淺談網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的應(yīng)用

躍彬

【摘 ?要】隨著我國(guó)建筑業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代化建設(shè)需求，在客觀上提出了采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)替代平面結(jié)構(gòu)以增加安全性的要求。為此，本文將針對(duì)當(dāng)前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的應(yīng)用展開(kāi)深入分析。

中國(guó)論文

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)架結(jié)構(gòu);大跨度;大空間

前言：本文將從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間特點(diǎn)、其設(shè)計(jì)的方法、原則以及理論基礎(chǔ)、未來(lái)發(fā)展前景做出深入分析，以此來(lái)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的進(jìn)一步推廣使用積累經(jīng)驗(yàn)，從而為我國(guó)建筑行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展略盡綿薄之力。

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間特點(diǎn)

1.1結(jié)構(gòu)體型更為豐富

采用大跨度大空間的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在當(dāng)前建筑業(yè)發(fā)展過(guò)程中已經(jīng)成為衡量一個(gè)國(guó)家整體建筑行業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。通過(guò)該種結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)師可以獲得更加寬廣的想象空間與設(shè)計(jì)思路，從而設(shè)計(jì)出千變?nèi)f化、豐富多彩的結(jié)構(gòu)體型，使之展現(xiàn)出更加強(qiáng)烈濃厚的認(rèn)為景觀以及象征性寓意。

1.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及鋼混框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用范圍更加廣泛

相較于平面結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及鋼混框架結(jié)構(gòu)體系具有以下兩個(gè)明顯的優(yōu)勢(shì)：一是自身采用混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，所用材質(zhì)更輕，特別是目前其所采用的鋼材、膜材、具有高強(qiáng)度的輕質(zhì)材料，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，可以為建筑企業(yè)創(chuàng)造更加更厚的經(jīng)濟(jì)效益。二是便于工業(yè)化生產(chǎn)，其所采用的空間結(jié)構(gòu)的絕大多數(shù)構(gòu)件均可以在地面進(jìn)行設(shè)計(jì)制作，之后運(yùn)輸至指定建設(shè)地點(diǎn)之后可以更加靈活的予以組裝并進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)與更換。因而，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及鋼混框架結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用范圍更加廣泛。

1.3剛度及抗震性能好

由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在著顯著的三維受力特征，建筑自身所承受的內(nèi)力相對(duì)更為均勻，對(duì)于較大的集中負(fù)荷可以有效分散，因而整體的剛度更大。同時(shí)，由于剛度的增強(qiáng)，使得其自身的抗震性能更加良好。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法、原則以及理論基礎(chǔ)

2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

（1）按照結(jié)構(gòu)組成分類(lèi)

在該類(lèi)型下主要有以下三種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其各自設(shè)計(jì)方法如下所述：

第一種為雙層網(wǎng)架，即：具有上下兩層弦桿的結(jié)構(gòu)，其最簡(jiǎn)單也是最為常用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。

第二種為三層網(wǎng)架，即：雙層網(wǎng)架基礎(chǔ)上于中間加上一層弦桿，當(dāng)網(wǎng)架跨度≤50m時(shí)可以酌情考慮此種設(shè)計(jì)方法;若跨度≤80m時(shí)，則需要將其作為優(yōu)先考慮設(shè)計(jì)方案。

第三種為組合網(wǎng)架，即：利用具有良好抗壓性的鋼筋混凝土板替代上弦桿，將不同組織材料構(gòu)建成為網(wǎng)架的最基本單元，最終形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

（2）依據(jù)網(wǎng)格形式分類(lèi)

①四角錐體系。在該網(wǎng)架體系中，其所采用的上下弦桿均呈現(xiàn)出明顯的正方形，或者根據(jù)建筑具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成與正方形相接近的矩形網(wǎng)格，并且上下弦桿之間稍稍錯(cuò)開(kāi)，通常是以半格為宜。

②三角錐體系。三角錐體系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本單元為一組呈倒置姿態(tài)的三角椎體，上弦桿布滿(mǎn)了三角錐體系的錐底正三角形的各部分空間，而其結(jié)合棱部位采用腹桿與之相連接。一般情況下隨著三角錐單元體的布置方式所呈現(xiàn)出的差異，其上下弦網(wǎng)格將會(huì)由此而呈現(xiàn)出正三角形或者是正六邊形。

③折形網(wǎng)架。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，折形網(wǎng)架被稱(chēng)之為折板網(wǎng)架，其主要是由四角錐網(wǎng)架正放而演化出來(lái)的一種全興網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究成果分析可知，其設(shè)計(jì)原則大致為以下幾方面：

首先，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)符合簡(jiǎn)化原則。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種具有高次超靜定的空間結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計(jì)過(guò)程中無(wú)法精準(zhǔn)的給出空間結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及變形情形的傳導(dǎo)或演變，因而導(dǎo)致其設(shè)計(jì)充滿(mǎn)著復(fù)雜性與艱巨性。為此，國(guó)內(nèi)外建筑行業(yè)的科研人員在對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，通常都會(huì)在滿(mǎn)足建設(shè)需求的前提下盡可能的簡(jiǎn)化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各個(gè)空間節(jié)點(diǎn)剛度、弦桿變形的計(jì)算等工作，從而促使其設(shè)計(jì)既不過(guò)分繁雜，同時(shí)又兼顧了工程的質(zhì)量以及整個(gè)網(wǎng)架空間的穩(wěn)定性。

其次，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)秉承安全性原則。安全是建筑行業(yè)的命脈，特別是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自身所占空間較大，無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是在施工階段，均需要承擔(dān)一定的高空作業(yè)，此時(shí)對(duì)于安全性提出了較為嚴(yán)格的要求。一方面，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的各部分弦桿或者腹桿應(yīng)固定牢靠，不會(huì)因外力作用下而發(fā)生大幅度變形，從而保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保施工人員能夠處在一個(gè)安全的作業(yè)環(huán)境中。另一方面，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計(jì)算應(yīng)符合預(yù)期設(shè)計(jì)理念，其各部分受力數(shù)值處于良好的控制范圍之中，特別是基底部分的受力更應(yīng)當(dāng)具備較強(qiáng)的受壓能力，以保證整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生位移，影響施工進(jìn)度以及安全生產(chǎn)工作開(kāi)展。

2.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論基礎(chǔ)

（1）小變形理論

小變形理論內(nèi)容為構(gòu)件自身受到內(nèi)外力作用之下所產(chǎn)生的變形較小，其受力之后的位置并沒(méi)有發(fā)生明顯的位移，因而不需要考慮位置變動(dòng)之下應(yīng)力產(chǎn)生的二階效應(yīng)。就網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而言，由于其各部分結(jié)構(gòu)采用了弦桿以及腹桿進(jìn)行連接，各自承受的內(nèi)力在科學(xué)有效的分散作用下傳遞至各個(gè)部分，因而相對(duì)應(yīng)的受力較為均勻，最終使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中各組成部分受力不會(huì)出現(xiàn)顯著的差異，因而其具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

（2）靜力學(xué)理論

①二力平衡

在剛體上存在的兩個(gè)力大小相等且方向相反，最終其和為0，即：F1=-F2。而對(duì)于變形體而言，二力平衡則是其必要條件而非充分條件。

②加減平衡力系原理

在已知作用在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的任意力系之中，加上或者去除任意的一個(gè)平衡力系，均不會(huì)改變其原力系對(duì)該空間結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的作用。換而言之，其作用效果相同或者相接近，不同平衡力系可以實(shí)現(xiàn)等效替換[1]。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間發(fā)展前景

3.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間結(jié)構(gòu)將會(huì)得到不斷創(chuàng)新

大跨度大空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中融入預(yù)應(yīng)力技術(shù)已經(jīng)成為強(qiáng)化建筑自身剛性以及抗震性等多方面使用需求的重要途徑。我國(guó)科研人員在經(jīng)過(guò)不斷摸索之后已經(jīng)研制開(kāi)發(fā)出了一種全新的預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)，能夠促使傳力更加明確。而且隨著索托結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的陸續(xù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用，不僅改變了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使得內(nèi)力峰值得到了大幅度降低，結(jié)構(gòu)剛度以及相應(yīng)的穩(wěn)定性隨之增強(qiáng)。由此可見(jiàn)，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間結(jié)構(gòu)將會(huì)得到不斷創(chuàng)新。

3.2膜結(jié)構(gòu)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間應(yīng)用與發(fā)展提供更廣闊空間

膜結(jié)構(gòu)是目前我國(guó)科研人員正在權(quán)利攻關(guān)的一種空間結(jié)構(gòu)，就當(dāng)前實(shí)際研究成果而言，采用頻率較大的則是張力膜結(jié)構(gòu)。而此種結(jié)構(gòu)則是由玻璃纖維織物或者是聚酯纖維織物為結(jié)構(gòu)的構(gòu)建基礎(chǔ)層，之后采用較強(qiáng)抗酸抗堿、抗有機(jī)溶劑侵蝕、不溶于所有溶劑的聚四氟乙烯作為空間結(jié)構(gòu)圖層的材料，并且與鋼結(jié)構(gòu)或者鋼混結(jié)構(gòu)相組合而形成全新的空間結(jié)構(gòu)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，膜結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有大跨度大空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本，使得建筑的使用年限得到進(jìn)一步提升，為其應(yīng)用與發(fā)展提供更廣闊空間[2]。

結(jié)論：綜上所述，通過(guò)本文研究?jī)?nèi)容可知，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是二十一世紀(jì)建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，其所具有的明顯優(yōu)勢(shì)正在得到不斷顯現(xiàn)，因而本文最終認(rèn)定，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的應(yīng)用范圍將會(huì)得到進(jìn)一步擴(kuò)大，并且隨著科學(xué)技術(shù)快速進(jìn)步，其具有更加廣闊的發(fā)展空間。

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