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大跨度钢结构建筑施工设计应注意的一系列问题
作者：广州钢构 来源：本站 发表时间：2016/8/18 10:57:40 查看：次
我国大跨度钢结构建筑发展迅速，技术不断成熟，在我们的生活周围可普遍看到一系列大跨度钢结构建筑，一般常出现于公共建筑，譬如;大会堂、影剧院、展览馆、音乐厅、体育馆、加盖体育场、航空港等,也用于工业建筑 ，如飞机制造厂的总装车间、飞机库、 造船厂的船体结构车间等。这些建筑采用大跨结构是由装配机器(如船舶、 飞机)的大尺寸或工艺过程要求决定的。
对于新型大跨结构的特点整体上是空间结构；其跨度大，可覆盖巨大的室内空间；矢高小、曲率平缓，可有效利用空间；厚度薄、自重轻，节省材料；形式多样，可适合于各种形状的平面组合。
然而，对混凝土结构来说，其根本不适合用于大跨结构中，其采用的单向板以及双向板随着跨度的增大，将会使楼板的厚度增加，所配置的钢筋量必然增大，显然这不适合用于大跨度结构中。而对于稍微可应用于跨度较大的井式楼盖，其特点由肋梁楼盖演变过来，两个方向梁的高度相等且一般等间距布置，无主次梁之分，四周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，因此适用于柱网间距或房间平面面积较大时，多用于门厅、会议厅，但是把井式楼盖应用于大跨度空间结构中，必然会使造价较高。
显然，对于大跨度结构来说，采用钢结构明显优于混凝土结构等，而且随着跨度的不断增大，这种优势尤为突出。尤其是对于柔性屋盖体系来说，混凝土和钢-混凝土组合屋盖暂不适用，而钢结构则具有明显优势。
大跨建筑越来越普及，数量及规模增长迅速，但是在施工设计上并不完善，很多大跨度建筑对抗震设计不够重视。一度出现不少造型奇特、结构很不规则、抗震性能差的建筑。为此，小编结合项目设计实例，总结了对于大跨空间钢结构来说，其设计要点如下：
1、在计算分析方面，重视上部、下部结构的协同工作，应计入多向地震作用的效应。在抗震措施上，定义了关键杆件和关键节点，并规定了相应的加强措施。计算时应进行抗震计算的范围、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、关键杆件和节点。考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算。下部结构简化必须依据可靠且符合动力学原理，即应综合考虑刚度和质量等效后的有效性。
2、计算分析时应合理确定计算模型，屋盖与主要支承部位的连接假定应与构造相符。计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用。经过计算实践表明，对于大跨钢结构来说适宜采用的方法为多向地震反应谱法、时程分析法、甚至多向随机振动分析方法。建议用一些更精细的分析方法进行复杂大跨屋盖结构的地震作用计算，应该鼓励这些方法的应用，但实际操作还有些深层次问题值得讨论。对竖向地震作用的简化算法的适用范围进行了进一步限定。
3、 计算分析不单要模拟结构整体成型后的受力情况，还要兼顾其施工过程的特殊受力情况，避免在结构成型前因为局部受力超过设计值而破坏。对于施工过程的计算模拟需要考虑构件吊装、不同施工阶段工况、结构预变形技术、构件的预拼装、卸载等。大跨结构的复杂性和施工方法的多样性，决定其设计的过程中就必须结合考虑施工的问题。这也是设计过程中经常忽视或者考虑不全的地方。
4、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。
5、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-抗震墙结构时的最小缝宽综合确定。规范所规定的最小防震缝宽度可能不足。建议最好按设防烈度下两侧独立结构在交界线上的相对位移最大值来复核。
对于新型大跨结构的特点整体上是空间结构；其跨度大，可覆盖巨大的室内空间；矢高小、曲率平缓，可有效利用空间；厚度薄、自重轻，节省材料；形式多样，可适合于各种形状的平面组合。
然而，对混凝土结构来说，其根本不适合用于大跨结构中，其采用的单向板以及双向板随着跨度的增大，将会使楼板的厚度增加，所配置的钢筋量必然增大，显然这不适合用于大跨度结构中。而对于稍微可应用于跨度较大的井式楼盖，其特点由肋梁楼盖演变过来，两个方向梁的高度相等且一般等间距布置，无主次梁之分，四周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，因此适用于柱网间距或房间平面面积较大时，多用于门厅、会议厅，但是把井式楼盖应用于大跨度空间结构中，必然会使造价较高。
显然，对于大跨度结构来说，采用钢结构明显优于混凝土结构等，而且随着跨度的不断增大，这种优势尤为突出。尤其是对于柔性屋盖体系来说，混凝土和钢-混凝土组合屋盖暂不适用，而钢结构则具有明显优势。
大跨建筑越来越普及，数量及规模增长迅速，但是在施工设计上并不完善，很多大跨度建筑对抗震设计不够重视。一度出现不少造型奇特、结构很不规则、抗震性能差的建筑。为此，小编结合项目设计实例，总结了对于大跨空间钢结构来说，其设计要点如下：
1、在计算分析方面，重视上部、下部结构的协同工作，应计入多向地震作用的效应。在抗震措施上，定义了关键杆件和关键节点，并规定了相应的加强措施。计算时应进行抗震计算的范围、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、关键杆件和节点。考虑上下部结构协同工作的最合理方法是按整体结构模型进行地震作用计算。下部结构简化必须依据可靠且符合动力学原理，即应综合考虑刚度和质量等效后的有效性。
2、计算分析时应合理确定计算模型，屋盖与主要支承部位的连接假定应与构造相符。计算模型应计入屋盖结构与下部结构的协同作用。经过计算实践表明，对于大跨钢结构来说适宜采用的方法为多向地震反应谱法、时程分析法、甚至多向随机振动分析方法。建议用一些更精细的分析方法进行复杂大跨屋盖结构的地震作用计算，应该鼓励这些方法的应用，但实际操作还有些深层次问题值得讨论。对竖向地震作用的简化算法的适用范围进行了进一步限定。
3、 计算分析不单要模拟结构整体成型后的受力情况，还要兼顾其施工过程的特殊受力情况，避免在结构成型前因为局部受力超过设计值而破坏。对于施工过程的计算模拟需要考虑构件吊装、不同施工阶段工况、结构预变形技术、构件的预拼装、卸载等。大跨结构的复杂性和施工方法的多样性，决定其设计的过程中就必须结合考虑施工的问题。这也是设计过程中经常忽视或者考虑不全的地方。
4、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。
5、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-抗震墙结构时的最小缝宽综合确定。规范所规定的最小防震缝宽度可能不足。建议最好按设防烈度下两侧独立结构在交界线上的相对位移最大值来复核。
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