大跨度空间钢结构的应用与发展

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1、大跨度空间钢结构的应用与发展摘要本文阐述了我国大跨度空间钢结构应用与发展的基本情况。根据我国网架、网壳、管桁结构等大跨空间钢结构获得广泛应用的实际情况，将其归结为结构形式多样化，结构新材料应用拓展，现代预应力技术的引入等特点，通过对典型大跨度空间钢结构工程实例的分析，正确认识与理解大跨度建筑结构形式的选择。最后本文展望了二十一世纪的大跨度空间钢结构。关键词大跨度结构；空间钢结构；预应力钢结构；应用与发展；展望正文近年来，随着经济、文化的飞速发展及空间结构的形式多样化，大跨度钢结构的发展非常迅猛，并已广泛地应用于文化体育场馆、会议展览中心、机场候机厅、歌剧院等大型

2、公共建筑以及不同类型的重型工业建筑中。一、大跨度结构系指跨度等于或大于60m的结构，而本文所指的大跨度空间钢结构主要是指网架、网壳结构及其组合结构(两种或两种以上不同建筑材料组成)和杂交结构(两种或两种以上不同结构形式构成)大跨度空间钢结构包括有大跨度、大面积网架结构、大跨度、大悬臂网壳结构、组合网架结构、组合网壳结构、预应力网架与网壳结构、斜拉网架与网壳结构、铝合金、不锈钢等材料的网架与网壳结构、特种网架与网壳结构等。这是一类结构受力合理、刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便的空间结构体系。它不仅可用于屋盖结构，而且可用于楼层结构、墙体结构和特种结构。二、大

3、跨度预应力钢结构大跨度预应力钢结构是由高强度、抗腐蚀、抗疲劳钢索与各种形式空间钢结构组合而成的一种新型结构形式，将柔性的钢索与刚性的钢结构完美地融合到一起，为建筑师提供了既实用又经济的覆盖大面积、大空间的建设手段。这一类结构受力合理、刚度大、重量轻,制作安装也比较方便,在近十多年来得到开发与发展,并在大跨度、大柱网的公共与工业建筑中得到应用,且受到国内外科技界和工程界的关注和重视,其推广应用和发展前景是无比广阔的。采用预应力技术于大跨度空间钢结构具有如下的特色和优势.    (1）可以改变结构的受力状态,满足设计人员所要求的结构刚度、内力分布和位移控制.    

4、(2)通过预应力技术可以构成新的结构体系和结构形态(形式),如索穹顶结构等.可以说,没有预应力技术,就没有索穹顶结构.   (3)预应力技术可以作为预制构件(单元杆件或组合构件)装配的手段,从而形成一种新型的结构,如弓式预应力钢结构.    (4)采用预应力技术后,或可组成一种杂交的空间结构,或可构成一种全新的空间结构,其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度的降低,具有明显的技术经济效益. 1、国家体育场工程实例分析（1）、工程概况被称作“第四代体育馆”的“鸟巢”国家体育场是2008年北京奥运会的标志性建筑，她位于北京北四环边，包含在奥林匹克国家森林公园之中

5、，主体建筑紧邻北京城市中轴线，并与国家体育馆和国家游泳中心相对于中轴线均衡布置。占地面积20.4万平米，总建筑面积25.8万平米，拥有9.1万个固定座位，内设餐厅、运动员休息室、更衣室等。2008年奥运会期间，承担开幕式、闭幕式、田径比赛、男子足球决赛等赛事活动。该工程总投资4.5亿美元，是全球目前投资最大的建筑物，也是迄今为止世界上最具现代化和人性化的体育场馆。　　“鸟巢”因其主体由一系列辐射式的钢结构旋转而成，外型酷似鸟巢而得名。其建筑顶面呈马鞍型，长轴为332.3米，短轴为297.3米。最高点高度为68.5m，最低高度为40.1m。屋盖中间开洞长度为185

6、.3m，宽度为127.5m。主要由48榀主桁架围绕屋盖中间的开口放射型布置而成，主桁架与顶面及立面杂乱无章的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型，大跨度空间钢屋盖支撑在周边的24根桁架柱之上，并将荷载传至基础。为达到预定的视觉效果，编织鸟巢用的杆件均为箱型构件。主体框架建成之后，在“鸟巢”顶部的网架结构外表面将贴上一层乳白色半透明聚四氟乙烯(ETFE)的充气塑膜，使用这种膜后，阳光不是直射，而是通过漫反射进入到体育场内，使光线更柔和，由此形成的漫射光还可解决场内草坪的维护问题，同时也起到为场内座位遮风挡雨的功能  （2）、预应力作为一项新技术，得到充分应用，涌

7、现了索穹顶、张拉整体结构和索膜结构等新型结构形式。奥运会羽毛球馆(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。据承揽所有奥运场馆中大跨度预应力钢结构分项设计、施工和监测的北京建工集团建筑工程研究院副院长张然介绍，大跨度预应力钢结构是由高强度、抗腐蚀、抗疲劳钢索与各种形式空间钢结构组合而成的一种新型结构形式，将柔性的钢索与刚性的钢结构完美地融合到一起，为建筑师提供了既实用又经济的覆盖大面积、大空间的建设手段，深得他们的青睐，北京2008年奥运会共有7个场馆采用了这种结构。弦支穹顶“变脸”不易。93米世界最大跨

8、度、外圈环向索预应力张拉