大跨度鋼結(jié)構(gòu)

1、浙江工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院課程學(xué)習(xí)報(bào)告課程名稱(chēng)：公共建筑結(jié)構(gòu)報(bào)告（論文）題目：大跨度鋼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)學(xué)生姓名： 葉哲謙 學(xué)號(hào):201504160228專(zhuān) 業(yè)：建筑工程1501任課教師：趙必大2018年7月8日引言：通過(guò)這學(xué)期的課程，我們學(xué)到了許多大跨度鋼結(jié)構(gòu)的建筑， 比如即將 在杭州舉辦的亞運(yùn)會(huì)主場(chǎng)館“小蓮花”。在趙老師的推薦下，我在平時(shí)的閑暇時(shí) 間也觀看了中國(guó)的“超級(jí)工程”紀(jì)錄片。在其中的一集當(dāng)中，北京大興區(qū)的新國(guó) 際機(jī)場(chǎng)給我留下了很深的印象，它也是大跨度鋼架構(gòu)的代表，而且外形“海星狀” 也讓人非常震撼。那么大跨度鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有哪些呢？就讓我在接下來(lái)的報(bào)告中 進(jìn)行討論。一、大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的特

2、點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)形式更為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)形式多樣化和復(fù)雜化在現(xiàn)階段，大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的一個(gè)特點(diǎn)就是節(jié)點(diǎn)形式變得更加復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)形式不但有鑄鋼節(jié)點(diǎn)，而且有球錢(qián)節(jié)點(diǎn)、鍛鋼節(jié)點(diǎn)等各種形式的節(jié)點(diǎn)。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展初期，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展對(duì)大跨 度空間鋼結(jié)構(gòu)提出了新的要求。大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)變得更加復(fù)雜，新的組合、形 式不斷出現(xiàn)，使得大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展更加活躍。 鳥(niǎo)巢體育館采用的結(jié)構(gòu)是 扭曲空間析架結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，從另一個(gè)側(cè)面反映了大跨度空間鋼結(jié)構(gòu) 的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，它的形式和結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。2大量應(yīng)用現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)預(yù)應(yīng)力技術(shù)有助于提高構(gòu)件的剛度，使其更加持久、耐用，這一技術(shù)在弦支 彎頂結(jié)構(gòu)有所應(yīng)

3、用。以北京工業(yè)大學(xué)體育館為例，它是奧運(yùn)會(huì)的羽毛球館，采用 的就是應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力技術(shù)的弦支彎頂結(jié)構(gòu)。3構(gòu)件加工的難度加大，加工精度的要求提高國(guó)家級(jí)或城市的標(biāo)志性建筑這些重大工程對(duì)精度要求一般較高，它不僅要求精度較高的構(gòu)件，還要求十分嚴(yán)格的焊接技術(shù)，這在某種程度上使得大跨度空間 結(jié)構(gòu)的施工對(duì)質(zhì)量提出了更加嚴(yán)格的控制。4鋼材等級(jí)變高，鋼板厚度加厚，結(jié)構(gòu)跨度變大現(xiàn)代大型建筑規(guī)模和跨度變得越來(lái)越大，從幾十米跨度到上百米甚至幾百米 的跨度，發(fā)展異常迅猛。此外，鋼材的等級(jí)也在不斷增加，鋼板的厚度加厚，據(jù) 相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，某些建筑采用的鋼板厚度超過(guò)了120mm,而且還有不斷增加的趨勢(shì)。5構(gòu)件數(shù)量、截面類(lèi)型多，設(shè)

4、計(jì)難度變大現(xiàn)代房屋的構(gòu)件數(shù)量不斷增加，從幾百個(gè)、上千個(gè)到現(xiàn)在的幾萬(wàn)個(gè)。這些構(gòu) 件的橫截面積并不完全相同，在尺寸和長(zhǎng)度上有所差異，給房屋的施工帶來(lái)不便。6加大現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量和施工技術(shù)難度采用大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量的建筑工程在不斷增加， 這些工程提高了對(duì) 精度的要求，這也使得焊接工作的工作量增加， 施工難度加大，要采用先進(jìn)的管 理、技術(shù)，才能保證施工的質(zhì)量。杭州市奧體中心鳥(niǎo)瞰圖二、建筑結(jié)構(gòu)比較分析對(duì)于新型大跨結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)整體上是空間結(jié)構(gòu)； 其跨度大，可覆蓋巨大的室內(nèi) 空間；矢高小、曲率平緩，可有效利用空間；厚度薄、自重輕，節(jié)省材料；形式 多樣，可適合于各種形狀的平面組合。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，其根本不

5、適合用于大跨結(jié)構(gòu)中，其采用的單向板以及雙 向板隨著跨度的增大，將會(huì)使樓板的厚度增加，所配置的鋼筋量必然增大，顯然 這不適合用于大跨度結(jié)構(gòu)中。而對(duì)于稍微可應(yīng)用于跨度較大的井式樓蓋， 其特點(diǎn) 由肋梁樓蓋演變過(guò)來(lái)，兩個(gè)方向梁的高度相等且一般等間距布置，無(wú)主次梁之分， 四周承重墻支撐或角柱支撐，可以解決一些大跨度空間的設(shè)計(jì)要求， 因此適用于 柱網(wǎng)間距或房間平面面積較大時(shí)， 多用于門(mén)廳、會(huì)議廳，但是把井式樓蓋應(yīng)用于 大跨度空間結(jié)構(gòu)中，必然會(huì)使造價(jià)較高。顯然，對(duì)于大跨度結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，采用鋼結(jié) 構(gòu)明顯優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)等，而且隨著跨度的不斷增大，這種優(yōu)勢(shì)尤為突出。尤其 是對(duì)于柔性屋蓋體系來(lái)說(shuō)，混凝土和鋼 -混凝土組

6、合屋蓋暫不適用，而鋼結(jié)構(gòu)則 具有明顯優(yōu)勢(shì)。1計(jì)算模型的選取由于鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型具有較高的精確度，所以在設(shè)計(jì)中不能對(duì)計(jì)算模型隨意地進(jìn)行簡(jiǎn)化，要盡量建立與實(shí)際情況相符合的整體的分析模型。 在設(shè)計(jì)中還要 充分發(fā)揮次構(gòu)件的作用，秉承安全性、經(jīng)濟(jì)性的設(shè)計(jì)宗旨，有效節(jié)約建筑材料, 降低工程造價(jià)。另外，要想獲得最佳設(shè)計(jì)結(jié)果，還就要樹(shù)立優(yōu)化設(shè)計(jì)的意識(shí)。2節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)由于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的構(gòu)造和連接復(fù)雜多變，所以設(shè)計(jì)人員要節(jié)點(diǎn)構(gòu)造問(wèn)題 引起充分的重視。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式必須要根據(jù)構(gòu)件截面形式、 構(gòu)件連接方法、建筑 要求以及受力情況來(lái)確定，在滿足相關(guān)條件后，還必須要進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算3驗(yàn)算疲勞強(qiáng)度在設(shè)計(jì)需要長(zhǎng)期地、頻繁地承受反

7、復(fù)荷載作用的結(jié)構(gòu)（如吊車(chē)梁）時(shí)，設(shè)計(jì) 者必須要對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞問(wèn)題加以考慮， 在連續(xù)的反復(fù)荷載作用下，會(huì)使得鋼材的微 觀裂紋不斷擴(kuò)大直到最終斷裂，造成鋼材的疲勞斷裂。為了防止疲勞斷裂的發(fā)生， 就需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中驗(yàn)算可能發(fā)生疲勞斷裂的連接處及構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。4穩(wěn)定設(shè)計(jì)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所不同的是，在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的全過(guò)程中都必須注重穩(wěn)定設(shè) 計(jì)。穩(wěn)定設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容主要有：整體結(jié)構(gòu)、構(gòu)件整體、構(gòu)件局部的穩(wěn)定設(shè)計(jì)。5剛度控制多數(shù)鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件截面是由整體剛度條件所決定的，而非穩(wěn)定條件和強(qiáng)度條 件所決定的，在薄壁構(gòu)件組成的大跨度鋼結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)尤為突出。 因此，在結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)者必須要重視結(jié)構(gòu)整體分析，嚴(yán)格控制結(jié)

8、構(gòu)的整體剛度，以求獲 得最佳設(shè)計(jì)效果。6結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)的布置過(guò)程中，必須確保屋蓋結(jié)構(gòu)分布的均衡和其下部支承結(jié)構(gòu)剛度和 質(zhì)量的均衡分布，從而保證結(jié)構(gòu)傳力的明確性及其整體性。 地震作用力要由屋蓋 通過(guò)支座向下進(jìn)行傳遞，屋蓋、支承和下部結(jié)構(gòu)要均勻?qū)ΨQ(chēng)地布置， 使用空間傳 力體系，避免形成突變或局部削弱的薄弱部位， 從而保證屋蓋的整體性，對(duì)屋面 系統(tǒng)自重進(jìn)行嚴(yán)格控制，宜使用輕型的屋面系統(tǒng)。7設(shè)置防震縫為了增強(qiáng)建筑抗震效果，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)中設(shè)置防震縫是非常必要而有效 的。規(guī)范依據(jù)框架-抗震墻結(jié)構(gòu)和下部支承結(jié)構(gòu)的最小寬度，綜合確定了防震縫 的寬度不得15mm。而在實(shí)際的建筑中，該規(guī)范中的規(guī)定還可能不足，因此

9、建 議設(shè)計(jì)者按照設(shè)防烈度下，兩側(cè)的獨(dú)立結(jié)構(gòu)在交界線上的相對(duì)位移的最大值來(lái)進(jìn) 行確定。規(guī)則的結(jié)構(gòu)，其防震縫寬度可近似估計(jì)為，多遇地震情況下的最大的相 對(duì)變形值的三倍。北京大興新國(guó)際機(jī)場(chǎng)內(nèi)部設(shè)計(jì)圖四.大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)1精準(zhǔn)的計(jì)算模型，可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于鋼結(jié)構(gòu)所使用的材料是非常均勻的，所以鋼結(jié)構(gòu)是一種較為理想化的統(tǒng) 一的彈性體，與當(dāng)下所使用的計(jì)算方式及理念完全相吻合。除此之外，鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接模型跟現(xiàn)實(shí)狀況較為一致，在進(jìn)行模型計(jì)算的時(shí)候所使用到的公式比較 少，計(jì)算起來(lái)較為簡(jiǎn)單。為此，鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型在現(xiàn)實(shí)的工作當(dāng)中對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有 著精準(zhǔn)性、可靠性的顯著優(yōu)勢(shì)。2整體分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)

10、中，一定要?jiǎng)?chuàng)建與現(xiàn)實(shí)工作情況相吻合的模型， 不可以隨便的改變計(jì)算模型，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)達(dá)到一個(gè)較為理想化的狀況的時(shí)候，需要兼顧到次構(gòu)件”的作用，很好的展現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)安全設(shè)計(jì)的宗旨，最終達(dá)到節(jié)省鋼材、減少 工程造價(jià)的最終效果。3節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中最為顯著的一個(gè)特征是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件相互間連接是比較復(fù)雜 的，這是設(shè)計(jì)工作者在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候需要特別關(guān)注的一個(gè)方面。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)一定要對(duì)于結(jié)構(gòu)受力狀況、建筑有關(guān)準(zhǔn)求、構(gòu)件截面形式及節(jié)點(diǎn)連接方式等因素進(jìn)行 詳細(xì)分析，然后才能夠確定與之對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式， 在滿足結(jié)構(gòu)要求的客觀條 件下才能夠開(kāi)展有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算。4穩(wěn)定設(shè)計(jì)要求高區(qū)別于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)它是一種

11、穩(wěn)定性能較高的設(shè)計(jì)工 作，在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中所需要兼顧到的因素是非常多的，其中包含了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)組成單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。5整體剛度需進(jìn)行嚴(yán)格的掌控以往很多的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明，很多的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面并不是由結(jié)構(gòu)強(qiáng) 度、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能所決定的，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是由建筑結(jié)構(gòu)的剛度狀況所掌控， 特別是對(duì)于一些薄壁構(gòu)件產(chǎn)生的大跨度結(jié)構(gòu)特別最為顯著，這就要求有關(guān)設(shè)計(jì)工 作人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候需要加以考慮的一個(gè)方面，以便于能夠達(dá)到較好的設(shè)計(jì) 效果。6設(shè)計(jì)施工圖在工程的開(kāi)展前，必須設(shè)計(jì)出盡可能完善的施工圖。因?yàn)榱己玫拇罂缍冉ㄖ?鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取決于優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖紙所展現(xiàn)的，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙所展現(xiàn) 出的內(nèi)容非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)工作者需具備很強(qiáng)的圖紙表達(dá)能力，同時(shí)要對(duì)圖紙中所 表達(dá)的內(nèi)容有一個(gè)全方位的理解。五、結(jié)論社會(huì)的發(fā)展促進(jìn)了建筑行業(yè)的進(jìn)步，隨之而來(lái)的是大跨度結(jié)構(gòu)的應(yīng)用和設(shè)計(jì) 逐漸被推