍法。該方法把一個穹頂看作由徑向的拱繞豎向中軸旋轉(zhuǎn)一周而成。因此穹頂?shù)牧?體空間作用可以分解為徑向拱的作用與環(huán)向箍作用的疊加。對于桿件組成的網(wǎng)格 狀網(wǎng)殼來說，去掉部分的環(huán)向作用就是去掉一部分環(huán)向桿。這樣穹頂結(jié)構(gòu)就可以 產(chǎn)生1個豎向的、且唯一的自由度。利用穹頂臨時具有的自由度，就可以把穹頂 折疊起來，在接近地面的高度進(jìn)行安裝。然后利用液壓頂升和氣壓等方式把折疊 的穹頂沿其僅有的一維自由度方向頂升到設(shè)計高度，完成穹頂?shù)氖┕み^程如圖4.7所示，具體的施工過程是：在地面組裝時暫不安裝某些部位的環(huán)向 桿，等組裝完成后，用液壓頂開的方法把結(jié)構(gòu)推舉到設(shè)計標(biāo)高，然后再連上先

40、前 未裝的環(huán)向桿，這樣一個幾何可變的機(jī)構(gòu)即被“鎖住”而變成一個穩(wěn)定的幾何不 變結(jié)構(gòu)圖4.7穹頂折疊展開頂升施工同理，用提升代替頂開，就形成折疊展開提升法，河南南陽鴨河口電廠干煤棚的安裝就是采用這種方法(圖4.8)IOW0 燈(a)網(wǎng)架地面拼裝完畢(b)網(wǎng)架折疊展開提升到位圖4.8網(wǎng)架折疊展開提升施工第5章結(jié)語土木建筑工程當(dāng)中，鋼結(jié)構(gòu)近年來的發(fā)展十分迅速，鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步成為各 類工程結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用的建筑結(jié)構(gòu)，如工業(yè)建筑、文化體育建筑、城市現(xiàn)代化 建筑及城鄉(xiāng)住宅建設(shè)等。從鋼材的力學(xué)性能和環(huán)境保護(hù)方面來看，鋼結(jié)構(gòu)目前是 最理想的建筑材料。大跨度鋼結(jié)構(gòu)從一個方面體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用的極大優(yōu)點(diǎn)，所 以對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)的了解和研究是很重要很有意義的，本文從大跨度鋼結(jié)構(gòu)的 選型的影響因素和施工技術(shù)兩方面進(jìn)行了學(xué)習(xí)和研究。(1)結(jié)構(gòu)體系的選擇對于一個成功的設(shè)計至關(guān)重要，它不僅關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)性能的最佳發(fā)揮、影響建筑綜合造價，還可能限制建筑的造型和使用功能，因此， 它不僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一步，而且也是非常重要的一步。對于單層民用建筑，結(jié)構(gòu)體系的選擇，首先要在結(jié)構(gòu)可行的前提下，最大化的滿足人的需求，其次再考慮造型 的美觀、施工的便利等因素.合理的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)當(dāng)綜合考慮其影響因素： 建筑功能、