浅谈大跨度空间钢结构施工技术

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1、浅谈大跨度空间钢结构施工技术　　随着经济、文化建设需求的扩大以及人们对建筑欣赏品位的提高，大跨度空间钢结构由于其形式多样化，造型美观，经济性好等特点越来越受到设计师们的青睐。目前大跨度空间结构主要被应用到机场建筑、会展中心、体育场馆、展览馆等大型公共建筑的屋盖结构中。各种类型的大跨度空间钢结构在美、日、欧、澳等发达国家发展很快，其跨度和规模越来越大，新材料和新技术的应用越来越广泛，结构形式越来越丰富。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性或标志性人文景观。　　大跨度空间钢结构和形式丰富多彩，最典型的表现就是奥运建筑，综观奥运近50余年的

2、发展历史，奥运建筑为大跨度空间结构技术提供了精美的展示舞台和实践机会，而大跨度空间结构技术对丰富多彩的奥运建筑产生了起到促进作用，例如：奥运历史上著名的罗马大小体育馆采用了装配现浇式钢筋混凝土薄壳结构，莫斯科中央红军之家综合体育馆采用了空间桁架网架结构，东京代代木国立体育中心采用了张拉结构，巴塞罗那圣乔地体育馆采用了网壳结构。大跨度结构建筑是指横向跨越30米以上空间的各类结构形式的建筑，其结构类型可以分为以下四类：一、实体结构类--薄壳结构、折板结构；二、网格结构类--网架结构、网壳结构；三、张力结构--悬架结构、薄膜结构；四、其它新型大跨度空间

3、结构--可展开折叠式结构、开合屋盖、张拉整体结构、张弦结构、整体张拉预应力拱架结构。几种主要的大跨度空间结构分析：　　网架结构：由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构。具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点；网架结构广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。如图1、图2所示。　　网壳结构。网壳结构是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按

4、壳体结构布置的空间架构，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。1989年建成的北京奥林匹克体育中心综合体育馆，平面尺寸为70mX，采用人字形截面双层圆柱面斜拉网壳，为目前国内跨度最大的网壳结构。同年建成的濮阳中原化肥尿素散装库，平面尺寸为58mX135m，采用双层正放四角锥圆柱面网壳，为国内覆盖建筑面积最大的网壳结构，也是第一个采用螺栓球节点的网状筒壳。1967年建成的郑州体育馆，采用肋环形穹顶网壳，平面直径64m，矢高，为国内跨度最大的单层球面网完。又如1988年建成的北京体院体育馆，采用带斜撑的四

5、块组合型双层扭网壳，平面尺寸为见方，矢高,挑檐，为我国跨度最大的四块组合型扭网壳。　　悬索结构。如图3所示，北京工人体育馆是我国第一座大跨度圆形悬索结构的多功能综合体育馆。悬索结构由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构。索的材料可以采用钢丝束、钢丝绳、钢铰线、链条、圆钢，以及其他受拉性能良好的线材。悬索结构能充分利用高强材料的抗拉性能，可以做到跨度大、自重小、材料省、易施工。其应用可以追溯到古代就的竹、藤等材料做成的用来跨越深谷的吊桥、明朝成化年间用铁链建成霁虹桥。近代的悬索结构，除了应用于大跨度桥梁工程外，还在体育馆、飞机库、展览馆、仓库等大

6、跨度屋盖结构中应用。　　大跨度空间结构跨度趋大化，空间结构形式多样化，施工技术复杂化，如“鸟巢”跨度296米，“水立方”跨度177米，广州国际会展中心跨度米，南京奥体中心体育场跨度360米。　　结构形式不再局限于采用传统的单一结构形式，新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现，如“水立方”采用了基于泡沫理论的多面体空间刚架结构、“鸟巢”采用复杂扭曲空间桁架结构、奥运会羽毛球馆则采用世界跨度最大的弦支穹顶结构、广州国际会展中心采用了张弦桁架结构。　　预应力作为一项新技术，得到充分应用，涌现了索穹顶、张拉整体结构和索膜结构等新型结构形式，如奥运会羽毛球

7、馆(北京工业大学体育馆)采用了世界跨度最大的弦支穹顶结构、国家体育馆采用了世界跨度最大的双向张弦梁结构。在大跨度空间结构中引入现代预应力技术，不仅使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。通过适当配置拉索，使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载，前者即为斜拉结构体系，后者则为预应力结构体系。这一类“杂交”结构体系改善了原结构的受力状态，降低内力峰值，增强结构刚度，技术经济效果明显提高。　　现代空间钢结构大多采用仿生态建筑，为了满足建筑造型，采用了各种各样的节点形式，结构复杂、设计难度越来越大，

8、如铸钢节点、锻钢节点、球铰节点等。构件数量和截面类型越来越多，深化设计难度越来越大。一般而言，这类大型工程都由几万个构件，甚至逾10万个