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我国空间钢结构的应用发展与展望

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浏览:- 发布日期:2019-06-11 11:00:00【


我国空间钢结构的应用发展与展望

【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、结构新材料应用的拓展及现代预应力技术的引入;并阐明推动大跨空间钢结构发展的源动力是产学、研的紧密结合,是一系列空间结构行业标准的制定及企业资质论证与建筑管理的加强。


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1、我国空间钢结构的应用与发展

空间钢结构通常包括网格结构和张拉结构两大类,是以多跟杆件,按照一定

规律通过节点连接成三角形、菱形、方形等网格。网架结构是由许多杆件按照一定的规律组成的网状结构,接触处的秋装是为了加大链接。结构的轴力主要有杆件承受,这样可以充分发挥材料的强度,从而节省钢材,使结构自重减小。空间刚度大、整体性强、稳定性好是空间网架结构的优点。这一特点可以利用小规格的杆件来建造大跨度的结构,便于生产统一规格的杆件。

1.1大跨度、大面积网架结构

首都体育馆平面尺寸99m*112.2m,是我国跨度最大的矩形平面屋盖网架。上海体育馆,平面为圆形,挑檐7.5m,直径为110m,是我国目前最大的网架结构。

首都机场四机位机库建成于1996年,平面尺寸(153+153)m*90m;1999年新建成的厦门机场太古机库,平面尺寸(155+157)m*70m,是目前我国也是世界上最大的单体网架机库。

近十年来,我国工业厂房屋盖大面积推广使用网架结构,超过300万平方米的建筑覆盖面积在世界上都是领先的。上海江南造船厂的新建厂房跨度达到60m,是工业厂房网架中跨度最大的。云南玉溪卷烟厂也使用着多达12万平方米的连片网架厂房。

1.2大跨度、大悬臂网壳结构

最初使用大悬臂结构的结构主要是体育场罩棚上,1989年为了召开十一届亚运会,北京工人体育场,该剪了一个悬挑长18m的罩棚;随后,北京丰台体育场罩棚于1991年建成,最大悬挑长度25m;上海1997年建成八万人体育场罩棚,最大的悬挑长度达到73.5m,达到了世界领先水平。

不论是悬挑高度、悬挑重量、还是悬挑跨度,CCTV新址主楼无疑是世界第一,主要它不是一个对称的倾斜悬挑式大楼,高234m,两座塔楼双向达到六度的倾斜,顶层偏离顶层24m,并在 163m 至 234m 高度处悬挑 14 层, 悬挑重量 1.5 万余吨,悬挑长度最大75m。考虑塔楼倾斜24m,结构最大悬挑跨度为99m。2007年评选的世界建筑十大奇迹,中国鸟巢、CCTV新址、万国城分别为第六、七、八位;1998年初建成的长春体育馆,是当今我国跨度最大、覆盖建筑面积最大的网壳结构,平面为120m*166m枣形,连同支架的平面为146m*192m,它的建成使我国长期在网壳跨度没有突破百米大关成为历史。

空间网壳结构应用在大型体育场挑蓬正在日益增长,1992年建成的深圳体育场周圈挑檐,采用的结构是变高度螺栓球节点双层正放四角锥网壳结构,挑蓬宽度31m,悬挑25.5m。

1.3 组合网架结构

组合网架结构是以钢筋混凝土上弦板代替钢上弦杆而形成的上部为钢筋混凝土结构、下部为钢结构的组合空间结构,组合网架的特点有一下几点:

1)形成一种梁系、杆系、板系组合的空间结构;

2)充分混凝土和钢材的受力特点,使混凝土充分受压、钢材受拉;

3)使组合结构的维护和承重作用充分融合一起;

4)组合网架的水平刚度大、竖向刚度强、抗震性能好;

5)与同等跨度的钢网架相比,大大节约钢材,大约15%-25%

6)应设置共同工作、制作方便、力传导明确的组合上弦节点;

我国目前已建成40多幢钢-混组合网架结构,它既用于多高层建筑也用于屋盖结构,跨度之大、形式之多、以及广泛的应用范围领先于世界其他国家。江西抚州地区的体育馆屋盖45.5m*58m是目前我国跨度最大的组合网架,建成于1987年;1987年建成的35m*35m新乡百货大楼楼层结构,是用于多层建筑中跨度最大的组合网架结构;用于高层建筑楼层结构合网架的是平面24m*27m长沙纺织大厦。

1.4组合网壳结构

由钢筋混凝土带肋壳和钢网壳两种不同材料且不同结构形式经过组合而成的新型空间结构叫做组合网壳结构。组合网壳有以下特点:

1)组合成一种板壳系、梁系两种材料共同工作的组合空间结构;

2)充分利用两种材料的受力特点,发挥两种材料各自的优势,增加网壳的强度和刚度;

3)承重结构和维护结构充分融合;

4)组合网壳可大幅度提高网壳的极限承载力;

5)须满足强度、刚度、稳定的要求,必要时应增设临时支撑。

组合网壳结构在我国也得过应用,目前已建成10幢,它既可以用于工业厂房,也可以应用于民用建筑。山西汾西矿务局工程处食堂屋盖使用的18m*24m三向型双曲组合扁网壳,是我国最早的组合网壳结构。

1.5斜拉网格结构

由拉索、网格、塔柱结构组合而成的结构称为斜拉网格结构,是大、中跨度建筑的一种组合形式新奇、协作方式杂交空间结构体系,它主要的特点是:

1)可将钢拉索的高强度优势充分发挥;

2)增加网格结构的支撑点,对减少结构的挠度和降低杆件内加力有利;

3)张拉拉索可以建立预应力和反向拱挠度,可以抵消部分结构内力和挠度;

4)为不适拉索出现松弛而无法工作,必要时需施加一定的预应力;

5)忌平面布索和单方向布索,宜多方位布置;

6)拉索倾角宜大于25°,否则将减弱弹性支承作用,内力大,连接节点困难。

2、空间钢结构展望

经过多年努力,尤其是中国土木工程学会空间结构委员会成立以来的三十年,我国在空间结构的领域实力正日益增强,从技术研发、设计、到制作安装等当面都取得了很大的进步与成功。展望未来,我国在空间结构领域还将面临更大的机遇与挑战,为满足我国空间结构的技术和水平达到国际前列,使我们尽快赶超世界科技发达国家技术,加速培养创新型技术人才,我们应该在一下方面多做努力:

1)加强创新理念:创新是一个民族生存和发展的动力,我们应该

应该重视创新理念的培养,尤其是原创型创新,注重创新型研究人才、工程人才的培养;

2)注重建筑与结构的高度融合:空间大跨度结构需要建筑师与结构工程师密切配合,对于建筑师来说,不能只顾建筑的“新、特、奇”而不考虑结构受力的合理性,对于结构工程师来说,不能局限于既有的结构体系,只有两者想和配合,才能设计出美的建筑。

3)成为绿色建筑的典范:大跨度结构应成为绿色建筑的典范,在保证结构安全性的基础上,提高结构效率、减轻结构自重、节约材料.

 

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