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钢结构如何实现大跨度空间工程？ - 结构综合资料 钢结构如何实现大跨度空间工程？ 摘要：大跨度空间结构是土木工程领域的重要发展方向。通过对大跨度空间结构及其发展、钢结构的特点及其在实现大跨度空间结构工程设计与建造有效途径等分析，认识到大跨度空间结构的设计与建造是一个国家建筑科技水平的重要标志；钢结构在实现大跨度空间工程中具有在“高、大、轻”等独特优势，是实现大跨度空间结构建设的重要途径；可通过空间网格（网架、网壳）、张力（悬索、膜、索-膜）和混合等钢结构形式具体实现不同要求和目标的大跨度空间结构设计与建造。 关键词：大跨度空间 钢结构 工程实现 1、引言 在三维世界里的任何物体都具有空间性质；但出于设计和建造的简化目的，人们往往把它们分成多个平面结构来进行构造和计算。空间结构具有卓越的工作性能，在结构力学上表现为三维受力，还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用；而且当跨度增大时，空间结构就愈能显示出优异的技术经济性能。大跨度空间结构及其工程实现令土木工程界关注。大跨度空间结构工程及其发展如何？钢结构对实现大跨度空间有何作用？钢结构如何实现工程建筑的空间大跨度？本文主要针对这些问题作初步分析，旨在交流研修心得。 2、大跨度空间结构及其发展 空间结构工程中的“跨度”是指工程建筑物中梁、屋架、拱券两端的支柱、桥墩或墙等承重结构之间的距离。 以往工业用结构跨度是12~24m，考虑到主流建筑材料的性能和工程经济效益，通常认为大于30m即被理解为“大跨度”。2003年12月以来我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）中规定“大跨度屋盖结构系指跨度等于或大于60m的屋盖结构，可采用桁架、刚架或拱等平面结构以及网架、网壳、悬索结构和索膜结构等空间结构。” 近20余年来，各种大跨度空间结构在美、日、欧等国家发展很快，跨度150m以上的超大规模建筑已非个别，出现了许多新的空间结构形式。如1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”（Superdome）直径207m，长期被认为是世界上最大的球面网壳；目前已被1993年建成直径222m的日本福冈体育馆所取代，而且它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成，扇形沿圆周导轨移动，体育馆即可呈全封闭、开启1/3或开启2/3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖，其圆形平面直径135m，它是为1988年冬季奥运会修建的，外形美观，迄今仍是世界上最大的索网结构。20世纪70年代以来，由于织物材料的使用，膜结构或索-膜结构（用索加强的膜结构）获得了发展，美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构；1988年东京建成的“后乐园”棒球馆，也采用这种结构技术，其近似圆形平面的直径为204m；美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”（Geogia Dome，1992年建成）采用新颖的整体张拉式索-膜结构，其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。我国大跨度空间结构工程近年有了骄人的成绩，建造了包括国家大剧院、国家体育场等大跨度建筑物。 目前某些发达国家正在进行跨度300m以上的超大跨度空间结构的设计方案探讨。大跨度空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编Makowski说：“在20世纪60年代空间结构还被认为是一种兴趣但仍属陌生的非传统结构，然而今天已被全世界广泛接受”。大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志。 3、钢结构在实现大跨度空间工程中的优越性 钢结构是指用钢板和热扎、冷弯或焊接型材通过连接件连接而成的能承受和传递荷载的结构形式。与钢筋混凝土结构相比，钢结构在实现大跨度空间工程中具有在“高、大、轻”等独特优势，具体表现在： 1）主体采用结构钢作为建筑材料，重量轻且强度高。钢材作为一种轻质高强的工程材料，它的应用大大减轻了结构物本身的自重。当跨度和荷载相同时，钢屋架的重量只有钢筋混凝土屋架重量的1/4~1/3。此外，对于大跨度结构，空间跨度越大意味着结构自重在整个荷载中所占比重越大，钢结构无疑在减小自重方面拥有其他结构不可比拟的优点。 2）钢结构塑性、韧性良好。钢材的塑性良好意味着大跨度钢结构在抵御外部荷载时不会因某些因素而发生突然的脆性破坏，保证了结构拥有一定的安全储备。而大跨度钢结构的韧性则使其在由地震、风力等因素引起的动荷载作用下具备足够的分散并传递荷载效应的能力，这在大跨度空间结构抗震分析理论中尤为重要。 3）钢结构工业化程度高。钢结构构件多是工厂预制、批量生产、机械化制造，生产效率高，速度快，成品精度与质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的。这一优势能明显降低工程造价，缩短工程周期，提高经济效益。这在要求工期的工业装配车间建造中尤为明显。 4）钢结构跨度大，对地