大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)探析

賈林毅+徐余

摘要：建筑行業(yè)的迅速發(fā)展及施工技術(shù)的不斷成熟，使得建筑形式越來越多樣化和復(fù)雜化，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)階段公共建筑建設(shè)需求，大跨度空間結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為主要建設(shè)方向。與一般建筑結(jié)構(gòu)相比，大跨度空間結(jié)構(gòu)具有施工難度高、施工工藝復(fù)雜、危險(xiǎn)因素較多等特點(diǎn)，為了提高大跨度空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性，確保建筑建設(shè)質(zhì)量，就需要加大對大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究力度，加強(qiáng)施工控制，文章結(jié)合工程實(shí)例，對此進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：大跨度空間結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；施工控制

引言

大跨度空間結(jié)構(gòu)是指橫向跨度超過60m的建筑結(jié)構(gòu)，常用于體育場館、火車站、博物館等大型公共建筑物中，是以鋼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的一種新型建筑結(jié)構(gòu)，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量是衡量一個(gè)國家建筑行業(yè)發(fā)展水平的重要指標(biāo)之一，與發(fā)達(dá)國家相比，我國對大跨度空間結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用起步較晚，處于落后地位，為了加快我國建筑行業(yè)的發(fā)展步伐，就需要提高對大跨度空間結(jié)構(gòu)研究及應(yīng)用的重視力度。

1大跨度空間結(jié)構(gòu)類型

根據(jù)大跨度空間結(jié)構(gòu)形式的不同，可以將其分為殼體結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等幾種，不同形式的大跨度空間結(jié)構(gòu)都有著自身特點(diǎn)。殼體結(jié)構(gòu)呈曲面性網(wǎng)格狀，可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力特性對曲面形狀進(jìn)行調(diào)整設(shè)計(jì)，覆蓋面積可大可小，適用于多種形式大跨度建筑。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)主要分為骨架結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)，兩者的作用分別是承載建筑結(jié)構(gòu)重力各分割建筑空間，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)力傳輸路線清晰明了，整體載荷會均攤到所有結(jié)構(gòu)部件上，具有較強(qiáng)的抗震性性能，結(jié)構(gòu)安裝比較方便，結(jié)構(gòu)部件可定性批量生產(chǎn)。懸索結(jié)構(gòu)是以組成材料為高強(qiáng)鋼絲的懸索作為承重構(gòu)件，設(shè)計(jì)而成的一種大跨度空間結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)中不會出現(xiàn)彎矩和剪力效應(yīng)，只需確定最為合適的懸索布置方向和層數(shù)即可，懸索強(qiáng)度較高，結(jié)構(gòu)布置方便、靈活，可以空余更多的建筑空間，被廣泛應(yīng)用于多種建筑設(shè)計(jì)中。

2大跨度空間結(jié)構(gòu)關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

雖然大跨度空間結(jié)構(gòu)類型眾多，但是每一種形式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)都基本相同，所以，要想確保大跨度建筑物的施工質(zhì)量，就需要從大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)出發(fā)，提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性及合理性。

2.1大跨度空間結(jié)構(gòu)計(jì)算。大跨度空間結(jié)構(gòu)計(jì)算是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首要工作。在對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型，保證模型構(gòu)件連接與實(shí)際工程構(gòu)造連接方式的一致性，確保模型計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可靠資料。同時(shí)，將多向地震作用效應(yīng)引入到模型中，以保證上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同性為基本原則，對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面分析，結(jié)合結(jié)構(gòu)的受力情況以及抗震需求，計(jì)算結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力情況。同時(shí)，應(yīng)該在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足工程要求的基礎(chǔ)上，盡可能的簡化下部結(jié)構(gòu)。此外，在對結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力情況進(jìn)行分析、計(jì)算的時(shí)候，還需要將實(shí)際施工過程中可能出現(xiàn)的特殊應(yīng)力考慮在內(nèi)，對特殊構(gòu)件設(shè)定一個(gè)應(yīng)力變化范圍，保證構(gòu)件所承受的載荷不超過設(shè)定范圍的最大值，避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變形甚至是斷裂現(xiàn)象。在對大跨度空間結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，需要選用精準(zhǔn)度較高的計(jì)算方法，當(dāng)前應(yīng)用比較廣泛的計(jì)算方法主要包括多向地震反應(yīng)譜法、時(shí)程分析法、多向隨機(jī)振動(dòng)分析法等幾種。

2.2大跨度空間結(jié)構(gòu)布置。結(jié)構(gòu)布置是影響大跨度空間結(jié)構(gòu)應(yīng)力及穩(wěn)定性的主要因素，要想保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，就必須對其進(jìn)行合理設(shè)置。保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量及剛度分布的均衡性，是確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的時(shí)候，應(yīng)該明確結(jié)構(gòu)傳力路徑，優(yōu)先選擇空間傳力體系，并以結(jié)構(gòu)中軸線為參照，使兩側(cè)建筑構(gòu)件能夠呈對稱狀分布。

2.3大跨度空間結(jié)構(gòu)防震縫設(shè)計(jì)。防震縫是大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的內(nèi)容，在提高建筑抗震性能方面起到了重要作用。在對大跨度空間結(jié)構(gòu)防震縫寬度進(jìn)行規(guī)定時(shí)，是將下部支撐結(jié)構(gòu)為框架形成的抗震墻進(jìn)行考慮的，要求防震縫寬度至少為150mm。但是，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常無法滿足大跨度空間結(jié)構(gòu)防震需求，所以一般需要以結(jié)構(gòu)在建防震要求范圍內(nèi)，兩側(cè)結(jié)構(gòu)的極限相對位移為依據(jù)，科學(xué)設(shè)置防震縫寬度。如果建筑結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，可以將多遇地震下的最大相對變形值與不小于3的放大系數(shù)相乘，將兩者的乘積作為最小防震縫寬度。

3大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例

某建筑工程結(jié)構(gòu)橫向跨度為76m，總建筑面積為23482㎡，框架抗震等級為二級，屬于大跨度建筑。在對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼材結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，決定采用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)，既可以保證結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)我穩(wěn)定性和防震性能，又可以節(jié)省建筑材料，提升建筑空間的利用率。設(shè)計(jì)人員結(jié)合建筑特點(diǎn)構(gòu)建了結(jié)構(gòu)模型，并使用先進(jìn)的計(jì)算方法，對結(jié)構(gòu)的整體應(yīng)力情況及抗震性能進(jìn)行了分析，決定采用空間傳力體系及輕型屋面系統(tǒng)，在薄弱部位做好反震加固處理。同時(shí)，以二級震防設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)下，兩側(cè)結(jié)構(gòu)發(fā)生位移的最大差值為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置結(jié)構(gòu)防震縫。施工結(jié)果表明，大跨度空間結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和抗震能力，并且還有效降低了工程成本。

4結(jié)束語

基于建筑需求的不斷提高，以大跨度空間結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)建設(shè)完成的建筑變得越來越普遍，在提高我國建筑行業(yè)施工水平，促進(jìn)建筑行業(yè)良好發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用。通過對大跨度空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，可以為該建筑技術(shù)的科學(xué)、合理應(yīng)用提供理論依據(jù)，具有一定的借鑒和參考價(jià)值。