大跨度结构范文

大跨度结构范文（精选12篇）

大跨度结构 第1篇

工程概况:信大广场四段3#楼位于黑龙江牡丹江市牡丹街以南, 西长安街以北, 太平路与西一条路之间。地下一层, 地上十三层, 其中1~4层为商场, 5~13层为商品住宅, 建筑面积约16313m2, 建筑面积高度45.9m2, 抗震设计烈度为六度, 使用年限为100年。该模板设计为地下室至四层顶商场天井, 高24m, 主梁跨度13.8m。采用满堂红钢管脚手架的模板设计。

本工程 (8) ~ (10) 轴、B~D轴之间地下室至四层顶主梁、次梁的模板设计具有离地面高度高, 支模难度大的特点, 为了保证施工质量和施工安全, 因此该处梁板施工采取两步方案:首先以地下室底板基点搭设施工平台, 使平台上表面与四层地面同标高, 且平台由钢管骨架与木跳板组成。第二部是以施工平台为基点, 支木模支撑、梁底楞木、侧模板等。

1 此处主梁长13.8m, 梁高1.3m, 梁宽0.5m, 梁底距平台上表面3.8m, 侧梁支撑及梁底楞木间距0.5m, 侧模板立档间距500mm, 木材采用白松f`c=10N/mm2, fv=1.4N/mm2, fm=13N/mm2, E=9.510mm2, 砼的重量密度γc=25KN/m3, 经计算确定梁模板底板、侧模板和顶撑的尺寸如下:

底板截面为50030mm

侧模板截面为20030mm

顶撑截面9090mm间距0.5m在中间纵横各设一道水平拉条。

2 此处次梁 (主要) 长20.5m, 梁高0.8m梁宽0.5m梁底距平台表面4.3m, 则梁支撑及梁底楞间距0.5m, 侧模板立档间距500mm木材采用白松fc=10N/mm2, fv=1.4N/mm2, fm=13N/mm2, E=9.5103N/mm2, 砼重量密度γc=25KN/m3, 经计算确定梁模板底板、侧模板和顶撑的尺寸如下:

底板截面为50025mm,

侧模板截面为20025mm

顶撑截面为9090mm, 间距0.5m。

3 钢管架平台

钢管小楞 (主梁下) :钢管小楞选用Φ483.5350mm钢管。

钢管小楞[次 (主要) 梁下]:选用Φ483.5420mm钢管。

钢管大楞 (主梁下) 钢管大楞选用Φ483.5900mm钢管。

钢管大楞 (次主梁下) 钢管大楞选用Φ483.51000mm钢管。

钢管立柱:钢管立柱亦选用Φ483.5mm, 净截面积A=489mm2, 钢管使用长度l=17.2m, 中间设10道水平横杆, l0=l/11=1564mm。

查表得ф=0.664, 由公式容许荷载为:

钢管承受的荷载 (主梁下) :N主=0.50.922.25=10.01KN<67.7KN故满足要求。

钢管承受的荷载 (次梁下) :N次主=0.51.014.3=7.15KN<67.7KN故满足要求。

主梁下:因此平台小楞@350mm, 平台大楞@900mm;

次梁下:因此平台小楞@420mm, 平台大楞@1000mm。

钢管立柱@1500mm (纵向) , @1500mm (横向设置水平横杆) 。

经过理论计算及实际验证, 该模板设计完全满足安全、可靠、经济的要求, 使砼无质量通病及底面下沉现象, 是建筑施工模板设计的好方法。

摘要：通过信大广场四段3#楼这一工程实例, 介绍大跨度、大高层钢筋混凝土结构模板设计的计算方法。

大跨度桥梁结构优化设计综述 第2篇

大跨度桥梁结构优化设计综述

从局部和整体两方面阐述了大跨度桥梁结构优化设计的研究现状,就基于可靠度的大跨度桥梁结构优化设计和桥梁结构拓扑优化作了论述,最后对未来的.优化设计研究方向进行了展望,从而促进大跨度桥梁结构的进一步发展.

作 者：詹森 杨彦军 ZHAN Sen YANG Yan-jun  作者单位：詹森,ZHAN Sen(中国中铁一局,陕西,西安,710054)

杨彦军,YANG Yan-jun(广东十六冶建设有限公司,广东,广州,510515)

刊 名：山西建筑 英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE 年，卷(期)： 35(7) 分类号：U441 关键词：大跨度桥梁结构   优化设计   可靠度   拓扑优化  

大跨度房屋钢结构设计浅析 第3篇

关键词：大跨度；房屋；钢结构；设计

中图分类号： TU 392. 5 文献标识码：A文章编号：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

与其他材料的结构相比，钢结构具有材料强度高、结构重量轻;结构的塑性韧性较好;钢结构的制造简单施工周期短等优点。我们在进行钢结构设计时，应当从工程实际出发，合理选用钢材，选择高强度、具有较好经济指标的钢材;在结构方案选择上，应尽可能采用标准化、模数化的结构布置;在连接设计中，应选用构造简单、传力直接的节点形式，并应满足构造要求;另外，在钢结构设计中，还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求，并应针对钢结构的实际，满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。

1 大跨度房屋主要的钢结构划分

大跨度房屋钢结构按刚性差异以及它们的组合不同，分成三类:刚性结构(网架、网壳、空间精架)、柔性结构(索结构、膜结构、索一膜结构、张拉集成结构)和杂交结构。杂交结构既可通过刚性结构和柔性结构的有机组合获得，也可通过变更传统结构的特性得到，如拉索一网架结构、拉索一网壳、拱一索、索一桁架等。

在此我们主要讨论刚性大跨度房屋和柔性大跨度房屋：

1.1刚性大跨度房屋

刚性大跨度房屋钢结构主要是指由钢杆件或钢梁、钢柑架组成的结构，且其刚度由结构的组成和构件自身的刚度形成。当结构由规则的空间单元组成时，称为空间网格结构，否则称为空间结构。

空间网格结构主要有网架结构、网壳结构、组合网架(壳)结构及预应力网架(壳〕结构等形式，一般由钢杆件组成。具有受力合理、计算简便、结构整体性强、刚度大、抗震性能优、用料省、制作安装方便、造价经济、造型丰富、适应性强等优点。

空间结构一般由钢梁或钢析架组成，在跨度较大时还辅以预拉力索以增加结构刚度、减少用钢量。空间结构除了有与空间网格结构相同的优点外，还具有结构体系简洁、更易体现建筑造型等优点。但与空间网格结构相比，构件和节点类型一般较多，制作较为不便。

1.2柔性大跨度房屋钢结构

柔性大跨度结构的受力体系可分为竖直平面、水平层面及空间三大类。其中，张力弦屋架、预张力索衍架体系属于竖直平面受力体系;单层预张力索网体系和张力膜结构体系属于水平层面受力体系;空间预张力索网格体系、索弯顶和张拉集成体系属于空间受力体系。

2 大跨度房屋钢结构的设计要点

大跨度房屋主要按照荷载类型进行设计，其荷载主要分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。对于永久荷载，应采用标准值作为代表值。对于可变荷载，应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对于偶然荷载，应按照建筑结构使用的特点确定其代表值。

2.1永久荷载

对大跨度房屋结构，永久荷载主要包括屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。

屋盖结构的自重计算可采用经验公式或由计算机自动完成，在有擦体系中，还应计入擦条的自重。屋面覆盖材料自重主要是指屋面板、屋面保温层、找坡层及防水层等的自重。若有吊顶等装修构造或设备管道，按实际情况采用。

2.2可变荷载

作用在大跨度房屋钢结构上的可变荷载有以下几种。

（1）屋面活荷载。屋面均布活荷载一般按屋面的水平投影面计算。对于大跨度房屋钢结构，不上人屋面，屋面均布活荷载标准值采用0. 5 KN/m2，但当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用，或在施工中采取特殊措施;上人屋面，屋面均布活荷载标准值采用2. 0 kN/ m2。

（2）雪荷载。屋面雪荷载的大小主要与屋面的几何形状、朝向和风向等有关。大多数情况下，屋面雪荷载小于荃本雪压。这是因为雪可从坡度较大的曲面屋顶滑落，风可将松散的雪从平屋顶刮下，有时雪还可能被屋顶外皮的散热所融化。然而，有时也会产生积雪，如双坡屋面的背风一侧、双跨或多跨曲面屋顶的交接处等。此时必须考虑采用较大的雪荷载。

（3）风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍，就会在建筑物表面的法向形成压力或吸力，这些压力或吸力称为建筑物所受的风荷载。风荷载具有静力和动力作用的双重特点，其静力部分称为平均风或稳定风，动力部分称为脉动风。平均风对结构的作用可用静力学的方法求得;脉动风对结构的作用应采用动力学的随机振动理论求得。

（4）温度作用。大跨度房屋钢结构在因温度变化而出现温差时，由于杆件不能自由变形，会在杆件中产生应力，即温度应力。温差的大小与结构合拢时的温度与当地年最高或最低气温相关，在设计中应考虑。关于温度应力的计算原则按空问结构的相关规程执行。

（5）支座位移。大跨度房屋钢结构由于位移的不均匀沉降而引起结构杆件内附加应力。

2.3 偶然荷载

在大跨度房屋钢结构分析中，偶然荷载主要是指地震作用。

地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种惯性作用，属于动力作用。它的大小既与结构的固有振动特性有关，又与地面运动的特性有关。

地震作用与风荷载的区别在于:①地震作用完全属于动力作用，而风荷载具有静力和动力作用的双重特点。②地震作用与建筑物的重量直接相关，重量越大，地震作用也越大;而风荷载主要与体型(或流形)和开洞情况关系较大。③建筑物的自振周期越长，对承受地震作用越有利，而对承受风荷载却是很不利的。

地震作用包括水平地震作用和竖向地震作用两类。一般情况下，应在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用，对于8度和9度区，还应计算大跨度房屋钢结构的竖向地震的作用。

大跨度房屋钢结构的地震作用一般可采用振型分解反应谱法计算;对于某些规则的网架和网壳结构还可采用简化计算方法;对特别重要或体型特别复杂的空间结构，应采用时程分析法进行补充计算。

结语

大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。当今社会经济飞速发展，人民生活水平日益提高，世界各国纷纷筹划建造更大、更高、更长的各种超大型复杂结构物。来满足人们对生活空间的追求。我们从业者在进行钢结构建筑的设计时，首先应根据建筑结构的使用年限，建筑结构的安全等级以及需要抗震建筑结构的抗震设防类别确定其基本要求。重点要依据可靠度的要求进行设计，在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的概率设计。

参考文献

【1】崔佳.《建筑钢结构设计》.2010

【2】沈祖炎 陈以一 陈扬骥.《房屋钢结构设计》.2008

【3】李天.《建筑钢结构设计》.2010.

【4】张耀春.《钢结构设计》.2007

大跨度桥梁结构空间受力特性研究 第4篇

关键词：大跨度桥梁,受力特性,施工控制,应力结构

0 引言

斜拉桥以其造型美观、跨越能力强、跨径布置灵活、施工干扰少、力学性能好、材料费用较低、刚度较好、抗风能力强等优点,在大跨度桥梁建设中被广泛应用,成为一种最为常用的结构。近年来,随着新材料的开发,电子计算机软硬件的发展,施工技术的进步,斜拉桥不断向大跨径、更轻巧方向发展。被称为世界第一高桥的法国塔恩河河谷Millau高架桥,其大桥斜拉索高处高出地面1 125 ft,2008年兴建的双向三线高架斜拉桥中国香港昂船洲大桥,主跨1 018 m,同年兴建的双塔斜拉桥苏通长江大桥,主跨1 088 m。

1 大跨度斜拉桥梁结构特点

斜拉桥是一种将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的桥梁,其结构体系由承压的索塔、受拉力的斜拉索、承弯的主梁组成,可以看作是用拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。作为一种拉索体系,斜拉桥比梁式桥具有更大的跨越能力,是大跨度桥梁最主要的桥型。目前所采用的索塔形式有A形、倒Y形、H形、独柱几种,主梁一般采用混凝土结构、钢混结构或钢结构,索塔大多采用混凝土结构,斜拉索采用高强材料,如高强钢丝或钢绞线制成。斜拉桥的主要荷载并非桥梁上面的汽车和火车,而是其自重,主要是主梁。其荷载传递途径主要是利用锚固在主梁和索塔上的斜拉索,将主梁的恒载和车辆荷载传递至索塔,再通过索塔传递至地基。这种斜向产生的巨大的水平分力依靠塔的自锚固体系得以平衡,使斜拉索承受巨大的拉力,塔梁承受巨大的压力,充分发挥钢材受拉和混凝土受压的特性,大幅度增加桥梁的跨越能力,降低了主梁的弯矩值。

2 大跨度斜拉桥梁结构空间受力特性

斜拉桥是塔、梁、拉索三种基本构件组成的桥梁结构体系,通常表现为柔性受力特性,同连续梁和桁架梁结构相比,受几何非线性影响比较突出,特别是对大跨度斜拉桥来说,由于斜拉索较长,会因自重产生较大的垂度,其伸长量与索内拉力并不成正比关系。当荷载作用于斜拉桥结构某节点时,节点将发生位移,而荷载也会发生移动,这种位移使荷载对节点相连接的杆件作用方向发生改变的同时,还改变了荷载对结构上其他节点产生的弯矩。总的说来,这种几何非线性静力特性来源于三个方面:斜拉索垂度效应、轴力与弯矩耦合产生的梁—柱效应、大变形产生结构几何形状变化引起的非线性效应。

2.1 斜拉索垂度效应

斜拉索是一种柔性构件,受其自重和轴力的影响,呈现出悬链线线形特征。斜拉索的轴向刚度受垂度的影响而发生改变,而其垂度则取决于斜拉索张力。因此,斜拉索张力和斜拉索变形之间,存在着明显的几何非线性特征。在荷载作用下,斜拉索在受力后产生的应变可以认为是线弹性的,受斜拉索材料弹性的控制;斜拉索中各股钢丝在斜拉索荷载作用下会产生相对运动,使斜拉索各股钢丝重新排列而变得更为紧密;此外,斜拉索中除了产生应变外,索垂度还会发生变化,垂度发生的变化同材料应力无关,而是纯粹的几何变化所导致的,受到索内张力、索长和索自重分布的影响。斜拉索所产生的这种几何非线性变化因斜拉索自重和水平投影长度的增加而增加,随斜拉索预应力的增大而减小。这种斜拉索所产生的非线性效应,在大跨度斜拉桥梁的全桥非线性效应中占有极大的比重。其应力水平越低,斜拉索弹性模量损失就越多,所以应当尽可能的保证斜拉索在恒、活载作用下处于较高的应力水平,从而在充分应用材料的基础上,减小斜拉索垂度效应。

2.2 梁—柱效应

胡克定律是力学基本定律之一,适用于一切固体材料的弹性定律,即在弹性限度内,物体的形变与引起形变的外力成正比。但是,即便在构件满足胡克定律的情况下,斜拉桥各构件也会呈现出几何非线性受力特性,这主要是因为斜拉索拉力使主梁和桥塔等构件处于弯矩和轴力的耦合作用下的原因。在轴向力的作用下,主梁和桥塔等构件的横向挠度会引起附加弯矩,并对轴向刚度的大小造成影响,从而使叠加原理不再适用。但是,如果梁、柱等构件在承受着一系列横向荷载和位移作用时,在轴向力保持不变的情况下,所承受的横向荷载和位移作用则是可以叠加的。因此,可以将轴向力看作是影响主梁和桥塔等构件横向刚度的一个参数。

对梁—柱效应几何非线性受力特性进行分析的经典方法是基于有限元离散化观点的稳定函数法,目前这种方法在斜拉桥的结构分析中得到了广泛的应用。

2.3 大变形效应

当斜拉桥在承受荷载时,其上部结构,包括斜拉索、主梁、桥塔等上部结构的几何位置都会发生显著的变化。这种变化从空间有限元模型分析法的角度来看,各节点坐标在荷载作用下,随荷载增量影响变化较大,同时,其各单元的长度、倾角等几何特性也会相应的发生较大的改变,整个结构的刚度矩阵成为几何变形的函数,荷载和位移不再保持线性特征,内力和外荷载之间也不再是正比关系,整个结构呈现出几何非线性特征。受结构大变形效应的影响,产生了与荷载量并不成正比的附加应力。不过,如果将荷载增量加载细分到足够程度,使荷载迭代次数足够多,结构大变形所引起的几何非线性特征,可以用分段线性特征来代替考虑。

3 结语

通过对大跨度桥梁结构空间受力几何非线性特征的分析,包括斜拉索垂度效应、轴力与弯矩耦合产生的梁—柱效应、大变形产生结构几何形状变化引起的非线性效应,可以看出:

1)大跨度斜拉桥梁几何非线性受力特征对桥梁的竖、横向刚度,尤其是横向刚度影响不大;2)大跨度斜拉桥梁的大变形效应主要对主梁和索塔竖杆轴力、竖向弯矩有一定影响,而对桥梁大部分杆件的恒载内力影响较小;3)由于轴力与弯矩耦合会产生梁—柱效应和大变形效应,所以可以提高桥面板抗性,如钢正交异性板等,从而提高桥梁的横向刚度,分担主梁弯矩效应,降低主梁纵向弯矩,降低主梁纵、横梁所受的内力,并改善索塔的受力状况,降低其纵向弯矩以及由主塔荷载所引起的横向弯矩和轴力,但是这种方法对于主梁所受的剪力分担作用并不会很明显。

总之,目前大跨度桥梁在我国经济建设和人民生活中占据了越来越重要的地位,加强大跨度桥梁结构空间受力特性的研究,对于提高大跨度桥梁的安全性和稳定性有着重要意义。

参考文献

[1]吴冲.现代钢桥[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2]李传习,夏桂云.大跨径桥梁结构计算理论[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3]李国平.预应力混凝土结构设计原理[M].北京:人民交通出版社,2000.

大跨度结构 第5篇

简述大跨度空间结构的主要形式及特点

大跨度空间结构往往是衡量一个国家或地区建筑技术水平的重要标志。其结构形式主要包括网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构等五大空间结构及各类组合空间结构。形态各异的空间结构在体育场馆、会展中心、影剧院、大型商场、工厂车间等建筑中得到了广泛的应用。

1网架结构

由多根杆件按照某种规律的几何图形通过节点连接起来的空间结构称之为网格结构，其中双层或多层平板形网格结构称为网架结构或网架。它通常是采用钢管或型钢材料制作而成。

1.1网架结构的形式

（1）平面桁架系组成的网架结构。主要有：两向正交正放网架、两向斜交斜放网架、两向正交斜放网架、三向网架等型式。

（2）四角锥体组成的网架结构。主要有：正放四角锥网架、斜放四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、星型四角锥网架、单向折线型网架等型式。

（3）三角锥组成的网架结构。主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架（分Ⅰ型和Ⅱ型）、蜂窝形三角锥网架等型式。

（4）六角锥体组成的网架结构。主要形式有：正六角锥网架。

1.2网架结构的主要特点

空间工作，传力途径简捷；重量轻、刚度大、抗震性能好；施工安装简便；网架杆件和节点便于定型化、商品化、可在工厂中成批生产，有利于提高生产效率；网架的平面布置灵活，屋盖平整，有利于吊顶、安装管道和设备；网架的建筑造型轻巧、美观、大方，便于建筑处理和装饰。

2网壳结构

曲面形网格结构称为网壳结构，有单层网壳和双层网壳之分。网壳的用材主要有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。

2.1网壳结构的形式

主要有球面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。

2.2网壳结构主要特点

兼有杆系结构和薄壳结构的主要特性，杆件比较单一，受力比较合理；结构的刚度大、跨越能力大；可以用小型构件组装成大型空间，小型构件和连接节点可以在工厂预制;安装简便，不需大型机具设备，综合经济指标较好；造型丰富多彩，不论是建筑平面还是空间曲面外形，都可根据创作要求任意选取。

3膜结构

薄膜结构也称为织物结构，是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构形式。它以性能优良的柔软织物为材料，由膜内空气压力支承膜面，或利用柔性钢索或刚性支承结构使膜产生一定的预张力，从而形成具有一定刚度、能够覆盖大空间的结构体系。

3.1膜结构的主要形式

主要有空气支承膜结构；张拉式膜结构；骨架支承膜结构等形式。

3.2膜结构主要特点

自重轻、跨度大；建筑造型自由丰富；施工方便；具有良好的经济性和较高的安全性；透光性和自结性好；耐久性较差。

4悬索结构

悬索结构是以能受拉的索作为基本承重构件，并将索按照一定规律布置所构成的一类结构体系，悬索屋盖结构通常由悬索系统，屋面系统和支撑系统三部分构成。用于悬索结构的钢索大多采用由高强钢丝组成的平行钢丝束，钢绞线或钢缆绳等，也可采用圆钢、型钢、带钢或钢板等材料。

4.1悬索结构形式

悬索结构按索的布置方向和层数分为：单向单层悬索结构；辐射式单层悬索结构；双向单层悬索结构；单向双层预应力悬索结构；辐射式预应力悬索结构；双向双层预应力悬索结构；预应力索网结构等。

4.2悬索结构的特点

悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向拉伸来抵抗外荷载的作用，结构中不出现弯距和剪力效应，可充分利用钢材的强度；悬索结构形式多样，布置灵活，并能适应多种建筑平面；由于钢索的自重很小，屋盖结构较轻，安装不需要大型起重设备，但悬索结构的分析设计理论与常规结构相比，比较复杂，限制了它的广泛应用。

5薄壳结构

建筑工程中的壳体结构多属薄壳结构（学术上把满足t/R≤1/20的壳体定义为薄壳）。

5.1薄壳结构的形式

薄壳结构按曲面形成可分为旋转壳与移动壳；按建造材料分为钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。

5.2薄壳结构的特点

壳体结构具有十分良好的承载性能，能以很小的厚度承受相当大的荷载。壳体结构的强度和刚度主要是利用了其几何形状的合理性，以材料直接受压来代替弯曲内力，从而充分发挥材料的潜力。因此壳体结构是一种强度高、刚度大、材料省的即经济又合理的结构形式。除以上几种空间结构外，尚有组合网架结构、预应力网格结构、管桁结构、张弦梁结构、点连接玻璃幕墙支承结构、索穹顶结构等几种常用空间结构，都有自身的特点和实用范围。比如点连接式玻璃幕墙支承结构能利用玻璃的透明特性追求建筑物内外空间的沟通和融合，人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃面板的整个结构系统，使这种结构系统不仅起到支承作用，而且具有很强的结构表现功能；索穹顶结构则完全体现了fuller关于“压杆的孤岛存在于拉杆的海洋中”的思想，是由连续的拉索和不连续的压杆组成的一各受力合理、结构效率极高的结构体系。

6结束语

针对大跨度公建结构设计进行分析 第6篇

【关键词】大跨度；公共建筑；钢结构；设计

与其他材料的结构相比，钢结构具有材料强度高、结构重量轻；结构的塑性韧性较好；钢结构的制造简单施工周期短等优点。我们在进行钢结构设计时，应当从工程实际出发，合理选用钢材，选择高强度、具有较好经济指标的钢材；在结构方案选择上，应尽可能采用标准化、模数化的结构布置；在连接设计中，应选用构造简单、传力直接的节点形式，并应满足构造要求；另外，在钢结构设计中，还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求，并應针对钢结构的实际，满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。

1 大跨度房屋主要的钢结构划分

大跨度房屋钢结构按刚性差异以及它们的组合不同，分成三类：刚性结构（网架、网壳、空间精架）、柔性结构（索结构、膜结构、索一膜结构、张拉集成结构）和杂交结构。杂交结构既可通过刚性结构和柔性结构的有机组合获得，也可通过变更传统结构的特性得到，如拉索一网架结构、拉索一网壳、拱一索、索一桁架等。在此我们主要讨论刚性大跨度房屋和柔性大跨度房屋。

1.1 刚性大跨度房屋

刚性大跨度房屋钢结构主要是指由钢杆件或钢梁、钢柑架组成的结构，且其刚度由结构的组成和构件自身的刚度形成。当结构由规则的空间单元组成时，称为空间网格结构，否则称为空间结构。空间网格结构主要有网架结构、网壳结构、组合网架（壳）结构及预应力网架（壳）结构等形式，一般由钢杆件组成。具有受力合理、计算简便、结构整体性强、刚度大、抗震性能优、用料省、制作安装方便、造价经济、造型丰富、适应性强等优点。空间结构一般由钢梁或钢析架组成，在跨度较大时还辅以预拉力索以增加结构刚度、减少用钢量。空间结构除了有与空间网格结构相同的优点外，还具有结构体系简洁、更易体现建筑造型等优点。但与空间网格结构相比，构件和节点类型一般较多，制作较为不便。

1.2 柔性大跨度房屋钢结构

柔性大跨度结构的受力体系可分为竖直平面、水平层面及空间三大类。其中，张力弦屋架、预张力索衍架体系属于竖直平面受力体系；单层预张力索网体系和张力膜结构体系属于水平层面受力体系；空间预张力索网格体系、索弯顶和张拉集成体系属于空间受力体系。

2 大跨度房屋钢结构的设计要点

大跨度房屋主要按照荷载类型进行设计，其荷载主要分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。对于永久荷载，应采用标准值作为代表值。对于可变荷载，应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值。对于偶然荷载，应按照建筑结构使用的特点确定其代表值。

2.1 永久荷载

对大跨度房屋结构，永久荷载主要包括屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。屋盖结构的自重计算可采用经验公式或由计算机自动完成，在有擦体系中，还应计入擦条的自重。屋面覆盖材料自重主要是指屋面板、屋面保温层、找坡层及防水层等的自重。若有吊顶等装修构造或设备管道，按实际情况采用。

2.2 可变荷载

作用在大跨度房屋钢结构上的可变荷载有以下几种。

（1）屋面活荷载。屋面均布活荷载一般按屋面的水平投影面计算。对于大跨度房屋钢结构，不上人屋面，屋面均布活荷载标准值采用0.5kN/m2，但当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用，或在施工中采取特殊措施；上人屋面，屋面均布活荷载标准值采用2.0kN/m2。

（2）雪荷载。屋面雪荷载的大小主要与屋面的几何形状、朝向和风向等有关。大多数情况下，屋面雪荷载小于荃本雪压。这是因为雪可从坡度较大的曲面屋顶滑落，风可将松散的雪从平屋顶刮下，有时雪还可能被屋顶外皮的散热所融化。然而，有时也会产生积雪，如双坡屋面的背风一侧、双跨或多跨曲面屋顶的交接处等。此时必须考虑采用较大的雪荷载。

（3）风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍，就会在建筑物表面的法向形成压力或吸力，这些压力或吸力称为建筑物所受的风荷载。风荷载具有静力和动力作用的双重特点，其静力部分称为平均风或稳定风，动力部分称为脉动风。平均风对结构的作用可用静力学的方法求得；脉动风对结构的作用应采用动力学的随机振动理论求得。

（4）温度作用。大跨度房屋钢结构在因温度变化而出现温差时，由于杆件不能自由变形，会在杆件中产生应力，即温度应力。温差的大小与结构合拢时的温度与当地年最高或最低气温相关，在设计中应考虑。关于温度应力的计算原则按空问结构的相关规程执行。

（5）支座位移。大跨度房屋钢结构由于位移的不均匀沉降而引起结构杆件内附加应力。

2.3 偶然荷载

在大跨度房屋钢结构分析中，偶然荷载主要是指地震作用。

地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种惯性作用，属于动力作用。它的大小既与结构的固有振动特性有关，又与地面运动的特性有关。

地震作用与风荷载的区别在于：①地震作用完全属于动力作用，而风荷载具有静力和动力作用的双重特点。②地震作用与建筑物的重量直接相关，重量越大，地震作用也越大；而风荷载主要与体型（或流形）和开洞情况关系较大。③建筑物的自振周期越长，对承受地震作用越有利，而对承受风荷载却是很不利的。

地震作用包括水平地震作用和竖向地震作用两类。一般情况下，应在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用，对于8度和9度区，还应计算大跨度房屋钢结构的竖向地震的作用。

大跨度房屋钢结构的地震作用一般可采用振型分解反应谱法计算；对于某些规则的网架和网壳结构还可采用简化计算方法；对特别重要或体型特别复杂的空间结构，应采用时程分析法进行补充计算。

3 结语

大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。当今社会经济飞速发展，人民生活水平日益提高，世界各国纷纷筹划建造更大、更高、更长的各种超大型复杂结构物。来满足人们对生活空间的追求。我们从业者在进行钢结构建筑的设计时，首先应根据建筑结构的使用年限，建筑结构的安全等级以及需要抗震建筑结构的抗震设防类别确定其基本要求。重点要依据可靠度的要求进行设计，在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的概率设计。

参考文献

[1]崔佳.建筑钢结构设计 .2010

[2]沈祖炎陈以一陈扬骥 .房屋钢结构设计.2008

大跨度钢结构施工工艺研究 第7篇

随着我国经济的飞速发展,已有的钢结构建筑已经远不能满足当代厂房、库房、体育馆等的功能需求。因此大跨度钢结构应运而生,大跨度钢结构的产生,不仅解决了普通钢结构不能满足的空间需求,而且解决了钢结构的美观性[1,2,3,4,5,6]。大跨度钢结构根据其刚性的区别及组合形式的不同,可分为刚性结构、柔性结构和刚柔混合型结构。由于刚柔混合型结构应用范围和应用率较低,因此本文仅对刚性结构和柔性结构的施工进行分析。刚性大跨度结构主要由大量钢杆组合而成,如常见的网架结构和桁架结构等。刚性大跨度结构根据单元形式的不同,可分为空间网格结构和空间结构。柔性大跨度结构根据其受力的不同,可分为竖直平面结构、平面结构和空间结构。柔性结构由于具有较好的力学性能,受力均匀,荷载主要集中于竖直、水平和空间构件上,因此在正常使用时较少出现应力集中的现象,如常见的膜结构和悬索结构等。

1 大跨度钢结构施工的特点

1.1 大跨度钢结构的特点

大跨度钢结构的跨度大、所用钢材强度等级高、所用钢板厚度较厚。目前在我国的大跨度钢结构中,短跨方向的跨度为100 m的建筑已经不再罕见,但根据我国超限专家委员会编制的相关规范等,对不同跨度等级的钢结构所采用的钢材等级也不同,如Q390C,Q420C,Q460E等型号钢材,确保钢结构在正常使用过程中的安全可靠性。

1.2 大跨度钢结构节点形式及其复杂性

目前,我国的大跨度钢结构节点形式较多,其节点形式也随着社会发展的需求而逐渐增多,并且大跨度钢结构的结构形式也主要向着组合结构的形式发展,如北京奥运会羽毛球馆顶是采用世界上跨度最大的弦支穹顶钢结构作为屋面,广州国际会展中心则以张弦桁架结构作为屋面,水立方游泳馆则以泡沫理论的多面体钢结构作为屋面,鸟巢则以复杂桁架结构作为屋面。

近些年,仿生态建筑成为当下建筑的发展方向,采用钢结构制作的仿生态建筑所采用的节点形式包括铸钢节点、锻钢节点和球铰节点等多种节点形式,由于这些节点的存在使得建筑形式更加丰富多彩。

1.3 大跨度钢结构设计难度大

大跨度钢结构在设计时,由于钢结构跨度较大,因此其内部所使用的构件数量较多,大多数构件数已经超过十几万个,并且其内部相同构件数较少,因此所包含的构件种类较多,在实际施工时提高了施工难度,因此在施工安装前,施工单位应对钢结构的主要受力构件进行试验并提供检测报告。

2 大跨度钢结构施工过程中的受力原理

大跨度钢结构施工过程中,其受力状态随着施工进度的不同而存在连续性变化。当某一阶段施工完成后则会对另一阶段的受力和位移产生一定影响,因此当施工完一阶段后则应对该阶段的受力及位移挠度等变化进行监测和计算,得到其累计内力和位移效应。在进行计算时,应考虑到外部温度、外界约束条件、后续增加构件数和预增加应力等影响,确保计算的准确性。

2.1 拉格朗日计算方法

在对大跨度钢结构施工中跟踪监测计算时,宜采用拉格朗日计算方法对不断变化的施工过程中的结构进行计算。拉格朗日计算方法一般针对大型构件变形稳定后出现的位移作为构件的运动已知点,因此计算时拉格朗日坐标可作为构件的物质性代表坐标。

2.2 ANSYS有限元模拟分析

在进行施工前,使用ANSYS有限元模拟分析,可基本达到真实有效的构件受力及位移变化。在具体施工时,大型构件的边界条件对构件的应力和位移等变化影响较大,采用拉格朗日计算方法仅能对其运动位移进行计算,而ANSYS有限元模拟分析可对整个构件及其整个结构的内力和位移变化进行分析。ANSYS有限元分析软件根据计算机强大的计算功能,将大型构件划分为无数个微小单元,从而可得到具有针对性的钢结构力学分析方式。

3 大跨度钢结构构件施工过程中的力学分析

在对大跨度钢结构构件进行力学分析时,采用构件简化的方式进行计算,简化后的受力分析如图1所示,图1中实线代表构件设计位置,虚线代表构件安装后的变形情况,点划线为后增加构件。图1a)为新增构件与原构件无连接节点,因此在设计时应以新增构件的节点设计坐标为新节点坐标,新节点O点的坐标可通过原有构件KL和新增构件|KL|的长度进行计算得到;图1b)中|KL|为新增构件,但无新增节点,其构件长度可根据构件变形后J,K的节点变化的距离进行计算得到;图1c)中|IP|为新增多节点构件,其构件长度计算较为复杂,在后续研究中将对其进行分析,本文不再赘述。

采用有限元模拟分析对大跨度钢结构进行分析时,若出现图1a)中所示情况时,可采用设计坐标单元激活的方式直接进行计算,如出现图1b)中所示情况时,可采用新增构件的节点与原构件节点重合的方式进行计算,当新增构件向内合龙时,新增节点坐标的设计位置可采用有限元模拟单元激活的方式计算。

以上分析为新增构件时的计算方法,若进行边界条件变动或构件删减时也可采用ANSYS进行分析,可得到相应的计算方法。对大跨度钢结构施工时采用此方法进行计算后再进行施工,则可降低施工的难度和复杂性,可一定程度的提高其计算效率。

4 大跨度钢结构施工技术的新要求

4.1 精度高、难度大

1)一般所建的大跨度钢结构均为国家重点工程项目,因此要求安全等级和施工质量等级均较高,并且所使用的构件数量较多,构件长度较长,因此在施工时为确保施工安装精度,施工时的注意事项较多,并且钢结构构件采用电焊连接时其焊缝等级大多为一级焊缝,对施工人员的施焊水平要求也较高。

2)在对大跨度钢结构构件进行安装施工时,部分构件可在出厂前进行预安装,以降低现场安装施工误差,并且安装施工时宜吸取西方发达国家的先进技术和理念进行施工,在确保施工质量的前提下,保证工程施工的经济效益。

4.2 预应力技术

在钢结构中使用预应力的方法可将钢结构构件的应力进行重新分布,通过使用预应力对结构构件施加预荷载,在一定程度上提高构件整体强度。但对构件施加预应力后,构件的受力状态发生改变,并且其内部应力峰值也较原构件降低。施加预应力后,构件的内部荷载达到了相互平衡,并且减小了构件的截面尺寸,而直接减少用钢量,在满足受力要求和安全性的前提下,降低其施工成本。对钢结构构件进行预应力施加后,钢结构构件的抗拉、抗压强度均能得到充分发挥应用,有利于钢结构构件满足弹性承载力。如在悬索结构中,对其刚性拱和柔性索均进行预应力操作,可充分利用刚性拱的抗弯压性能和悬索的抗拉性能,而直接提高了结构的安全可靠性。

5 大跨度钢结构吊装施工注意事项

在大跨度钢结构吊装施工前和施工过程中应注意以下事项:1)在对钢构件进行吊装前,应对施工操作人员进行安全技术交底;2)所有吊装的起吊设备均应具备国家年检质量合格证,设备手续齐全,吊装司机应持证上岗;3)吊装过程中,信号员传递信号时应统一、明确、吐字清晰、传递及时;4)吊装机起吊时严禁超载、斜吊和拉吊,起吊过程中严禁吊装机下部有人行走或停留;5)多台吊装机协同起吊时,吊装机的臂杆应保持一定距离,避免吊装过程中互相碰头或重心重合而造成吊装机一方向偏重。起吊时起吊速度一定要慢,由于大跨度构件长度较长、荷载较大,因此为确保吊装机和周边工作人员的安全应减小构件运动的惯性。

6 结语

通过上述对大跨度钢结构的特点及施工特点、施工中的受力原理、力学分析及施工技术的新要求和施工注意事项进行分析,得到大跨度钢结构施工时的难点和施工要点。由于大跨度钢结构施工的方法与普通钢结构施工方法基本相同,因此本文不再对常规的施工方法进行赘述,而直接对大跨度钢结构的施工要点进行分析,为以后大跨度钢结构施工提供一定参考。

参考文献

[1]王飞朋,苗杰.大跨度钢结构建筑施工技术研究[J].江西建材,2015(24):101-102.

[2]陈国庆,于江,刘雨婷,等.有限元法在大跨度钢结构卸载模拟分析中的应用[J].建筑技术开发,2015(12):23-26.

[3]王权.大跨度空间钢结构在房屋施工中的应用[J].江西建材,2015(2):57-58.

[4]张小麒.浅析大跨度钢结构屋顶设计方案[J].中国新技术新产品,2015,4(6):140.

[5]陈亮.大跨度钢结构施工技术及质量控制[J].山西建筑,2015,41(9):213-215.

浅析大跨度建筑钢结构设计 第8篇

1 大跨度建筑钢结构体系概述

在设计大跨度建筑钢结构体系过程中, 应当依据当前不同类型建筑结构, 以及当前行业有关执行规范, 通过选择适当类型混接钢筋混凝土结构。从当前情况而言, 在大跨度建筑中常见钢结构类型主要就是H人字形铜梁刚接, 对于该方式而言, 其最大特点就是在对钢架进行连接过程中, 能够充分发挥门式刚架结构功能, 即能够以建筑结构需要为依据, 从而对设计方案进行不同调整, 只要结构中相关计量能够与要求符合, 便能够正常发挥其功能, 由于该类型钢结构设计方案更加灵活, 所以能够与当前建筑发展过程中多样性需要更加适应。然而在实际操作过程中应当注意, 对于钢架与混凝土, 其材料性质完全不同, 因此在施工以及设计过程中, 要有效处理其节点比较困难, 不但应当全面分析节点受力情况, 还应当分析节点构造。由于对节点处理, 不但使工程施工难度增加, 同时还会增加施工成本, 所以在实践过程中该方面并非十分完善, 在今后实践过程中应当进行不断探索。

在对大跨度建筑钢结构进行设计过程中, 最重要一点就是以保证建筑类型为基础, 使得H人字形钢梁及平拱钢架两者之间实现设计转换, 也就是依据钢结构设计不同需要, 灵活调整钢架角度, 因此不但应当全面计量各种受力, 有关部门还应当处理好节点弯度以及角度。

2 当前钢结构设计所存在问题

从当前情况而言, 钢结构在现代建筑工程中已经有着十分广泛应用, 并且钢结构设计水平也得到很大提高以及发展, 然而在对大跨度建筑钢结构进行设计过程中, 仍有些问题存在。从实际情况而言, 高度在30m之上大跨度建筑钢结构运用仍比较少, 所有在设计该类大跨度建筑钢结构时, 应当注意调整重点位置。由于全球经济形势在一定程度上影响钢材市场, 钢材在价格上不断出现波动, 所以在选择钢材过程中, 不但要注意分析各种钢材功能、优势以及特点, 同时应当对成本因素进行充分考虑, 即在钢结构设计过程中尽可能选择性价比较高的。通常情况下, 对于30m之上钢结构而言, 其构件均为钢构件, 这样不但能够使优化自身结构得以实现, 并且对整体强度增强比较有利, 能够使钢材减轻其自重。在钢结构设计以及施工过程中, 相关部门还应当对其受力因素进行充分考虑, 也就是应当全面分析其受力情况, 并且与钢结构中各种变量进行结合, 预测其所可能产生危害。

3 大跨度建筑钢结构设计重点

3.1 合理设计复杂节点构造

在对大跨度建筑钢结构进行设计过程中, 其中十分明显的一个特点就是钢结构构件之间的连接部位比较复杂, 在对其进行实际设计过程中, 设计人员应当对该问题特别关注。在节点设计方面, 对于建筑有关要求、受力以及构件截面形式等方面均有十分明确规定, 应当合理分析这些因素, 才能够对节点形式进行更好确定。以满足结构需求为基础, 能够将有关设计计算客观表现出来。在对钢结构进行设计过程中, 应当将相关模型创设出来, 所创设模型应当与实际情况之间相互吻合。在进行计算过程中, 不能将计算模型随意改变。钢结构设计在达到合理状态之后, 应当对次构件问题进行充分考虑, 从而将安全设计宗旨更好展现出来, 最终使工程造价减少。

3.2 精确进行计算

通常情况下, 在钢结构中所使用材料均比较均匀, 其属于比较理想化的一种弹性体, 与当前所使用计算方式比较吻合。另外, 相对于显示情况而言, 钢结构连接部件比较吻合, 所以, 在对模型进行计算时, 会使用到比较少的公式, 然而进行计算时相对比较简单。在实际使用过程中, 在现实工作过程中钢结构计算具备一定优势, 即较高计算精度以及较强可靠性。此外, 从整体方面进行分析, 以及在进行优化设计过程中能够发现, 在建筑工程中大跨度钢结构设计有着十分重要作用。

3.3 严格掌控整体刚度

大量钢结构实验显示, 对于很多钢结构构件的截面而言, 其并非由结构强度以及结构稳定性能决定, 对于结构设计而言, 其主要决定因素就是建筑结构刚度情况, 尤其是对于由薄壁构件所产生大跨度结构而言, 其表现最为明显, 这样一来, 在对钢结构进行设计过程中, 设计人员应当对该方面进行考虑, 从而在设计上能够达到较好效果。这些设计能够与建筑需求相满足, 从而保证建筑质量。在设计过程中只有保证刚性材料, 才能够使工作效率得到更好提升, 使施工进程得到更好保证。此外, 在进行实际设计过程中, 对于稳定设计也有较高要求。对于钢结构设计而言, 其与钢筋混凝土几个相比, 在设计安全方面存在不同。钢结构设计属于有较高稳定性的一个设计环节, 在进行设计过程中, 需要考虑很多方面因素, 其中最常见的包括结构稳定性设计以及结构组成单位设计, 另外, 对于钢结构耐火性也应当加强注意, 通常情况下这些建筑均具有较强腐蚀性, 所以当钢结构处于150℃以上环境时, 在一定建筑结构条件下, 应当科学合理处理防锈问题。但是, 从当前情况而言, 对于防锈问题处理仍比较复杂, 由于价格问题而导致在选择方面有很多不确定性存在。所以, 在确定时应当依据不同结构及不同设计方法, 应当对合理、适用防腐方案进行选择。

4 结语

在当代建筑行业发展过程中, 大跨度建筑钢结构在建筑工程中有着越来越广泛应用, 当前大跨度建筑钢结构设计虽然取得一定进步, 但仍有问题存在, 需进一步改进。在钢结构设计过程中, 应当对所存在问题进行合理分析, 并且从各个方面入手进行科学合理设计, 对构件节点构造进行合理设计, 对结构进行精确合理计算, 并且对整体刚度进行严格掌控, 从而使钢结构设计能够达到理想水平, 符合建筑工程需求。

参考文献

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[2]薛宇轩.大跨度空间及其钢结构工程实现问题探讨[J].科技资讯, 2011.

[3]张宇峰.大跨度钢结构应用及其设计要点探讨[J].中华民居, 2011.

[4]张晓飞.大跨度空间及其钢结构工程实现问题探讨[J].建材世界, 2012.

大跨度火车站房结构设计研究 第9篇

呼和浩特东客运站房选址于呼和浩特市主城区东侧京包线上，该站由主站房和站台雨蓬组成，站台雨蓬与主站房之间设伸缩缝兼抗震缝分开。站房平面尺寸大约为183.500m×315.366m，主要的柱网尺寸有：15.588m×27m、31.177m×27m、62.354 mm×27m(屋面)。主站房主要分为3层：地面层为出站厅、出站广场及配套设施、设备用房；1层为站台层（见图1）;2层为侯车厅层（见图2）。站房屋面为由切割球形形成曲面和斜面组成，屋盖不设缝。主要标高为20.000m、21.800m、25.100m、27.800m、31.400m、33.400m和44.900m。

2 站房结构整体计算

建筑结构设计基准期为50a，结构设计使用年限为100a[1]。各种恒载、活载均按《建筑结构荷载规范》（GB5009—2001）取值；基本风压按100a一遇取为0.60kN/m2，地面粗糙度为B类；基本雪压按100a一遇取为0.45 kN/m2；基本雪压按100a一遇取为0.45 kN/m2。结构温度作用计算时采用：1）钢结构屋盖和站台雨蓬：ΔT=-35℃和25℃；2）混凝土结构：ΔT=-25℃和20℃；同时考虑松弛系数为0.3。地震按设防烈度8度，场地特征周期为0.35s；考虑水平地震作用和竖向地震作用[2][3]。

混凝土结构部分用SATWE计算以初步确定混凝土结构的主要构件尺寸和初步的计算结果，按《建筑抗震设计规范》进行计算时，若从建筑的一端到另一端的场地条件有较大差异时，采用包络谱的方法加以考虑[4,5,6]（包络谱即取本工程所在各类场地反应谱的最大值）。由于各层采用的材料不同，楼（屋）面结构中有预应力梁和钢结构屋面，竖向结构中有混凝土柱、钢骨混凝土柱和钢管混凝土柱，结构的阻尼比各不相同，用不同的软件如：PKPM系列中的SATWE、SAP2000进行计算[7][8]，以期得到不同阻尼比的包络结果。在整体计算中，结构底部嵌固于基础面。分别计算X、Y双向地震以及温度应力、风荷载对X、Y向层间平均位移及最大位移响应的影响，如图4～图7所示。

可以看出，无论是平均位移还是最大位移，地震方向的响应值均大于非作用方向响应值，但由于结构体系比较复杂，非作用方向位移响应不容忽视；温度应力下，两个方向的平均位移基本一致，说明结构体型比较理想，Y向顶部最大位移大于X向的；风荷载作用时，底部无论是平均位移还是最大位移基本一致，顶部同样Y向最大位移大于X向的，说明X向较Y向空间约束强；各种荷载作用下层间位移均满足规范要求。

根据规范进行时程输入补充对比验算，分别选用EL-Centro波和TAR-TARZANA波(1987)进行分析计算。计算结果如表1，均满足规范要求，说明设计合理。

3 穹顶结构稳定性分析

屋盖结构为直径81m的球面钢结构屋盖，中心有一直径12m的开口，沿屋盖径向按圆心角7.5°的间距设置腹板开洞的拱形钢梁，钢梁的上下翼缘为箱形截面，腹板为钢板。上下翼缘之间的中心距为1000mm～1500mm，拱形钢梁两端支承于中间区域的压力环和周边的张力环上。沿环向在拱形钢梁之间布置钢管支撑（与钢梁刚接连接）且每隔圆心角60°另设置斜向支撑。压力环也为由箱形截面和钢板组成的钢梁，为避免径向拱形钢梁在中心区域间距过密，设置3个压力环以调整径向拱形钢梁的支承位置，方便构件的连接。张力环为由箱形截面和圆钢管组成的空间桁架，由标高31.400m处的主桁架支承，桁架构件尺寸见表2。

以站房穹顶，包括其部分支撑桁架及部分支撑柱为分析对象进行稳定性验算分析。结构高为17.307m(标高27.200m～44.507m）,穹顶半径为40 500mm。分析模型如图8所示。

根据最不利约束条件，在支撑柱及支撑桁架处（图9所示位置）设置铰连接。（注：约束位置的位移在之后的整体稳定分析中考虑，在此穹顶部分稳定分析中不予考虑。）

设置3种工况：结构自重；活荷载；风荷载。将此3种工况组合为最不利荷载组合，即：1）全体框架自重+半屋面活荷载+半屋面风荷载；2）全体框架自重+半屋面风荷载。在X轴的正方向（原点为圆心的底面投影位置）的半屋面设置活荷载及风荷载[9,10,11]。采用弹性稳定分析方法取前十个特征值如表3所示。由于工况2大于工况1的第一特征值，所以确定工况1为最不利荷载工况组合。

由梁单元的应力状况可以看出，在各支撑桁架处的铅直杆件的组合应力最小（-109.538N/mm2），附近斜支撑杆的组合应力最大（47.881N/mm2）。弹性稳定分析同样满足规范要求。

4 站台雨篷结构设计

站台雨篷位于主站房两侧，对称布置，每侧站台雨篷的平面尺寸为128.0m×241.184m，柱网尺寸为48.5(54)m×31.177m。站台雨篷与主站房之间设抗震缝分开，因基本站台不允许有结构柱出现，为了站房与雨蓬各自自由变形，在与站房相连接处设双向滑动球形支座，如图10所示。

根据跨度并结合建筑造型，屋面采用张弦梁结构。上弦为箱形截面，撑杆为钢管，下弦为109φ5（跨度为54m）或85φ5（跨度为48.5m）的高强钢丝索（fptk=1570MPa）。

运用Sap2000空间计算有限元软件对站台雨蓬进行分析，结果如下：

1)地震剪力及剪重比（总重量：53861kN），见表4。

注：总重量=1.0×恒载+0.5×活载

2）层间位移（层高18.3m），见表5。

3）竖向挠度（工况组合：1.0×恒载+1.0×活载），见表6。

设计结果满足规范的要求，站台雨蓬的含钢量约为87kg/m2（不包括屋面板及檩条）。

5 结论与对策

通过整分结合的分析方法，对体系复杂，荷载敏感性强的大跨度火车站房进行分析，对其受力性能和动力特性做了较为充分的了解，并结合传统经验，各部分结构施工过程中的特殊性及对策如下：

1）混凝土结构，主要解决超长无缝结构的温度应力问题。通过设置施工后浇带，使超长结构在施工阶段变成不超长的混凝土结构单元。一方面可以释放混凝土在养护过程中产生的收缩应力，另一方面可以控制后浇带封闭时的环境温度（控制在15℃～20℃）使混凝土结构的温度应力计算更合理和经济；将温度作用作为一种荷载工况与其它荷载工况进行组合，作为结构构件设计的依据；

2）对于预应力梁结构，由于双向梁中均有预应力，因而板中也有一定的预应力，可以抵抗部分温度应力，只需适当增设温度筋即可，长向端部的柱则同样须增加配筋；

3）在钢屋盖和站台雨蓬的结构计算中，通过控制结构合拢时的环境温度将温差作为一种主要荷载工况参与结构的计算和分析；复杂节点进行相关实验研究；

4）通过风洞试验对整体风环境模拟下建筑物模型进行试验分析，完成风荷载的修正；

5）基础的类型和承载力的确定有赖于完善和翔实的工程地质勘察报告。

摘要：随着火车站新建、扩建的进行,一系列形式多样、跨度规模大、体型体系复杂的结构越来越多,呼和浩特东客运站主站房结构各层结构体系不同,楼面结构为预应力梁与普通RC楼板结构,而屋盖结构为拱形钢梁和双层球网壳等结构体系的组合;结构体系和材料的不同使结构的阻尼比也不同;柱网尺寸大且各层柱网变化大、结构竖向刚度变化较大;给传统结构设计提出了挑战。通过分单元计算和整体计算相结合的方法进行结构计算,对于整体结构分别进行多维抗震分析,并进行了地震波输入时程分析作为补充对比,确定了下部混凝土结构的设计方案;对穹顶结构考虑整体约束作用下进行弹性稳定分析,以及大跨雨篷的设计分析。根据分析结果给出了针对结构特殊性的对策方案,以保证其安全可靠。

异形大跨度屋盖结构选型 第10篇

本工程为某医疗教学科研综合楼项目。整个项目由3个单体建筑组成, 3个单体建筑通过架空连廊相连接, 其建筑平面如图1所示。3个单体建筑均为地下1层, 地上5层的多层框架结构。结构抗震设防烈度为6度第一组, 抗震设防分类为重点设防类别 (乙类) , 场地类别为Ⅱ类, 地震作用按6度计算, 按7度要求采取抗震措施[1]。由于建筑功能的要求, 在左侧单体建筑的顶层设置了尺寸约为26.7m×21.8m的大会议室, 其具体位置见图1中的阴影范围。该范围内的4根柱子在顶层被抽掉, 同时该范围内屋面被整体抬升1.0m, 形成了相对独立的屋盖。本文将就该异形大跨度屋盖的结构形式进行探讨。

2 结构方案适用性比较

大跨度屋盖通常采用预应力钢筋混凝土梁、钢筋混凝土井字梁、钢网架以及实腹钢梁等结构形式。其中, 预应力钢筋混凝土及钢筋混凝土井字梁这两种形式在混凝土结构中使用时整个结构材料统一, 整体性较好, 钢结构的屋盖形式在混凝土结构中使用时整体性较差。从图1中可以看出, 本工程中的大跨度屋盖整体呈梭形, 且此部分屋面抬升1.0m后, 屋盖结构相对独立, 周边无水平结构构件拉结。同时, 由于建筑使用功能对楼层净空高度的要求, 在立面高度确定的条件下, 屋盖结构所占用的高度有所限制。

2.1 预应力钢筋混凝土梁

预应力钢筋混凝土结构能够充分利用高强度材料的性能, 提高构件的抗裂能力, 同时, 还可以减轻构件的截面尺寸及自重, 是混凝土结构中大跨度楼、屋盖理想的一种结构形式。但是, 预应力钢筋混凝土构件的材料质量要求高, 构造、施工复杂, 对施工技术水平要求高, 这就造成这种结构形式存在施工周期长, 综合成本高等劣势[2]。本工程仅局部几根梁需要采用预应力钢筋混凝土梁, 考虑到工程总承包的工期要求以及成本控制等因素, 该结构形式并非优选方案。

2.2 钢筋混凝土井字梁

与预应力钢筋混凝土构件相比, 钢筋混凝土井字梁的构件截面会有所增大, 屋盖结构的自重也会相应增大, 同时, 构件的抗裂能力也会变差。但由于钢筋混凝土井字梁结构施工工艺与普通混凝土结构无异, 其施工质量容易保障, 同时可以缩短施工周期。因此, 钢筋混凝土井字梁结构体系在本工程中可以采用。

2.3 钢网架

钢网架通过调整网格布置, 对异形的屋盖具有较好的适应性。由于钢网架自身重量较轻, 其吊装施工方便快捷, 而且对下部混凝土结构竖向构件和基础的影响也相对较小。但是, 钢网架的高跨比一般为1/10~1/18[3], 对于本工程中26.7m×21.8m的屋盖结构, 钢网架自身的高度需要1.3m以上, 加上混凝土楼板的厚度, 整个屋盖结构占用的楼层净高比较大。同时, 钢网架与混凝土楼板之间的节点处理较复杂, 楼板开洞等也较难处理。所以, 钢网架也非本工程优选方案。

2.4 实腹钢梁

与混凝土屋盖结构相比, 钢梁可以减轻屋盖结构自身的重量。同时, 实腹钢梁通过采用较小的梁间距, 可以做到比网架更低的结构高度, 有利于建筑楼层净高的保证。然而, 大跨度实腹钢梁的截面往往较高, 板厚也较厚, 经济性较网架差。下文将此方案与钢筋混凝土井字梁方案进行对比。

3 方案计算结果比较

本工程大跨度屋面为非上人屋面, 屋面恒载取为5.0k N/m2 (不含楼板自重) , 活荷载为0.5k N/m2。采用YJK (V1.7) 软件对结构进行整体分析及截面设计, 并将钢筋混凝土井字梁方案和实腹钢梁方案的计算结果进行对比。

3.1 钢筋混凝土井字梁结构方案

3.1.1 截面设计

当屋盖采用钢筋混凝土井字梁时, 结构的平面布置如图2所示, 井字梁在由大截面梁围合成的六边形范围内设置。井字梁横向 (长向) 、纵向 (短向) 梁间距均控制在2.0~2.3m范围内, 图2中JZL-1和JZL-2截面分别为300mm×1350mm和350mm×1350mm, 周围大截面梁截面为500mm×1500mm, 柱截面为600mm×700mm, 板厚100mm。梁、板采用C30混凝土, 屋面层柱采用C35混凝土, 钢筋采用HRB400。经计算, 横向梁的跨中最大配筋率约为0.8%, 两侧较短跨配筋率有所降低;纵向梁的跨中最大配筋率约为1.2%, 两侧较短跨也有所降低。

3.1.2 裂缝、挠度验算

将井字梁横、纵向梁的跨中配筋率均调整到1.5%左右, 进行梁挠度和裂缝的验算。经计算, 井字梁的最大裂缝宽度为0.23mm, 可以满足混凝土规范0.30mm的限值要求[4]。不考虑起拱时, 井字梁的挠度如图3所示。可以看出, 在未计及支座梁挠度的条件下, 横、纵向梁最大挠度分别达到95.8mm和92.3mm, 均不能满足混凝土规范l0/300的要求, 需要通过起拱来解决挠度过大的问题。然而, 该屋盖相对孤立, 屋盖范围以外无梁、板等水平结构构件拉结, 加之钢筋混凝土井字梁的自重较大, 屋盖四周的柱子可能不足以为井字梁的起拱提供足够的约束, 存在梁、柱在使用过程中开裂较大的风险。此外, 圆弧处的斜向梁跨度较大, 作为井字梁的支座, 其自身的挠度超过了20mm, 对井字梁的受力较为不利。

3.2 实腹钢梁结构方案

3.2.1 截面设计

当屋盖采用实腹钢梁时, 结构的平面布置如图4所示, 钢梁在由混凝土梁围成的六边形范围内设置。大跨度钢梁 (GL-1) 沿屋盖短向布置, 钢梁中心间距约为2.2m, 在其垂直方向布置两道次梁 (GL-2) , 钢材均采用Q235B。与钢梁相连的混凝土梁、柱截面见图4, 屋面板为100mm厚组合楼板, 闭口压型钢板仅作模板。与钢筋混凝土井字梁相比, 屋盖结构所占的净高减少了250mm。计算时, 钢梁两端与混凝土结构铰接, 钢梁应力比控制在0.9以下, 钢梁截面见表1。经计算, 钢梁的最大应力比为0.89。

3.2.2 挠度验算

在恒活荷载作用下, 钢梁的弹性挠度如图5所示。由图可见, 在未考虑起拱的情况下, 钢梁的最大挠度为51.69mm, 可以满足钢结构规范l0/400的限值要求[5]。相较于钢筋混凝土井字梁结构, 由于钢梁自重较混凝土构件轻, 作为钢梁支座的混凝土边梁挠度也较小。设计中, 为了改善外观和使用条件, 对钢梁进行了适当的起拱。

4 方案经济性比较

钢筋混凝土井字梁和实腹钢梁两种结构方案在结构材料和施工工艺上完全不同, 两者在经济指标上也存在较大差异。表2列出了屋盖部分结构的工程量以及屋盖结构的总质量。套用本工程所在地的计价定额, 钢筋混凝土井字梁方案的屋盖部分工程造价约为41万元, 实腹钢梁方案的工程造价约为64万元, 后者约为前者1.5倍。然而, 从总重量来看, 钢筋混凝土井字梁方案的屋盖总重远超实腹钢梁方案。屋盖重量的增大带来了地震作用增大以及基础受力的增加, 从而间接增加了工程的造价。在施工方面, 钢结构的施工过程省去了大部分的模板工程和钢筋绑扎的工作量, 施工速度要优于钢筋混凝土井字梁方案。所以, 两种方案的综合经济指标相差不多。

5 结语

本文阐述了常用的大跨度屋盖结构形式在本文所研究工程中的适用性, 并从安全性和经济性两方面对比了钢筋混凝土井字梁和实腹钢梁两种结构方案。得出的主要结论如下:

1) 对于本工程中的屋盖, 实腹钢梁结构的自重明显小于钢筋混凝土井字梁结构, 结构的挠度也明显小于后者, 并且可以获得更高的楼层净空高度。

2) 采用实腹钢梁方案时, 屋盖部分工程造价要高于钢筋混凝土井字梁方案, 但考虑到屋盖部分重量对结构其他部分以及基础的影响, 两种方案综合经济指标相差不多。

3) 本工程最终选用实腹钢梁的屋盖结构方案。

摘要：对某医疗建筑中异形大跨度屋盖的结构形式进行了探讨。首先, 阐述了常用的几种大跨度屋盖结构形式在本工程中的适用性;然后, 从安全性和经济性两方面对比了钢筋混凝土井字梁和实腹钢梁两种结构方案, 结果表明, 后者更适合本工程。

关键词：异形,大跨度屋盖,钢筋混凝土井字梁,钢梁

参考文献

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].

[2]程文瀼, 颜德姮, 王铁成.混凝土结构 (第四版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]JGJ 7-2010空间网格结构技术规程[S].

[4]GB 50010-2010混凝土结构设计规范[S].

大跨度钢结构厂房施工技术探讨 第11篇

摘要：大跨度钢结构建筑施工是一项综合性的工程，掌握并实施大跨度钢结构施工技术对提高施工质量有着重要的意义。本文以某大跨度结构厂房工程施工为例，介绍了钢结构安装的工艺流程，阐述了主要施工工艺技术，讨论了相关的一些钢结构安装注意事项以及施工体会，期望能为类似工程提供参考。

关键词：钢结构；大跨度；单层；厂房

引言

随着我国经济的不断增长，建筑行业发展迅速，大跨度钢结构建筑的建设工程项目越来越多。但是由于钢结构的施工要求较高，容易出现施工质量问题。因此如何在施工时间短的情况下确保钢结构工程安全，高质量地完成施工项目是施工人员需要解决的重要问题。下面就结合实例对此进行讨论分析。

1 工程概况

某厂房工程为单层大跨度钢结构厂房，长755.2m、宽206m，总建筑面积为124985.4m2，占地面积155728.1m2，钢结构总量为16500t。厂房跨度有33、39m两种，建筑外立面高度分别有15.7、20.7、29.8m三种，厂房屋面自西向东呈阶梯状升高，见图1。

单位：mm

图1 钢结构梁、柱断面

2 工序流程

钢结构面积大，工期要求紧，为此钢结构安装分为3个施工段，见图2。第一施工段B1～B4区，第二施工段C1～C3区，第三施工段D1～D3区。各施工段形成流水作业。承台施工完毕后，钢构件进场。根据构件编号，按施工先后顺序摆放在相应的承台侧边，方便吊装。

图2 钢结构安装分区

施工流程：钢构件进场→钢柱安装→杯斗灌浆→柱间支撑、系杆安装→屋架钢梁安装→水平支撑安装→校正及高强螺栓终拧→屋面檩条安装→墙梁安装→钢结构验收。

3 主要施工工艺技术

3.1 钢柱安装

3.1.1 钢柱安装方案的选择

由于高跨部分钢柱的长度为29.8m，受运输条件的限制，只能将该部分钢柱分段加工和运输。钢柱运输时分解为二段，进场后钢柱拼装进行整体吊装的方案，钢柱两端长度分别为22.3、7.5m，其質量分别为20.303、2.582t。

3.1.2 基础复测

结构吊装前必须进行基础杯斗位置复测，其杯口底面标高偏差允许-5mm，基础杯口深度

3.1.3 钢柱拼装

为保证构件组装的精度，防止构件在组装的过程中由于胎架的不均匀沉降而导致拼装的误差，组装场地要求平整压实。经现场测量平整压实后的场地，其均布荷载后的下沉量控制在5～10mm。

胎架采用铺设300mm×500mm×10mm×12mm的H型钢梁，钢柱水平放置于型钢梁上并找平，当高差较大时采用钢楔调整找平。为防止组装平台沉降引起胎架变形，胎架旁建立胎架沉降观察点实时监控，待沉降稳定后方可进行焊接。

3.1.4 钢柱吊装

（1）吊装机械的选择。根据钢柱重量，高跨部分（外立面高度29.8m）钢柱使用一台100t履带吊进行吊装，同时配合一台50t汽车吊进行抬吊。低跨部分（外立面高度15.7、20.7m）采用一台50t汽车吊进行吊装。

（2）钢柱吊点的选择。根据钢柱的形状、长度、重量、起吊方法及吊装机械的起重能力，吊点设置在上层牛腿处，在肩梁两侧各焊接两个挂钩耳板，板厚30mm，长度300mm，外挑120mm。

（3）钢柱吊装方法。高跨部分钢柱吊装时，100t吊车挂住钢柱上部起吊点，垂直上升，另一台50t吊车从下部1/3位置处溜尾兼抬吊，减少中间弯曲应力。

（4）钢柱校正。根据钢柱的实际长度、柱底的平整度、钢牛腿顶部及柱顶距柱底部的距离，有吊车的钢柱重点是保证牛腿顶部标高值，来决定基础标高的调整数值。

在钢柱的纵横十字线的延长线上或稍偏的位置架设两台经纬仪，进行垂直度测量，经纬仪与纵横十字线的夹角应<15°。

3.2 杯型基础杯斗灌浆

钢柱平面位置和垂直度校正好后，当天内杯斗灌浆完成，否则在浇灌前须再次复核。浇灌前将缝中杂物清除干净并浇水湿润，杯斗灌浆材料为C40微膨胀细石混凝土。

杯斗灌浆时从钢柱四个方向同时浇灌，同时使用微型振动棒进行振实，微型振动棒不得触碰钢柱和钢楔。灌浆分两次进行，第一次杯斗浇灌高度至固定钢柱的钢楔下部，待钢楔拆除后混凝土再灌满至基础面标高。

3.3 屋架钢梁安装

3.3.1 屋架钢梁拼装

屋架梁分段运输到现场进行拼装，拼装工作在现场进行，沿吊机行走路线摆放。屋面梁分段进场后，首先对屋架梁的外型几何尺寸、焊接质量、运输过程中的变形情况进行检查，合格后才能进行组装。

钢梁拼装时，根据出厂屋面梁的编号用木方将相邻的二段梁垫实，使连接端板对齐，然后用尖锥定位，穿入定位安装螺栓将分段的屋架梁拼装成整体，定位螺栓必须自由穿入。

3.3.2 吊装前准备及机械选择

由于屋架的侧向刚度较弱，在吊装前用木杆进行加固，以增加屋架的侧向刚度，同时准备好护身栏杆、上下梯子及缆风绳。

低跨屋架部位，梁安装高度为13.6、17.4m，吊装载荷135kN，吊臂高度35m，吊臂长度36m。吊车选择QUY50-2型履带起重机，该机在主臂长37m，作业半径8m时起吊质量为16.6t。高跨屋架部位，钢梁安装高度27.9m，吊装载荷180kN，吊臂高度47m。选择QUY100型履带起重机，该机在主臂长48m作业，作业半径10m时起吊质量为30t，完全可满足屋架梁吊装要求。

3.3.3 屋架吊装方法

屋架梁吊装应先形成空间受力体系，增强钢结构的稳定性。因钢柱垂直面和屋架水平面均有柱间支撑和水平支撑，所以先安装有屋面系杆和柱间支撑、水平支撑的钢柱、钢梁，临时用缆风绳固定第一榀屋架，构件全部安装到位后，然后向两边延伸安装，以此确保钢结构形成空间稳定的受力体系。

屋架钢梁起吊选择两点起吊方法，另外在梁中设置一根平衡辅助吊点，辅助吊点主要作用是减少梁中部摆动，减少梁在吊装过程中的变形。

某30米大跨度楼盖结构方案比较 第12篇

某酒店裙楼4层，首层中庭为宽度30m的无柱大空间宴会厅，二层中空，使宴会厅部分的层高达到11.6m;第3、4层为小间隔的餐厅包房、设备机房、泳池等功能用房，屋面承载绿化覆土等。本工程的特点是大空间布置在下面(首层、2层)，小空间布置在上面(3层、4层)，为此提出了大跨单向密肋预应力梁、预应力混凝土托换梁、和预应力混凝土桁架3个结构方案，并对这3个方案进行了使用性能与结构造价的比较。

2. 结构选型

2.1 方案一：大跨单向密肋预应力梁方案

单向密肋预应力梁板结构布置如图1所示，板厚120mm。

方案一的优点是实现每层大空间, 分隔灵活。缺点是每层梁高均为1.6m, 而第3、4层层高为5m, 扣除梁高后为3.4m，考虑设备及吊顶后净高约为2.7～2.8m，对大空间来说相对较矮。该方案的材料用量如表1所示(取单层楼盖30m9m范围的梁板分析)。

2.2 方案二：预应力混凝土托换梁方案

方案一因为每层梁高均为1.6m，对第三、四层的使用高度影响较大，而首层层高达11.6m，作为宴会厅，使用高度略有富余。因此考虑利用首层的空间做托换梁，在托换梁上立柱使第三、四层的柱网减小为910m，则第4层及屋盖层可按一般跨度的楼盖设计，主梁截面可控制在400800mm。3层板厚为150mm, 4层板厚为120mm结构布置如图2、图3所示。

方案二的优点是4层及屋面的梁可按一般跨度的结构布置梁板，梁高800mm，相比方案一可节约空间800mm高，对3层和4层的空间有利。缺点是：a、托换梁的高度达3.5m，使首层宴会厅的有效高度减小;b、由于托换梁梁端负弯矩很大，负弯矩设计值约30000kNm，为平衡此弯矩及其产生的剪力，支承托换梁的柱截面需加大至2000mm2000mm方可满足要求。对首层和二层的使用影响较大。该方案的材料用量如表2所示(共三层楼盖330m9m范围的梁板综合分析，未考虑屋面覆土)。

2.3 方案三：预应力混凝土桁架方案

利用第3、4层的高度设置斜柱和吊杆形成预应力混凝土桁架，使30m的大跨度梁减少为3段10m跨度的桁架上下弦杆，减少构件的弯矩，充分利用了混凝土的抗压性能和预应力钢筋的抗拉性能。板厚为120mm，结构布置如图4至图6所示。

方案三的优点是第4层及屋面可按一般跨度的结构布置梁板，梁高800mm，相比方案一，可节约空间高度800mm，对第3层和第4层的空间有利。缺点是第3、4层有斜柱存在，对建筑布置略有影响。该方案的材料用量如表3所示(共三层楼盖330m9m范围的梁板综合分析，未考虑屋面覆土)。

2.4 方案选择

方案一至方案三的单方材料用量比为，混凝土1∶1.19∶0.85;预应力筋1∶0.43∶0.34;非预应力筋1∶1.65∶0.99。方案二的混凝土用量和钢筋用量最大，且柱子截面达2m2m，对建筑使用影响较大，不建议采用。与方案一相比，方案三混凝土和预应力钢筋的用量相对较少，在第3、4层的净高方面，方案三也有优势，但方案三多了斜柱，对空间灵活分隔会有一定影响。第3、4层在建筑分隔上是小空间布置，可以通过隔墙等将斜柱隐藏起来。最终选择方案三完成了设计。

3. 结语