大跨度钢结构设计需要注意一些什么

发布日期：2020-04-27 作者：点击：

　　随着钢结构技术的不断发展和进步，大跨度钢结构已广泛应用于公共建筑中，如大会堂、剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、有盖体育场、机场等。在一些工业建筑中，我们也看到了大跨度建筑的出现，如飞机制造厂的装配车间、机库和造船厂的船体结构车间。这些建筑所采用的大跨度结构是由装配机器(如船舶和飞机)的大尺寸或工艺要求决定的。总体而言，我国大跨度钢结构建筑发展迅速，特别是2008年北京奥运会场馆的建设，为我国大跨度钢结构建筑的建设提供了契机，涌现出大量结构新颖、技术先进的建筑。接下来，我们将集中讨论大跨度钢结构设计中出现的问题。

　　现代预应力技术引入大跨度空间结构，不仅丰富了结构形式，而且充分展示了其先进性、合理性和经济性。前者是斜拉索结构系统，后者是预应力结构系统，通过适当配置拉索，或通过允许结构获得新的中间弹性支点或产生与外部载荷相反的内力和挠度。这种“混合”结构体系将改善原结构的受力状态，降低内力峰值，增强结构刚度，显著提高技术经济效果。目前，我国已有80多个大跨度空间钢结构工程应用预应力技术。目前，许多高校都在开展新型预应力钢结构体系的理论研究，如索支撑结构和索网结构，主要是高强度钢索和钢承重结构。他们正在积极准备工程实践。预计新型预应力大跨度空间钢结构将很快出现在各种建筑中。膜结构是目前我国新兴的一种空间结构，其中张力膜结构被广泛应用。这是以玻璃纤维织物或聚酯纤维织物为基层，以聚四氟乙烯或聚氯乙烯为涂层的膜材料和不同类型的支撑系统的组合。支撑系统可以是索杆或索杆结构。它们通常在薄膜材料被预应力后一起工作。

　　对于混凝土结构，它根本不适合大跨度结构。所采用的单向板和双向板将随着跨度的增加而增加楼板的厚度。设计中配置的钢筋数量将不可避免地增加。显然，这不适用于大跨度结构。然而，对于跨度稍大的井式楼板，其特点是从肋梁楼板演变而来的。两个方向上的光束具有相同的高度，并且通常以相等的间隔排列。主光束和次光束没有区别。周围的承重墙支撑或角柱支撑可以解决一些大跨度空间的设计要求。因此，当柱网间距或房间平面面积较大时，适用于大厅和会议厅。然而，在大跨度空间结构中使用井式楼板不可避免地会导致较高的成本。

　　近年来，大跨度屋顶建筑的数量和规模迅速增加。大跨度屋顶建筑的抗震设计一直没有得到足够的重视。曾经有许多形状奇特、结构不规则、抗震性能差的建筑。为此，结合本工程大跨度钢结构屋盖的设计实例，对于大跨度空间钢结构，设计要点如下。

　　首先要说的是计算和分析：在计算和分析中，要注意上下结构的协同工作，要考虑多向地震作用的影响。在抗震措施方面，定义了关键构件和关键节点，并规定了相应的加固措施。计算时应进行地震计算的范围、计算模型、计算方法、计算参数、多向地震、地震效应组合、变形限值、关键构件和节点。考虑上下结构协同工作的一个非常合理的方法是根据整体结构模型计算地震作用。子结构的简化必须基于可靠的动力学原理，即等效刚度和质量后的有效性应综合考虑。在计算分析过程中，应合理确定计算模型，顶板与主要支撑部件的连接假设应与结构一致。计算模型中应考虑屋盖结构和下部结构的协同效应。计算实践表明，适用于大跨度钢结构的方法有多向地震反应谱法、时程分析法甚至多向随机振动分析法。建议采用更详细的分析方法来计算复杂大跨度屋盖结构的地震作用。这些方法的应用值得鼓励，但在实际操作中仍有一些深层次的问题值得探讨。垂直地震作用简化算法的应用范围进一步受到限制。

　　计算和分析不仅要模拟整个结构成型后的应力，还要考虑施工过程中的特殊应力，以避免结构成型前局部应力超过设计值而造成的破坏。对于施工过程的计算和模拟，需要考虑构件吊装、不同施工阶段的工况、结构预变形技术、构件预组装、卸载等。大跨度结构的复杂性和施工方法的多样性决定了在设计过程中必须考虑施工。这也是一个在设计过程中经常被忽视或没有被充分考虑的地方。

　　第二点要说的便是结构布置，在结构布置上，强调屋盖结构及其下部支承结构的质量、刚度分布均衡，确保结构的整体性和传力明确。屋盖的地震作用应能有效地通过支座向下传递;避免屋盖内力集中或较大扭转效应，为此屋盖、支承及下部结构的布置宜均匀对称;保证屋盖结构的整体性，因此应优先采用空间传力体系、避免局部削弱或突变的薄弱部位;宜采用轻型屋面系统，因此应严格控制屋面系统的单位自重。结构布置宜避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的内力、变形集中。对于可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

　　第三便是防震缝设置，对于大跨空间结构来说，设置防震缝往往是有效的。震缝宽度，规范规定不宜小于150mm。这主要是根据下部支承结构为框架结构或框架-抗震墙结构时的很小缝宽综合确定。规范所规定的很小防震缝宽度可能不足。建议很好按设防烈度下两侧独立结构在交界线上的相对位移很大值来复核。结合工程实践经验，大跨屋盖结构防震缝的缝宽可按设防烈度下两侧独立结构在交界线上的相对位移很大值来确定。对于规则结构，缝宽也可将多遇地震下的很大相对变形值乘以不小于3的放大系数近似估计。