大跨度空间钢结构（共12篇）
大跨度空间钢结构 篇1
1 概述
大跨度空间钢结构的现场施工是指钢构件在工厂加工、制作、运输到现场后, 采用不同的施工工艺和施工方法将零散的钢构件拼装成满足设计要求的、具有使用功能的最终空间结构的伞过程。施工过程是一个结构从不完整状态逐渐向完整状态转变的过程。整个施工全过程一般都要经历永久支撑结构的施工、临时支撑系统的搭设、永久结构的安装、临时支撑系统的拆除等阶段直至形成可使用的结构。
从力学角度来看, 施工阶段的结构力学分析不同于运营结构, 施工过程是一个变结构 (结构件不断增多, 结构形状不断改变) 、变荷载 (施工荷载是不断变化的、构件自重逐渐增加) 、变边界 (永久约束的不断增多、临时约束的设置与拆除) 的过程。因此, 在对施工过程的不完整结构进行分析时, 必须采用不同于以往的设计阶段的分析方法。
施工过程中, 结构处于不完整状态, 刚度较低、稳定性较差, 必须依赖于临时支撑系统的共同作用以保持足够的刚度和稳定性。而在永久结构拼装完成后, 临时支撑系统必须拆除。何时拆、如何拆?这是在施工阶段必须解决的技术问题。合理的拆除方案才能保证永久结构及临时支撑系统安全与稳定。
设计给出的设计图纸都是结构成形 (完整状态) 时的线形, 施工中间过程不完整结构的线形如何、内力状态如何, 这些是施工阶段必须明确的, 否则, 结构完成时无法达到设计要求的状态。因此, 必须通过力学分析手段, 确定施工中间阶段结构的理想状态, 以在施工过程中提前做出调整, 最终达到设计要求的完整结构。
理论计算毕竟是基于理想状况下的假定, 现场实际情况都或多或少与理论分析有一些差异, 如施工荷载的大小和位置、结构性能的假定 (弹性模量、密度、截面特性) 、构件连接形式 (刚接还是铰接) 、支座的约束形式等。这些差异决定了要准备了解施工阶段的中间结构状态。必须借助于监测技术, 对结构状态进行监测。要监测哪些参数、采用什么方法进行监测、什么时候监测, 这些都是需要研究的。合理的监测方案才能采集到真实、有效的数据, 以便指导现场施工。
上述这些问题就是大跨度空间钢结构施工控制的关键技术问题, 解决这些问题的目的主要在两个方面:1) 保证永久结构与临时支撑结构在施工过程中的安全与稳定;2) 保证结构在施工过程中的状态在可控范围, 并最终达到设计要求的完整结构状态。
2 施工监测技术
2.1 现场监测的必要性
施工监控的目的是通过建立理论分析模型和测试系统, 在施工过程中监测已完成的工程状态, 收集控制参数, 比较理论计算和实测结果, 分析并调整施工中产生的误差, 预测后续施工过程的结构形状, 提出后续施工过程应采取的技术措施, 调整必要的麓工工艺和技术方案, 使建成后结构的位置、变形和内力处于有效的控制之中, 并最大限度地符合设计的理想状态, 确保结构的施工质量和工期, 保证施工过程与运营状态的安全性。
同时由于现场施工实际情况千变万化, 环境因素复杂, 需要建立一套性能稳定、抗干扰能力强、适合于长期观测的测量及测试系统。根据实测数据的反馈, 实时更改计算模型, 进行新的预测及分析, 确保整个施工过程在可控的管理范围之中。
总之, 监测的目的无外乎两个方面:1) 实时掌握结构施工阶段的性能状态, 保证施工过程中不完整结构的安全与稳定;2) 监测结果与理论分析结果进行比较, 使施工阶段的结构按照可控的方向最终达到符合设计的理想状态。
2.2 现场监测的内容
1) 监测的参数。大跨度空间钢结构施工现场监测的参数主要包括:结构的变形、应力, 拉索的于拉力以及构件 (包括拉索) 的温度;
2) 监测的原则。监测的原则与结构的受力特点、施工方案有关, 但一般大跨度应力空间钢结构施工过程的监测必须遵循以下原则:
(1) 实时性原则。监测过程必须实时。施工过程不同于运营过程, 结构形式、荷载条件、边界条件随着施工不断变化, 任一项变化都可能引起施工阶段结构状态的改变, 必须及时、实时跟踪监测。否则就不能完整地、正确地把握结构的状态, 从而可能遗漏重要的信息, 引起施工阶段的结构的不安全;
(2) 全程性原则。监测过程必须从结构构件安装之初就开始, 至达到设计要求的完整结构为止 (这里指施工监测, 如果结构需进行健康监测, 则监测须一直延续下去) 。
根据目前应变监测仪器的特点, 一般只能监测到应变的增量, 而无法监测到结构实际的应变。因此, 须在安装之初, 构件无应力状态时安装测试仪器全程监测;
(3) 全面性原则。监测布点位置必须全面, 这样才能把握结构的整体状态;
(4) 重点性原则。根据监测布点的全面性原则, 当然是布点越多越好。但测点过多, 就会增大现场监测的工作量和工作难度, 往往由于线路过多, 影响现场施工, 同时可操作性也差。因此, 必须有重点监测一些点位。
在监测布点前, 根据理论分析结果, 选择应力较大、应力变化较大, 变形较大、变形变化较大, 索力较大、索力变化较大的点位进行监测。
施工阶段的卸载过程往往是力学转换复杂的过程, 也是施工事故多发的阶段。这个阶段是监测的重点, 除在永久结构布置测点进行应力、变形的监测外, 在临时支撑结构上布置应力测点是非常必要的。
3) 监测的时间。根据监测的原则, 监测的总体时间应该是从结构开始施工到施工结束。具体时间而言, 一般是施工工况改变前后均需进行各项内容的监测, 以收集到变化值与理论分析结果比较。
大跨度空间钢结构受温度影响较大, 往往需要: (1) 通过监测掌握温度对结构变形的影响; (2) 剔除温度对结构变形与应力的影响。因此, 在监测时通常采取以下措施:1) 选取有代表性的几天进行全天24h温度监测, 同时进行应力和变形的监测, 以掌握温度对结构状态的影响;2) 在进行工况监测时, 选取温度变化较小的时间进行监测。
摘要：文章通过对大跨度空间钢结构的现场施工的理论阐述, 说明了保证永久结构与临时支撑结构在施工过程中的安全与稳定;保证结构在施工过程中的状态在可控范围, 并最终达到设计要求的完整结构状态。
关键词：大跨度,空间钢结构,控制技术
参考文献
[1]王嘉琳, 蒙炳穆.关于大跨度空间钢结构施工控制的探讨.建筑施工, 2010, 32 (7) .
[2]李会军, 林桂枫, 柳春光, 冯娇.多维多点激励下大跨度空间钢结构的抗震研究进展, 建筑钢结构进展, 2011, 13 (3) .
[3]朱光照.大跨度空间预应力钢结构的张拉新技术.第二届全国现代结构工程学术研讨会, 2002 (2) .
大跨度空间钢结构 篇2
(二)坚持以人为本、贯彻救人第一的指导思想。一是大跨度建筑火灾应贯彻“固移结合”的原则进行人员疏散与救生。二是要充分利用建筑物内已有的设施进行疏散和营救。三是利用移动消防装备救人，在利用建筑物内部消防设施疏散救人。
(三)科学预判意识，准确选择进攻突破口。大跨度大空间建筑物火灾，必须在火灾初期阶段准确选择内攻突破口，建立有效的进攻通道。要牢固树立“选准、快进、守住”的作战意识。选准进攻突破口，应充分考虑到进攻路线的快捷，有效，在短时间内控火灭火。要重点以内部通道为依托选择突破口;以建筑防火分区为依托选择进攻突破口;以存放物资少、火灾荷载小的地段或区域为依托选择突破口;同时要充分考虑建筑的形状，如建筑形状不对称或呈不规则形状时，应选择在跨度最短处作为进攻突破口，并尽量选择上风或侧上风方向;选择燃烧相对较弱的部位作为进攻突破口，对称布阵、同步设防、堵截火势、消灭火灾。
(四)科学破拆，排烟散热。在大跨度大空间建筑物火灾扑救中应选择下风方向安全可靠的位置，实施快速有效排烟排热。在扑救大跨度大空间建筑物火灾中，切忌形成四面围攻灭火的阵势，这样会造成火场高温烟气不易散出。要考虑充分运用建筑内部自动排烟设施、通风空调系统进行排烟，利用移动排烟设施进行排烟，调用地方排烟、通风设备进行排烟，也可根据现场实际情况进行必要的破拆进行排烟，在短时间内排出现场高温烟气。同时也可采取破拆排烟口引导和改变火势蔓延方向，实现取舍适当，攻放结合，让现场高温烟气尽快散出，为有效实施内攻控火创造有利条件。
(五)保证火场供水不间断。消防车到场后应就近占据水源，尤其是第一出动的消防力量应先行利用厂区或附近的市政水源。水源较远时，应及时组织人员寻找外围的天然水源，如江河、湖泊、池塘等天然水源取水，也可用消防车接力或运水向火场供水，确保火场供水的不间断。
大跨度大空间建筑火灾扑救对策 篇3
关键词：大跨度大空间建筑;火灾扑救;处置对策
近年来，随着经济社会的快速发展和城市建设步伐的不断加快，大跨度大空间结构成了大型企业厂房的主要结构形式。由于这种建筑形式具有结构简单、施工方便、内部空间大，特别是投资少且投资周期短等许多优点，越来越受到投资者的青睐。但这种建筑在消防方面，特别是在火灾扑救方面存在许多难点，一旦发生火灾，极易造成大面积燃烧和重大财产损失。
一、大跨度大空间建筑的定义与分类
（1）定义。大跨度大空间建筑是指主要由柱、梁、板、外墙四部分组成，梁和柱是建筑物的主要承重构件，所有承重墙（柱）之间单跨宽度60米以上或单个防火分区5000平方米以上且净空高度8米以上的建筑。（2）分类。大跨度大空间建筑，根据建筑物的用途可分为民用建筑和工业建筑;根据建筑物的材料可分为钢筋混凝土结构、钢结构和混合结构。
二、大跨度大空间建筑火灾特点
（1）可燃物多，火灾荷载大。目前，大跨度大空间建筑已广泛应用于工业厂房、体育场馆、大型商（市）场、仓储等，此类建筑内可燃物品多，空间大，一旦发生火灾，火势猛烈，温度高，烟雾浓，火灾荷载大，蔓延速度快，扑救难度比较大。（2）建筑规模大，火势蔓延快。大跨度大空间建筑单体建筑面积小的数千平方米，大的数万平方米，内部具有较大的空间，空气流通好。发生火灾时，火势可迅速向四周蔓延，燃烧猛烈，极易产生强大的热气流形成大面积燃烧。（3）作战纵深长，内攻困难。由于建筑空间大，内部障碍物多，通道多狭长、错位布置，由两侧进入内部实施堵截难以形成合力;加上火场烟雾浓重，通常火场内能见度小于3米，强光手电等照明工具难以发挥作用，深入内部的作战人员只能摸索前行，内攻战斗难以长时间坚守。（4）燃烧时间长，建筑易塌坍。大跨度大空间建筑多采用钢结构，火灾中，当温度升至350摄氏度、500摄氏度、600摄氏度时，钢结构的强度分别下降1/3、1/2、2/3。在全负荷情况下，钢结构失稳的临界温度为500摄氏度。此外，钢构件受高温作用后，受火场用水影响，钢结构冷热聚变，受热膨胀，遇冷水后会急剧收缩。
三、大跨度大空间建筑火灾扑救对策
（1）仔细侦察火情，判明火场信息。初到场力量应迅速组织人员进行火情侦察，首先通过询问报警人、单位内部人员及其他知情人员了解火场情况，主要了解起火部位、起火时间、内部燃烧物、储存物品等情况;进入火场内部进行侦察时，必须全身防护，佩戴空气呼吸器，携带强光手电、破拆工具，并铺设发光照明线作为引导，应规定好进出联络信号。进入火场内部侦察时，必须要用水枪进行掩护，可以边进攻边侦察。（2）全面搜救人员，安全疏散受困群众。在扑救大跨度大空间建筑火灾时，如有人员被困，必须贯彻“救人第一、科学施救”的指导思想，一切灭火战术措施要围绕救人展开。根据现场实际情况，及时成立多个搜救疏散小组，要做好人员防护，携带好救助、照明等相关器材，要以最快时间疏散、抢救遇险人员。（3）积极扑救火灾，控制火势蔓延。先期力量到场后，前方指挥员要根据火场侦察情况，首先准确确定火场主攻方向，要强化内攻意识，坚决贯彻强攻近战措施，积极实施内攻。重点对建筑承重钢梁柱、屋架等构件进行冷却保护，防止结构变形倒塌。（4）强化排烟措施。加强排烟散热是保证内攻有效性和安全性的重要措施，因此，应将排烟散热作为大跨度大空间建筑火灾扑救的首要任务。及时在下风方向开辟排烟散热通道，打开下风及侧下风方向所有出入口的大门和窗户，充分利用建筑的开口部位进行自然排烟散热，充分利用移动装备排烟，为灭火进攻创造条件。（5）确保火场供水不间断。建筑处于大面积燃烧阶段时，扑救火灾需要较大的用水量，现场指挥员要根据火场作战区域划分及用水量，进行科学的火场用水量估算，确定火场供水方案并安排专人负责落实。一般以参战中队为作战单元进行车辆作战编组，分别形成各自的供水作战区域，合理分配使用水源，并采取符合火场实际的供水方法，组成多条稳定有效的供水干线，尤其要保障好主攻方向的用水量。（6）及时启动应急联动机制，加强联动保障。消防支（大）队要主动与当地的政府应急部门联系，及时快速启动应急联动方案，使相应的应急部门第一时间赶到现场，协助灭火救援。当火灾现场所处地区属于消防水源不足地区，要及时与政府应急部门联系，迅速调动环卫等相关部门的应急供水车辆及时到达现场，为灭火救援现场提供可靠的灭火水源保障。当建筑发生大面积燃烧，需要破拆来进一步进行灭火时，要提前通过应急联动机制调集挖掘车、叉车、铲车、凿岩车等大型工程机械设备进行现场破拆，为灭火救援创造条件。当建筑为生产、储存易燃易爆、有毒害的危险化学品厂房或库房时，要及时通过应急机制调动安监、环保、医疗等相关部门到达现场，进行现场指导和救治人员。当火灾发生在人员密集区，应根据现场的实际情况，适时调动公安、交通、供电、医疗、市政等城市应急部门到达救援现场，协助维护现场秩序，提供应急供电、交通运输、医疗救护等方面的保障。
参考文献：
[1] 《消防战训工作的改革与发展》？伍和员？东南大学出版社2008.10
大跨度空间钢结构 篇4
1 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 (哈尔滨建筑工程学院, 1985) 。
以往工业用结构跨度多在12m~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、悬索和索膜等空间结构。”
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。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。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;东京“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;美国亚特兰大为奥运会修建的“佐治亚穹顶” (Geogia Dome) 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192m×241m。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。
2 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, 具体表现在以下几点。
(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 (王秀丽, 2008) 。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, 对地表空间的利用率较高, 这使其具备了一般结构所无法满足的功能要求。同时大跨度空间结构还可以与建筑艺术相融合, 在一定程度上体现了建筑美学的设计理念, 特别适用于航站楼、体育场馆、影剧院的大型公共建筑。
可见, 钢结构是实现大跨度空间结构建设的重要途径。
3 钢结构的大跨度空间工程实现途径
利用钢结构实现大跨度空间结构工程建设的途径多样 (完海鹰和黄炳生, 2008) , 伴随工程技术水平的不断提高, 先后出现网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构和索-膜结构。网架和网壳结构都具有空间网格特点, 可归为空间网格结构一类;悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用, 可总称为张力结构一类;近年还出现柔性构件和刚性构件联合应用的混合结构 (Hybrid Structure) 。
(1) 网架结构。
网架结构是由很多根杆件从两个或多个方向有规律组成的高次超静定结构 (图1左) 。自第一个网架结构 (上海师范学院球类房, 31.5m×40.5m) 于1964年建成以来, 网架结构一直保持良好发展势头;1967年建成的首都体育馆采用斜放正交网架, 其矩形平面尺寸为99m×112m, 厚6m, 采用型钢构件, 高强螺栓连接, 用钢指标6 5 k g/m 2 (1kg/m2≈9.8Pa) ;1973年建成的上海万人体育馆采用圆形平面的三向网架净架110m, 厚6m, 采用圆钢管构件和焊接空心球结点, 用钢指标47kg/m2;1990年在北京建成的一批亚运会体育场馆以及近年建成的国家体育场和中央电视台等都采用了网架结构 (图1) 。
网架结构能承受来自各个方向的荷载;结构整体性能良好, 空间刚度大;体系稳定, 抗震性好;可以利用小规格杆件保证大跨度要求;具备一定的灵活性, 能覆盖矩形、圆形、多边形等各种地上面积。因为网架结构系高次超静定结构, 设计计算较为繁琐, 以往其应用受到一定程度的限制;近年来, 由于电子计算技术及计算机辅助设计的发展, 网架结构无论在结构模型方面还是实际工程应用方面都有了相当迅速的发展。
(2) 网壳结构。
随着经济、文化需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高, 在结构设计时采用网壳结构。网壳结构是一种空间曲面网格结构 (图2左) , 兼有杆系结构构造简单和薄壳结构受力合理的特点, 因而跨越能力大、刚度好、省材料, 是大跨度钢结构中非常重要的结构类型。
中国第一批具有现代意义的网壳是在20世纪50~60年代为数不多的建筑, 当时柱面网壳大多采用菱形“联方”网格体系, 1956年建成的天津体育馆 (跨度52m) 和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳 (跨度40m) 为其重要代表。球面网壳则主要采用助环型体系, 1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶 (跨度46.32m) 和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖 (跨度64m) 是当时仅有的两个规模较大的球面网壳。自此以后直到20世纪80年代初期, 网壳结构在我国没有得到进一步的发展。1994年建成的天津体育馆采用肋环斜杆 (Schwedler) 型双层球面网壳, 其圆形平面净跨108m;1995年建成的黑龙江省速滑馆用以覆盖400m速滑跑道, 其巨大的双层网壳结构由中央柱面壳部分和两端半球壳部分组成, 轮廓尺寸86.2m×191.2m, 覆盖面积达15000m2, 网壳厚度2.1m;1997年刚建成的长春万人体育馆平面呈桃核形, 由肋环型球面网壳切去中央条形部分再拼合而成, 体型巨大, 如果将外伸支腿计算在内, 轮廓尺寸达146m×191.7m, 是我国第一个方钢管网壳。新世纪法国建筑师保罗·安德鲁与清华大学合作设计的中国国家大剧院即采用空间网壳结构 (图2) , 工程屋面呈半椭球状, 整体为椭圆穹形结构, 犹如从星系上落下来的一艘飞船, 又如漂浮在水面上的岛屿;其外壳采用钛合金与玻璃作为材料, 外观轻盈, 并修筑于水面之上, 完美体现了工程与美学的融合;整个建筑结构共占地约12万m2, 总建筑面积14.95万m2, 椭圆大穹顶东西跨度212m, 南北跨度144m, 周长约6000m, 属国内建筑之最 (自《国家大剧院方案设计揭标》) 。
网壳中的空间曲面结构受力合理、刚度和稳定性良好, 变形较小;外形美观, 能与建筑美学相互融合, 具备视觉观赏性;网壳结构的曲面形状有利于自然排水;由杆件在空间搭接拼装, 安装快速简便, 易于实现工业化生产。不过应当注意的是, 空间曲面模型在力学分析中要求严格保证几何准确性, 这对设计环节中杆件和节点的几何尺寸、整个曲面的标准程度以及后期施工工艺都有一定的精度要求。
(3) 悬索结构。
悬索结构是以一系列受拉钢索作为主要承重构件, 按照一定规律布置, 并悬挂在边缘构件或支撑结构上形成的一种空间结构 (图3) 。它通过钢索的轴向拉伸来抵抗外部荷载作用;钢索多采用高强钢丝组成的钢丝束、钢丝绳及钢绞线, 也可采用圆钢筋或带状薄钢板。
中国现代悬索结构设计建造始于20世纪60年代, 北京工人体育馆 (图3右) 1961年建成, 其圆形屋盖采用车辐式双层悬索体系, 直径达94m;浙江人民体育馆1967年建成, 其屋盖为椭圆平面, 长径80m, 短径60m, 采用双曲抛物面正交索网结构。它们是当时的两个代表作, 无论从规模大小或技术水平看在当时都可以说达到国际较先进的水平。世界上最早的现代悬索屋盖是美国1953年建成的Raleigh体育馆, 采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。20世纪70年代我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间, 一直到20世纪80年代, 由于大跨度建筑的发展而提出对空间结构形式多样化的要求, 这种形式丰富的轻型结构重新引起了人们的热情, 工程实践的数量有较大增长, 应用形式趋于多样化, 理论研究也相应地开展起来。但与网架和网壳结构比较其发展相对较慢。
悬索结构通过钢索的轴向变形来抵抗外荷载引起的拉力, 充分利用了钢材的抗拉性能, 减轻了结构自重, 特别适用于大跨度空间结构;悬索结构的建筑造型灵活多样, 易于适应各种要求的建筑平面, 钢索的柔和线条也有利于建筑体型的创新设计;相比于刚性空间结构, 悬索结构的刚度和稳定性较差, 常需设计附加结构来保证稳定。悬索结构的设计计算理论相对复杂, 商品化程度较高的相关实用计算程序不够完善, 难于被众多设计单位普遍采用。
4 结语
大跨度空间结构的设计与建造受人关注, 是土木工程领域的重要发展方向和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。
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中的有效途径等分析, 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
参考文献
[1]哈尔滨建筑工程学院.大跨度房屋钢结构[M].北京:中国建筑工业出版社, 1985.
[2]完海鹰, 黄炳生.大跨空间结构[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.
[3]王秀丽.大跨度空间钢结构分析与概念设计[M].北京:机械工业出版社, 2008
大跨度空间钢结构 篇5
大跨度大空间建筑通常是指最近两处柱所承载的梁宽不小于60米，净空高度大于8米的民用和工业建筑以及净空高度大于12米的仓库建筑。根据建筑形式可分为四类：
（1）展览馆、礼堂、剧场、体育馆、侯车（船、机）厅类建筑。多采用大跨度钢架结构，为净空较高的单层建筑。现代的候车（船、机）厅功能日趋多样化，演变为多层，各层通过电动扶梯连为一体。
（2）中庭式共享大空间建筑。中庭将各层连通，形成立体大空间结构。
（3）大型商、市场类建筑。层高不高，但平面面积较大，空间内无实体墙，多采用柱、空心墙、防火卷帘等进行分隔。
（4）大跨度厂房。多采用钢架结构。
可见，大跨度大空间建筑垂直净空高、上下中庭贯通、水平跨度大，多为人员密集或火灾荷载集中场所，区域使用功能统一，空间缺少分隔，行动距离长。主要表现为以下火灾特点：
1.1 火灾荷载大，火灾隐患突出，火势发展蔓延迅速。
大跨度大空间建筑高净空、大中庭、长跨度的特殊结构，有利于烟气快速流动，使火灾的迅速蔓延扩大成为可能。加之，单位火灾荷载大，一旦局部起火，瞬间形成大面积燃烧态势。一些大型商、市场类建筑，业主产权和经营方式多元化，管理无序，片面追求经济效益，轻视消防安全管理，造成内部灭火、分隔等消防设施配备不到位或故障瘫痪，防火间距（通道）被占用等重大火灾隐患，客观上为火势的发展蔓延提供了条件。
1.2 人员流动量大，疏散困难，极易造成群死群伤。
大跨度大空间建筑多为人员密集场所，人员流动性强，人流量大。火灾发生后，建筑内部被困人员大量涌向安全出口或疏散楼梯，极易因拥挤、踩踏造成群死群伤。建筑内较远的水平距离，也不利于人员快速有效疏散。
1.3 火灾现场高温、浓烟、毒气，环境复杂，难以实施内攻近战。
大跨度大空间建筑内部多采用可燃材料装修，燃烧产生的炙热高温和大量有毒烟气不利于救援人员进入内部。加之自然排烟不畅，现场高温热烟气积聚不散，内部浓烟弥漫，给人员搜救及内攻灭火带来极大困难。
1.4 障碍物多，作战纵深长，难以实施分隔堵截。
大跨度大空间建筑内部障碍物多，从入口到着火区纵深距离长，使得救援人员难以在短时间内打开进攻通道或建立阻火隔离带实施有效分隔堵截。
1.5 耐火性能差，易引发建筑坍塌事故。
大跨度大空间建筑水平跨度大，多采用钢结构支撑。由于材质单一，火灾中钢材升温极快，15分钟左右达到钢材料的耐火极限(550℃)。灭火冷却射水，骤冷、骤热使建筑构件强度大幅降低，降至正常强度一半左右，最终失去承重能力发生垮塌。
1.6 周边环境复杂，无法及时有效开展救援。
大跨度大空间建筑多处于城市闹市区繁华地带，车流、人流量大，若在早晚上下班高峰期发生火灾，因交通堵塞，消防车辆人员无法及时赶到现场实施救援。建筑体量大，外部作业面长，参战车辆多，通信联络困难，火灾现场混乱，无法适时调整力量部署，转移进攻阵地。
1.7 参战力量多，作战时间长，保障任务繁重。
大跨度大空间建筑火灾过火面积大，燃烧猛烈，需要的参战力量多，持续作战时间长，现场需要及时补充装备、物资、供水、生活、燃料等，战勤保障要求高，难度大。大跨度大空间建筑火灾处置对策
大跨度大空间建筑火灾处置，指挥员应当坚决贯彻“救人第一，科学施救”的指导思想，根据火灾不同的发展阶段，采取相应的技战术措施和处置对策。
2.1 火灾初期阶段。
火势尚未突破外壳，燃烧时间在15分钟之内，到场力量应迅速查明火情，以内攻为主，控制火势蔓延扩大。
2.1.1 内部侦察。大跨度大空间建筑跨度较大，为节省侦察时间，尽快掌握内部情况，降低危险度，可采取跨度两侧对向双进的侦察方式。侦察组应重点查明：一是被困人员的数量、位置及受烟火威胁的程度；二是着火点的位置、火势燃烧的范围、蔓延的主要方向以及对梁、柱等承重结构的威胁程度；三是使用测温仪等仪器，查明燃烧部位附近的钢结构受热情况和隐蔽火源的大致位置；四是钢构件受火势威胁的程度，发生变形倒塌的可能性和危险性；五是实施内攻的阵地、途径和路线等。
2.1.2 攻坚救生。攻坚救生组应佩戴好呼吸装具，使用水枪掩护，携带呼救器、对讲机、照明灯、担架或躯体固定气囊等必要的救生器材，深入内部救人。被困人员伤势不重可采取背、抬、扛、抱等方法救出，如遇险人员伤势较重，需使用多功能担架或躯体固定气囊救出，防止造成二次伤害。
2.1.3 内攻灭火。大跨度大空间建筑发生火灾，首先要占领消防控制室，启动室内自动喷淋、室内水幕和室内消火栓给水系统等内部消防设施，第一时间冷却钢架结构，控制火势蔓延，消灭火灾。内攻灭火组应采取交替掩护、梯队进攻及水枪阵地铺设、延伸的方法展开战斗。
2.1.4 破拆排烟。火灾初期阶段，建筑内部烟量不大。破拆排烟组应分别在下风和侧下风位置对建筑卷帘门、玻璃幕墙等进行破拆，达到自然排烟的效果。破拆铁质卷帘门，可选用双轮异向切割锯；破拆铁丝网，可使用无齿锯；破拆玻璃幕墙，可利用玻璃破碎器和双轮异向切割锯配合使用。
2.2 火灾发展阶段。
火势已突破外壳、建筑物结构尚未发生变形或坍塌，建筑内部烟雾浓，温度高，不利于开展侦察救生和强攻冷却，必须重点实施排烟降温，内外夹攻，上下合击。
2.2.1 破拆排烟。一是对屋顶彩钢板实施破拆。利用举高车将破拆组人员送至屋顶实施破拆，打开排烟和射水通道。为安全起见，操作人员应架设单杠梯，并用安全绳保护，防止坠落伤人，同时用水枪或灭火器进行监护和掩护，防止破拆引发起火或灼热烟气伤人。破拆排烟口应尽量靠近火点，使高温烟气从上方迅速排出；二是对建筑外围广告牌实施破拆。可以采取整体拉拽破拆和局部破拆两种方法，消除障碍，开辟外部进攻通道。整体拉拽，用钢丝绳捆绑住广告牌，利用消防车实施拉拽，或者使用大型破拆机械直接实施破拆。局部破拆，选用无齿锯等专业器材进行破拆，操作过程中应加强防化，防止被突破的高温烟气和火焰灼伤。
2.2.2 机械排烟。首先采用建筑内部固定排烟设施排烟，其次使用排烟风机、排烟车等移动装备，采取负压或正压送风方式排烟。
2.2.3 冷却灭火。在火势发展阶段，大跨度大空间建筑有倾覆倒塌危险，应尽量避免人员深入建筑内部，采取移动摇摆炮和灭火机器人相配合的方式对梁、柱等承重结构实施冷却保护。
建筑物净空较高时，可利用车载炮、高喷车对建筑物外部的钢屋架、彩钢板屋顶或墙体进行射水冷却。
2.2.4安全预警。为防止大跨度大空间建筑发生垮塌，应认真做好安全预防工作。一是在建筑主出入口利用警戒桶、警戒灯、警戒带等器材对火灾现场实施警戒，严格控制无关人员和车辆进入现场，维护现场秩序；二是在火场入口处设置安全员，负责检查内部侦察、救生、掩护以及内攻人员的个人防护情况；三是在建筑周边设置观察哨2-3组，每组两人，1人手持望远镜，观察着火建筑的结构变化，监视整个建筑有无倾斜、异常声响或结构变形坍塌危险，另1人携带手持台、手摇报警器，一旦发现危险征兆，按照紧急避险命令，同时发出声、光、电报警撤退信号，待人员全部撤到安全地带后，统一进行清整。夜间还应增加光束、显示牌等光电信号。
2.3 火灾猛烈阶段。
整个建筑发生大面积燃烧，屋顶极有可能或已经发生坍塌，无人员被困或完全有把握情况下，切不可盲目派兵强行内攻，应以外部冷却控火为主。
利用高喷消防车从外部压制火势，大功率车载炮冷却灭火。在条件允许的情况下，可使用移动炮和灭火机器人深入内部灭火。大跨度大空间建筑火灾持续作战条件下的战勤保障
如前述，大跨度大空间建筑火灾具有燃烧面积大、参战力量多、作战时间长的特点。因此，应在第一时间调集器材装备、灭火剂、燃油、通信等专勤车辆遂行作战，并广泛动员社会相关应急力量，积极做好持续作战条件下的战勤保障工作。
3.1 安全防护保障。
深入内攻近战可能造成人员中毒、烧伤、灼伤及建筑倒塌砸伤等不利情况，必须采取有效的防护措施，确保人身安全。参战人员要认真做好个人防护，穿戴好头盔、防护服（靴）。特别是内攻人员要佩戴隔绝式呼吸保护器具，长时间作战需要佩戴氧气呼吸器。应准备好移动供气源，及时调集充足的备用气瓶、充气车、头盔、防化服等装备到场。
3.2 火场供水保障。
扑救大跨度大空间建筑火灾用水量大，在利用建筑周边消火栓供水的同时，要就近选择可靠的消防水源，利用中低压泵消防车接力供水。必要时，要利用现有大吨位水罐车远距离运水供水，或调用环卫、园林、交通等部门运水车辆协助供水。条件允许时，可使用机动泵收集废水，确保火场供水连续不间断。
3.3 火场通信保障。
为保证火场内外通信畅通，应准备好手持电台和备用电池、通信导向绳、备用电源。必要时，应使用专业设备器材，架设收发天线组建局域通信网络。
3.4 装备器材保障。
根据现场破拆和灭火工作需要，可调用社会相关单位的大型破拆工程机械及起吊清障车辆，干粉、高倍数泡沫灭火药剂；调动燃油（汽油、柴油、专用油等）燃气供应车辆到现场补给动力源；还应及时调动维修车辆、维修器材和维修人员到场，对长时间投入作战的车辆及故障车辆进行保养和抢修。
3.5 生活物资保障。
消防官兵长时间作战，饥饿难耐，身心疲惫，为了及时恢复体能，应调集食品、饮用水等生活物资到场，分批次轮换休息调整。结束语
大跨度大空间建筑火灾扑救是灭火作战的重点和难点之一。消防部队要全面掌握辖区内大跨度大空间建筑基本情况，根据使用功能、内部结构、危险特性制订灭火战斗预案。针对火灾初期、发展、猛烈的不同阶段，立足最复杂、最不利、最危险、最困难情况，开展灭火作战
大跨度空间钢结构 篇6
关键词：大跨度建筑；钢结构；大跨度结构；结构设计
0引言
随着社会经济的飞速发展以及人民生活水平提高，大跨度结构是经济和社会发展的需要。在20世纪后半期结构工程所取得的巨大成就下，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，以满足人们对生活空间的追求。
1大跨度钢结构应用
大跨度结构的跨度没有统一的衡量标准，国家标准《钢结构设计规范》、《网架结构设计与施工规程》将60m以上定义为大跨度结构，计算和构造均有特殊规定。我国目前最大跨度做到340m，以钢索和膜材做成的索膜结构最大已做到320m。
大跨与空间钢结构主要用于公共建筑，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。大跨度结构也用于工业建筑，如飞机制造厂的总装配车间、飞机库、造船厂的船体结构车间等等。这些建筑采用大跨结构是受装配机器（如船舶、飞机）的大型尺寸或工艺过程要求所决定的。大跨度结构主要是在自重荷载下工作，主要矛盾是减轻结构自重，故最适宜采用钢结构。在大跨度屋盖中应尽可能使用轻质屋面结构及轻质屋面材料，如彩色涂层压型钢板、压型铝合金板等。
在大跨度空间结构中引入现代预应力技术，不仅使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。通过适当配置拉索，或可使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载，前者即为斜拉结构体系，后者则为预应力结构体系。这一类“杂交”结构体系将改善原结构的受力状态，降低内力峰值，增强结构刚度、技术经济效果明显提高。目前我国已在80余项大跨空间钢结构工程中应用了预应力技术，如广东清远市体育馆(六点支承，对角柱跨度89m，六块组合型双层扭网壳)在周边设6道预应力索后其用钢量44．3kg/m，约比原方案节省钢材32％，其它一些类型的网壳结构采用预应力技术后一般都可节约30％以上的钢材。目前许多高校对索托结构，索网结构等以高强钢索与钢材为主承重结构的预应力钢结构新体系，正在进行理论研究，积极准备工程实践，可以预期新型的预应力大跨空间钢结构不久即将涌现在各类建筑中。
膜结构是当前我国正在兴起的一种空间结构，其中应用较多的是张力膜结构。这是一种以玻璃纤维织物或聚酯纤维织物为基层，以聚四氟乙烯或PVC为涂层的膜材与不同类型的支承体系间的组合，而其支承体系可为索一支柱或索一杆结构,它们常在膜材获得预应力后协同工作。
2项目概况
本项目为某活动中心的屋盖设计，屋盖采用一个三角形钢管大跨桁架，下部结构拟采用现浇钢筋混凝土框架结构，柱截面1200x700mm，框架抗震等级为二级。为了满足屋面开窗要求，屋面采用三角形钢管大跨轻型钢结构桁架；基础拟采用独立基础加防水板。经分析，如果对该屋盖采用混凝土结构，则截面估算约为800x2500mm。而由于屋盖自重的增大，下部结构的柱截面也增大至1500x800mm。
1.建筑结构方案比较分析
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。
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。为此，本项目的屋盖最终采用了三角形钢管大跨桁架结构方案。
2.大跨钢结构设计要点
近年来大跨屋盖建筑的数量和规模增长迅速；对大跨屋盖建筑的抗震设计重视不够。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，结合本项目大跨钢结构屋盖的设计实例，笔者总结了对于大跨空间钢结构来说，其设计要点如下：
5.1结构布置
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。
5.2防震缝设置
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。
结合工程实践经验，笔者建议大跨屋盖结构防震缝的缝宽可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确定。对于规则结构，缝宽也可将多遇地震下的最大相对变形值乘以不小于3的放大系数近似估计。
5.3计算分析方面
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、地震效應组合、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。
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。建议了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.结论
本文从比较混凝土结构、组合结构以及钢结构出发，分析比较钢结构应用于大跨度空间结构中的优势，结合笔者从事大跨度钢结构设计实践经验，提出大跨度钢结构设计要点，可为大跨度钢结构设计提供参考借鉴。
参考文献：
[1]白永生，许巍，蒋永生，等．对某大跨、重载裙房屋面大梁结构设计方案的比较与分析[J]．江苏建筑，2002，23（03）：31-33．
大跨度空间钢结构 篇7
1 大跨度空间钢结构的主要特点分析
虽然大跨度空间钢结构在我国已经有了较长时间的运用, 近几年也取得了较为大的进步, 比如08年奥运会场馆的建设等, 但是国内在该方面的基础技术研究还是相对较为薄弱的, 缺乏核心技术的支持。北京奥运会各主要场馆的建设, 给我国大跨度空间钢结构的发展带来了良好的发展契机, 并且不断产生的新兴技术的融合。总的来说, 大跨度空间钢结构在我国的发展, 主要呈现出下面几个特征。
1.1 结构模式多样化
随着经济技术的发展以及科学水平的进步, 大跨度空间钢结构有了较好的发展基础, 尤其是其在房屋建筑工程中的运用, 已经摆脱了传统式的单一结构模式, 并实现了新旧结构模式之间的有效结合, 在新旧结合之上进行了创新化组合, 最终使得我国的大跨度空间钢结构逐渐展现出其复杂化和结构模式多样化的的特点。
1.2 钢材选择的特殊性
由于房屋建筑施工不同与其他工程施工, 其对于建筑结构的美学性有着较高程度的要求, 以往的建筑结构所采用的钢材已经不能满足于当前房屋建筑施工的建筑需要, 应对其进行对比筛选, 从而使大跨度空间钢结构更具发展空间。比如说在钢材厚度的选择上, 传统厚度的钢材已经不能满足当前的大跨度空间钢结构的施工技术发展需求。
1.3 结够构件加工的困难性
为了能够保证整个房屋建筑的总体质量, 在进行大跨度空间钢结构的房屋建设中, 需要对施工构件的细节部分进行严格处理, 在构建加工、规划和设计上, 存在着较大的难度。其在工程施工中的连接问题, 是大跨度空间钢结构所面临的主要问题之一, 在一定程度上给房屋建筑中的大跨度空间钢结构施工产生了一定的阻碍。
1.4 结构节点的复杂性
根据现代房屋建筑的进一步要求, 传统的结构形式已经不能适应现代化房屋建设的需要, 特别表现在对于结构节点的设计, 更多的造型设计要求使得了结构节点的设计模式不断的增多。另一方面, 由于结构节点模式的多样性变化, 就产生了较多的需要进行处理的构件, 且这些构建之间的用途和规格具有一定的差异, 给房屋建筑施工增添了一定的复杂性。
1.5 焊接工作量大
在当前的大跨度空间钢施工过程中, 存在着较多的需要进行焊接处理的施工环节, 并且其对焊接工作的质量要求较高, 给焊接施工带来了较大的挑战。
2 大跨度空间钢结构的主施工技术和方法
2.1 整体提升法
大跨度空间钢结构中的整体提升施工法对支撑结构体系的质量要求较高, 且其通常情况所耗费的施工成本相对较大, 所以其在各种大型体育场馆建设中的运用相对较少。由于该施工技术方法对于支撑结构的体系要求以及钢结构的质量要求较小, 其在单位面积或者网架结构形式的房屋建设中得到了较多的应用。
2.2 滑移施工法
对于滑移施工法的运用, 需要一定的钢结构基础, 其所采用的钢结构应具有规范化、整齐划和规则化的基础, 比如长方形结构或者的圆形结构。除此之外, 在滑移施工法的运用过程中, 还应注意保持主桁结构的一致性, 其支撑轴线应具有一定的规范性和整齐性。在工程实际建设过程中, 滑移施工法较多的运用在土建结构和支撑柱的施工中, 其能有效的在较小的施工场地上进行区域内的构建组装。
2.3 高空原位单元安装法
高空原位单元安装法是在对散装法的改善基础上发展而成的, 其主要施工工序由焊接工序和拼接工序, 且其能通过有效的减少相应的临时支撑的建设, 降低施工中所耗费的成本, 达到了一定的经济效益。首先, 单元安装法在对起重机能力以及结构形式考虑的基础上, 对吊装单元进行合理的划分。其次, 通过对空间梁柱结构反弯点静分段的设置, 形成具有一定稳定性和强度的空间钢结构, 并且对以上单元在工厂进行预拼接, 从而保证现场单元的顺利拼接, 确保施工质量。
3 房屋施工中大跨度空间钢结构的主要施工工序
3.1 煨弯及切割
通常来讲, 对于主桁架的选择应保证其具备一定的弧度, 从而满足设计和造型方面的要求。煨弯过程中的冷煨弯和加热煨弯是钢结构施工过程中较为重要的工序之一, 一般情况下在进行煨弯处理时, 通常采用校正的方式来保障工程的顺利开展, 如果出现煨弯时的较大误差, 可能会给相对贯口的施工增加一定的难度。
3.2 铸钢件施工
铸钢件有着良好的力学性能和成型性能, 能够较大程度的满足房屋建筑施工所需要的质量要求, 但是钢结构节点位置上的设计相对复杂, 所以在施工过程中可以采取铸钢件的节点方式, 但是需要注意以下情况:首先其所选取的铸钢件的力学性能应符合要求, 同时应达到相关焊接标准, 避免其对施工质量产生的影响。其次应注意铸钢件表面是否存在着气孔并对其外形和蜂窝麻面、规格、外形和尺寸进行检查。第三, 在铸钢件焊接过程中应注意环境温度和预热温度的控制, 使焊条烘烤条件能够满足相关要求。
3.3 吊点的设置
吊点的设置相对来说是比较简单的一道工序, 但是对于异行施工空间来说, 其需要进行相应的建模计算, 并根据起重机的位置和吊装物的基本特征确定出吊点的长度以及位置等信息。
3.4 地面拼接
地面拼接的主要拼接方法有侧拼、正拼和倒拼, 其拼装方法的选择主要是根据建筑结构组装空间、分段位置、桁架结构以及矢高等因素而决定性, 其安装效果可能会受到安装精度以及地面拼桩质量的影响, 所以在进行地面拼装的过程中应注意对胎架刚度、拼装方法、放线和安装顺序进行控制, 从而保障正确的焊接精度和节点位置。
4 加强大跨度空间钢结构在房屋施工中应用的具体措施
合理的施工技术和施工方案对房屋施工中的大跨度空间结构钢施工有着重要的影响作用, 当前阶段所采用大跨度空间钢结构施工的复杂性相对较高, 所以其在施工运用中所应注意的技术问题也相对较多。
4.1 充分运用施工仿真技术
仿真技术主要是通过对大跨度空间钢结构在房屋建筑施工中的施工过程进行模拟演练, 从而对存在的问题进行查看和分析, 并制定出相对应的补救措施, 最终提升大跨度空间钢结构在房屋建筑工程中的稳定性和可靠性。其模拟演练和分析过程主要包括以下几个方面:大型构件的吊装过程、房屋施工的主要阶段和关键环节演练、大跨度空间钢结构的焊接变形、构件组成和拼装过程仿真、结构受力变形仿真、后期拆卸施工仿真。
4.2 采用施工监测系统
由于大跨度空间钢结构施工在房屋施工过程中存在着众多的影响因素, 所以施工单位可以运用施工监测系统对房屋建筑中的大跨度空间钢结构施工进行全面监督和管理, 从而降低施工中可能发生风险的几率, 并运用先进的监测仪器保证监测数据的精准性和可靠性, 从而为大跨度空间钢结构在房屋施工中的顺利应用提供相应的保障。
4.3 施工质量控制
房屋施工中的大跨度空间钢结构施工过程中存在着一定的安全隐患和质量问题, 比如对钢结构的承载能力来说, 其承载能力的不到位可能会导致失稳现象, 严重情况下还可能会产生塌方, 所以在进行钢架结构的构件设计时, 应对以上内容进行细化处理, 在遵循建筑施工原则的基础上, 减少结构施工中的安全问题, 保证施工质量。
5 结语
当前大跨度空间钢结构技术的发展势态还相对较为迅猛, 随着社会经济的不断发展和房屋建筑设计及造型的需要, 大跨度空间钢结构的施工难度也会随之进一步增强, 应在当前的施工过程中不断的进行经验的总结, 从而为后期的大跨度空间钢结构施工积累相应的技术和经验。
参考文献
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大跨度空间钢结构 篇8
拱形结构在承受荷重后除产生重力外还要产生横向的推力, 为保持稳定, 这种结构必须要有坚实、宽厚的支座。在长期的实践中人们又在单向筒形拱的基础上, 创造出一种双向交叉的筒形拱。而之后为了建筑的发展热门又创造出了穹隆结构。
在大跨度结构中, 结构的支点越分散, 对于平面布局和空间组合的约束性就越强;结构的支承点越集中, 其灵活性就越大。由于支承点的相对集中而给空间组合带来极大的灵活性。
2 网架结构
网架结构像框架结构一样, 承重系统与非承重系统有明确的分工, 即支承建筑空间的骨架是承重系统, 而分割室内外空间的围护结构和轻质隔断, 是不承受荷载的。在网架结构体系下, 室内空间常依照功能要求进行分隔, 可以使封闭的, 也可以是半封闭或开敞的。
2.1 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。
2.2 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、变形小、应力分布均匀、抗震性能好能大幅度地减轻结构自重和节省材料;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。
3 壳体结构
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。
3.1 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。壳体结构既可以单独使用又可以组合起来使用;既可以用来覆盖大面积空间, 又可以用来覆盖中等面积的空间;既适合方形、矩形平面要求, 又可以适应圆形平面、三角形平面, 及至其他特殊形状平面的要求。
3.2 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。因为壳体结构属于高效能空间薄壁结构范畴, 可以适应于力学要求的各种曲线形状, 所以其承受弯曲及扭转的能力远比平面结构系统大。另外, 因结构受力均匀, 因而可充分发挥材料的材耗, 所以壳体结构体系非常适用于大跨度的各类建筑。
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。双层悬索结构平面呈圆形, 索分上下两层, 下层索承受屋顶全部荷载, 为承重索;上层索起稳定作用, 为稳定索, 上下两层索均张拉于内外两个圆环上而形成整体。这种形式的悬索结构承重索与稳定索具有相反的弯曲方向, 这两种索交织成索网, 经过预张拉后形成整体, 具有良好的稳定性和抗风能力。
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;悬索结构除跨度大、自重轻、用料省外还具有平面形式多样 (除可覆盖一般矩形平面外还可以覆盖圆形、椭圆、正方形、菱形乃至其他不规则平面的空间) , 使用的灵活性大、范围广;由多变的曲面所形成的内部空间既宽大宏伟又富有运动感;主剖面呈下凹的曲面形式, 曲率平缓, 如处理得当既能顺应功能要求又可以大大节省空间和空调费用;形式变化多样, 可以为建筑形体和立面处理提供新的可能性。在大跨度结构建筑选型时, 悬索结构由于没有繁琐支撑体系的屋盖结构选型, 所以该种结构是较为理想的形式。在荷载作用下, 悬索结构体系能承受巨大的拉力, 因此要求设置能承受较大压力的构件与之相平衡。
5 膜结构
薄膜结构也称为织物结构, 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。
5.1 膜结构的主要形式
膜结构按其支承方式的不同, 一般包括: (1) 空气膜结构:大跨度时往往在建筑物的对角线方向布置交叉的钢索, 对膜面起加劲作用。而气胀式空气膜结构则是将膜材做成周围密封的圆形双层, 充气后形成飞碟状;或将膜材作成半圆形圆筒, 充气后如同半个轮胎, 以此为单元组合成各种屋盖。 (2) 悬挂膜结构:般采用独立的桅杆或拱作为支承结构将钢索与膜材悬挂起来, 然后利用钢索向膜面施加张力将其绷紧, 这样就形成了具有一定刚度的屋盖。 (3) 骨架支撑膜结构:这是以钢骨架代替了空气膜结构中的空气作为膜的支撑结构, 骨架可按建筑要求选用拱、网壳之类的结构, 然后在骨架上敷设膜材并绷紧, 适用于平面为方形、圆形或矩形的建筑物。 (4) 复合膜结构:由钢索、膜材及少量受压的杆件组成, 由于主要用于圆形平面, 称“索穹顶”。该结构适用于大跨度的圆形或椭圆形建筑。
5.2 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。
6 结语
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。
摘要：大跨度空间结构多用于多功能体育场馆, 会议展览中心, 博览馆, 候机厅, 飞机库等。其结构形式主要包括:拱券结构及穹隆结构、网架结构、壳体结构、悬索结构、膜结构等五大空间结构及各类组合空间结构。
大跨度大空间建筑火灾扑救探究 篇9
1 大跨度大空间建筑的火灾特点
1.1 高温下建筑顶部容易坍塌。
大跨度大空间建筑框架一般采用钢结构, 当钢构件自身温度达到350℃、500℃、600℃时, 其强度分别下降1/3、1/2和2/3。在全负荷情况下, 钢构件失去平衡稳定性的临界温度为500℃左右。而在火灾中, 高温烟气聚集建筑顶部, 致使温度上升, 受高温作用, 钢强度下降非常迅速, 在建筑顶部自身重力的作用下, 整个顶部就有坍塌的危险, 给实施内部灭火行动造成极大困难。此外, 钢构件受热膨胀, 火场射水遇冷会急剧收缩, 易破坏建筑的稳定性。
1.2 火势迅猛, 易造成人员伤亡。
因大跨度大空间建筑内部空间大, 空气充足, 可燃物多, 火灾荷载大、内部结构复杂, 极易发生轰然, 很快就会发展到猛烈发展阶段;建筑装修材料燃烧分解出大量的一氧化碳、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮和其他有害气体, 以及燃烧所消耗的大量氧气, 使内部空间的氧含量急剧下降, 有害气体的浓度迅速增大, 被困人员很容易中毒窒息、死亡;内部面积大, 生产作业时人员距离疏散出口距离远, 被困人员逃生困难, 极易造成人员伤亡。
1.3 障碍物多, 难以组织内攻扑救。
大跨度大空间建筑面积大, 坍塌物纵横交错, 内部设备多, 实施内攻、延长进攻线路、转移阵地都非常不便, 加之内部火灾荷载大, 燃烧猛烈, 内部结构复杂, 深入内部救援、强攻救生难度较大, 建筑坍塌后搜救难度更大。同时, 随时可能出现倒塌, 内攻危险性较大。
1.4 屋面结构复杂, 破拆难度大。
大跨度大空间建筑多数屋面采用钢构件, 横截面积大, 屋面呈弧形, 屋面板内充装的保温材料多数具有可燃性, 火灾中人员难以在屋面上停留, 现有破拆器材难以在短时间内破开屋面, 进行排烟或控制火势蔓延。另外, 出现坍塌后, 钢构件相互连接在一起, 很难破拆开口向内射水灭火。
2 大跨度大空间建筑火灾的扑救措施
2.1 火情侦察。
到场后, 通过询问知情人, 了解起火部位、被困人员情况, 了解起火部位、被困人员情况, 了解有无易燃、易爆及贵重仪器设备, 了解建筑内部楼层的基本分布, 并注意查看建筑内部楼层的承重结构是否变形。组织人员进入内部侦察, 要查清与核实被困人员数量、所处位置、火势蔓延途径、燃烧物性质、燃烧范围、有无易燃易爆及贵重物品;确定进攻路线和灭火阵地的位置, 分析判断承重构件变形及坍塌的可能性。深入内部侦察时, 可组织精干力量分若干侦察小组, 从多个入口同时进行。
2.2 冷却降温。
扑救大跨度大空间建筑火灾时, 要确立“冷却先于灭火”的战术思想, 利用水炮和高喷消防车远距离向建筑顶部或窗口射水冷却降温, 使钢构件的表面温度下降, 从而有效保证钢构件的强度不遭破坏。同时, 冷却钢结构散发出的水蒸气可以提高火场的湿度, 降低火场的环境温度。在对钢构件建筑进行冷却时要做到均匀全面, 防止水流过强, 形成较强的局部冲击力, 造成钢建筑构件局部骤然降温, 引起建筑物构件变形收缩。
2.3 合理设置水枪阵地。
在扑救大跨度大空间建筑火灾时, 要尽量使用射程远的大口径水枪、移动炮、车载炮等, 从远距离向房顶、窗口射水冷却和灭火, 要尽量减少登高和进入室内的灭火人员数量, 防止建筑倒塌伤人。在火场温度降低到安全系数以内、确认无倒塌危险时, 迅速调整水枪阵地, 依托门、窗等部位设置水枪阵地, 从不同角度加强灭火强攻, 以强大的密集射流靠近火点灭火。当燃烧面积过大时, 要采取穿插分割的方式进行灭火, 即先堵截火势的蔓延, 然后利用框架内的间距、堆垛的间隔、通道等有利条件, 进行分割, 将燃烧区分割成若干片, 尔后逐片予以消灭。
2.4 排烟散热。
选择下风方向实施有效的排烟排热, 切忌形成四面围攻灭火的阵势, 导致高温烟气不易散出。排烟时, 可以运用建筑内部自动排烟设施、通风空调系统进行排烟, 利用移动排烟设施进行排烟, 也可开启排烟窗或破拆局部结构进行排烟。同时, 也可采取破拆排烟口引导和改变火势蔓延方向, 实现取舍适当, 攻防结合, 让现场高温烟气尽快散出, 为有效实施内攻控火创造有利条件。
2.5 启动内部消防设施。
扑救大跨度大空间建筑火灾时, 应贯彻“固移结合”的思想, 在火灾初期阶段应该组织精干力量进入建筑内部启动消防设施, 从而有效的控制火灾蔓延发展。
2.6 火场供水。
充分利用内部固定灭火设施出水灭火。当固定供水系统不能满足前方灭火用水需要时, 要迅速利用消防车由水泵接合器向建筑内部管网供水, 补充水量增加水的压力。为满足大量冷却用水的需要, 及时安排大吨位消防车向火场运水, 保证火场供水。
2.7 通信保障。
消防人员进行内部火情侦察和内攻灭火时, 可利用单位内部的手持对讲机等移动通信设备与室外保持联络, 也可在火场设置临时有线通信系统, 保证室外与室外的正常通信联络;情况紧急时, 也可利用照明信号或扩音喇叭喊话进行联络。
另外, 对隐藏在塌落物体下面的燃烧, 要根据情况采取牵引和破拆措施, 清除燃烧上面的障碍物, 彻底消灭火势, 以防复燃。
3 大跨度大空间建筑火灾扑救的安全措施
3.1 内部侦察和内攻近战时, 要在外部增设观察哨, 观察厂房的梁、
柱、人字架等构件有无扭曲、变形、坍塌等迹象, 确保内部侦察人员的安全。
3.2 实施内攻时, 要控制内攻人员数量。
进入火场前, 安全员要登记进入火场人员数量、姓名和空气呼吸器的压力。每隔1分钟与内攻人员联系1次, 记录内攻人员的位置、空呼余压值。安全员一旦与内攻人员失去联系, 要迅速派出预备救援小组, 根据安全员最后记录的内攻位置快速前往救援。
3.3 内攻近战时, 要组织水枪掩护, 水枪手要选择能及时躲避热浪的位置进行射水, 射水时不能使用直流水直射高温的彩钢板墙体或钢构件, 以防止高温、热气浪反扑伤人。
3.4 内攻近战时, 要同时组织2个攻坚小组, 从有利的突破口攻进火场, 两组之间要相互交替掩护进攻。
3.5 大型钢结构建筑火灾, 要尽量使用大口径水枪或水炮冷却承重钢构件, 保持构件的承重强度。
射水时要注意使用喷雾、开花水流或直流折射的方法;破拆时动作不能过大, 防止局部结构失去稳定性而发生倒塌。
3.6 尽量减少登高的灭火人员。灭火人员在顶部行走时, 脚要踩在屋顶的承重部位, 防止坠落或滑落伤人。
3.7 大跨度大空间建筑局部承重构件发生扭曲变形或火场发生其他突变情况, 严重威胁消防人员的安全时, 要立即组织撤退。
4 结论
大跨度大空间建筑火灾已经成为目前消防部队面临的重点课题。对此, 各级消防部队要强化对大跨度大空间建筑火灾的研究, 掌握其火灾燃烧特点、规律和相应的对策和战法, 不断提高部队扑救此类火灾的实战能力。
摘要：分析了大跨度大空间建筑的建筑特点、火灾特点和火灾危险特性, 研究了大跨度大空间建筑火灾扑救方法, 明确了需要把握和解决的主要问题, 为大跨度大空间建筑火灾扑救提供参考。
大跨度大空间建筑防火对策分析 篇10
1.1 钢结构高温中强度会变低, 存在塌陷风险。
钢结构物质在高于350℃的环境下, 它的强度就开始变低。在500℃时约为常温时的1/2, 600℃时约为常温时的1/3。一般火场温度可达到800-1000℃。在此种气温中, 钢结构会严重的变形, 部分区域发生破损, 导致钢结构发生塌陷。一般的钢结构在火灾发生后的15分钟, 就不具有了承重性, 进而发生塌陷。
1.2 钢结构厂内可燃物多, 火情发展快。
钢结构厂房建筑内, 人员、设备聚集, 厂房中原料等一般都是可燃的, 有的还是易爆或者有毒的, 如制衣厂的布匹、纺织厂的棉花、印刷厂的纸张电缆厂的橡胶、化工企业的爆炸性物质等。同时因为未设置合理的防火间隔, 门窗很多, 而且有着良好的通风性, 如果出现火灾, 火情发展速率非常快, 当受到热气流的干扰的时候, 就容易引发大规模的火情。
1.3 群众的撤离和火情的救助有难度。
建筑体出现火情之后, 在短时间内就会发展的很严重, 其中的易燃物的发烟数非常大, 同时烟雾之中有很多的毒气, 因为规模宽, 结构繁琐, 群众和疏散口的距离非常远, 被困的群众可能会因为吸入烟尘中毒而死亡, 疏散有难度。在开展救火工作的时候, 因为它的跨度非常大, 工作者无法进入到里面救助, 火灾在扑救时由于水枪射流的冲击冷却作用, 此时弯曲的钢件的强度变弱, 此时更加的容易导致其塌陷, 进而引发更大灾情。
2 轰燃的发生条件及应对措施。
一般来讲, 建筑体首先是可燃物质出现阴燃现象, 然后在特定的气温中, 遇到风力干扰阴燃就会变为明烧, 此时速率提升了, 在火源的上方形成了烟羽流, 在其上升时不断吸收周围的气体, 如果其受到建筑体的阻挡的话, 就会朝着下方扩散, 此时它在下落后会再次浮起, 并在室内形成逐渐增厚的热烟气层, 此时气温不断升高, 烟尘浓度也增加了, 这时候假如发生火情的建筑体外在传热性较低的话, 其气温会显著的提升, 由于火焰热气层和壁面将大量热量反馈给可燃物, 易燃物会快速燃烧, 进而导致火情瞬间加大, 出现轰燃现象, 如果出现了这种现象, 建筑中的所有易燃品都会燃烧。目前一般认为要使室内发生轰燃, 地面可燃物接受到的热通量应不小于20k W/m2, 或顶棚下的温度应接近6000℃, 此外在轰燃发生前, 燃烧速率一般要超过40g/s。影响轰燃的因素应包括:可燃物的性能和存放数量;向燃烧区供应空气量, 如有的建筑, 空间很大具备了足够的空气供给, 顶棚温升慢, 热量散失快, 故较难发生轰燃;有些建筑, 空间在有效的喷淋控火和降温作用下, 轰燃也较难形成;有些建筑, 空间较小, 通风条件不理想, 空间内无控制初期火灾设施, 一旦通风突破限制极易形成轰燃。要达到防止火灾扩散和蔓延的目的其措施应不只设置防火分区一条, 如控制可燃物的数量限制, 氧气的供给等措施都可以防止火灾大规模的蔓延, 这些具体措施必须针对具体建筑通过科学的计算分析, 严格的理论或实验证明可以达到阻止火灾蔓延的目的。
3 防火分区的设计方法
由于经济高速前进, 各种建筑大量建造。身为消防机构, 要切实的结合国情状态以及自然环境等的差异性来分析, 不应该单纯的按照一种规定开展工作, 要具体问题具体分析, 对危险性因素要积极的开展量化分析, 而且要对火情状态和其他干扰因素等开展恰当的分析, 而且要分析设定的消防安全目的是不是可以实现, 进而结合具体的状态对方案调整, 全面的论述各项要素对于火情的干扰, 探索怎样确保建筑的总体稳定性, 获取最为优秀的规划内容。具体的措施有如下的一些:
3.1 强化自动消防措施设置。
设立动态防火分区按照传统的理解, 意味着采用防火墙防火门窗等实物对建筑空间进行分隔, 从而将火势限定在分区范围内。它强调的是对“火势发展范围”的控制, 因此是一种静态的被动火灾控制手段;防火分区同时还有另一层含义, 即勿需对空间进行实体分隔, 而是通过设置高密度快速反应的水喷淋装置, 建筑材料的阻燃及可燃界面的非连续化等措施将火势限定在最小范围内, 它突出的是对“着火源”的控制, 因而是一种动态的积极防火手段, 也是一种动态的防火分区, 可有效的将火势控制在一定范围内。
动态防火分区的确定必须要考虑建筑的功能性质规模等基本情况, 同时还应根据建筑人流物流时间空间内部外部静态动态等具体场景的不同, 结合建筑的其它防火设计予以考虑。通过火灾动力学原理以及各种消防措施的综合分析加以选择, 目前我国还没有比较权威的综合设计分析方法, 一般而言, 当建筑内设有灵活可靠的消防设施 (如快速反应水喷淋系统) , 起火源及火灾负荷得到有效控制, 可燃物质的非连续化、相互间距合理、有安全疏散体系, 则可以考虑采用动态防火分区的方法。
3.2 布局隔离带。
以会展类建筑为例, 此类区域中有非常宽阔的存烟区域, 有效的布局烟气控制体系能够延缓烟气扩散, 而且范围广, 便于人员疏散, 如果再考虑能够有效防止火势在整个展厅内蔓延的消防措施, 则可以保障展厅内人员在安全疏散期间不会受到烟气的威胁。会展类建筑的展厅内部虽然不能采取严格的防火分隔措施将其划分为多个防火分区, 但是如果借用森林火灾和草原火灾中常用的“防火隔离带”概念, 利用“防火隔离带”将展厅划分为多个面积小于10000m2的防火单元, 也可发挥出防止火情扩散的作用。该项设置活动要合乎如下的两项规定。第一, 这个区域之中禁止设置展位。确保没有易燃品。第二, 确保其宽度, 确保在隔离区域的一处出现火情的时候, 不会影响到另外的区域。第一个要素能够经由相关的警戒标示以及有序的管控来实现。而第二项要素要经由有关的辐射知识来论述。
摘要：本文主要对建筑防火对策进行了技术分析。具体分析了钢结构建筑的火灾隐患以及防火措施, 阐述了轰燃的发生条件以及应对措施, 探讨了防火分区的设计方法, 重点分析了强化自动消防措施和布局隔离带的设置。
关键词：大跨度大空间建筑,防火分区,设计
参考文献
[1]大跨度大空间建筑防火的对策浅析[Z].
[2]浅谈大跨度、大空间建筑防火分区的划分[Z].
大跨度拱桁架结构方案优化分析 篇11
关键词:张弦拱桁架;索;拉杆;预应力分析;屋盖结构选型
中图分类号:TU758文献标识码:A文章编号:1000-8136(2010)05-0061-02
1 工程概况
本工程为陕西省榆林市漠海丽江餐饮有限公司餐饮中心生态种植区的钢屋盖结构,屋盖结构主体采用钢管立体桁架结构,跨度60 m,柱距8.1 m,设计基准期为50年,设计使用年限为50年,建筑结构的安全等级为二级,结构重要性系数r0=1.0。根据GB50223—2008《建筑结构设防分类标准》和GB50011—2001《建筑抗震设计规范》的要求,本地区抗震设防烈度为6度(0.05 g),设计地震分组为第一组,地类别为Ⅲ类,特征周期Tg=0.45 s。根据GB50009—2001《建筑结构荷载规范》的要求,本地区基本风压:W0=0.4 kN/m2,基本雪压:S0=0.25 kN/m2,温度作用:±30℃。屋面恒荷载:上弦0.60 kN/m2(不含自重),屋面活载:0.5 kN/m2。
2 屋盖结构方案的制定
由于甲方要求结构外形简单、流畅,空间大,且该工程跨度大、体量大,因此选择合理的网架类型是保证结构方案安全经济合理的关键。为减少设计工程量,利用国内成熟管桁架设计软件3D3S8.0近似模拟网架的实际工作条件。考虑到建筑和传力方式的要求,选择了管桁架的结构形式,见图1。图1(Ⅰ)的结构在支座之间不拉索和杆,该结构具有强度高,重量轻等良好的力学性能,结构外形简单、流畅、空间大、施工难度低、节约材料等优点。图1(Ⅱ)的结构在支座之间拉6X37-φ47.5有机芯1700(公称抗拉强度)型钢丝索。该结构可以充分发挥柔性和刚性两类材料的受力特性,通过对索施加预应力来提高结构的刚度,给结构提供跨中弹性支撑来改变弯矩的分布方式达到降低弯矩峰值的目的,利用结构的自平衡特性减小支座间的水平推力。图1(Ⅲ)的结构在支座之间拉φ127×6.0的热轧无缝钢管,该结构结构刚度大、形状稳定性好,可以抵抗风吸力,同样也可以减小支座间的水平推力。
3 结构方案的比较分析
3.1 计算模型及其参数
已有的研究成果表明:拱桁架结构本身为平面结构体系。因此,文章选用一榀拱桁架为计算模型。
结构的跨度为60 m,矢高为7.5 m,横截面为倒三角形。根据结构设计要求,截面的选取见表1,材料为Q235B钢,弹性模量:E=2.06E11N/m2,屈服极限:σs=235E6N/m2,张弦拱桁架支座为一端刚接,一端铰支,文章采用ANSYS程序进行分析。拱桁架的上弦、下弦、腹杆和撑杆采用LINK8模拟,撑杆与下弦、拉索之间视为铰接,拉索方案的拉索采用LINK10模拟,而拉杆方案的拉杆采用BEAM188模拟。
3.2 单榀拱桁架的受力分析
3.2.1 静力分析
静力分析是结构的基本分析,在该分析中,着重考虑结构的工作状态,即考虑了结构的自重、恒载、活载、风载,将荷载以集中力的方式作用在上弦各个节点上,其值分别为1.082 kN、1.586 kN、15.902 kN、15.062 kN、16.406 kN。
(1)Ⅰ方案拱桁架支座为两端铰支,其最大位移出现在跨中,值为54.2 mm,下弦杆的内力最大,值为101 MPa。
(2)Ⅱ方案中,考虑了索的预应力,通过调整张弦桁架中索的初始应变的方式施加预应力,对结构初始形态预起拱,《钢结构设计规范》允许预起拱值为“1.0恒+0.5活”产生的变形,按此规定,几乎所有结构刚度不足工程均不需要对结构在荷载下产生的弹性位移进行控制,而通过结构的初始几何形态的预起拱实现结构正常使用的变形性能安全设计目标。但此时,结构的绝对位移值超过250 mm,如此大变形对屋面围护次结构、屋面防水连接构造的正常使用的安全性能将产生严重不利影响。参考大量的工程实例,预起拱值在自重作用下,以结构弹性位移约达到跨度的1/400L为基准试算求得。预应力取值为800MPa时,起拱值176mm,下弦杆的应力最大,值为82.0 MPa。将800 MPa的预应力作为初始预应力加到结构上,在正常使用状态下,其最大位移出现在跨中,值为68.9 mm,上弦杆的内力最大,值为234.6 MPa。
(3)Ⅲ方案中,将拉索换为拉杆,其最大位移出现在跨中,值为87.8 mm,下弦杆的内力最大,值为91.8 MPa。为了方案的优选,文章将3个方案的用钢量、结构最大反力、挠度、施工难易度等经济技术指标列表,其结果见表2。
3个结构方案的最大位移均出现在拱桁架的跨中,其最大位移也符合规范对挠度的控制标准。比较表2中3个方案的经济技术指标可以看出:Ⅰ方案的用钢量和支座反力最大,而这恰恰与甲方要求用钢量低、对下部结构负荷小的要求相违背;Ⅱ方案在索施加预应力的作用下,用钢量最省,如对索施加预应力来达到控制结构挠度的要求,则所施加的预应力较大,其索力约为670 kN,上弦杆的断面也相应的增大,而且,施工难度比较大;Ⅲ方案的用钢量和支座反力居于Ⅰ方案和Ⅱ方案之间,且施工也不难,挠度也满足规范的要求。
3.2.2 模态分析
结构的自振特性是结构动力的基本性质,也是动力分析的基础。对结构进行动力特性分析,取前8阶振型以保证参与质量达到90%以上,频率值见表3。
由表3可见,拉杆方案的基频远大于拉索方案的基频,则说明Ⅲ方案的面内刚度大于Ⅱ方案的面内刚度,抗震性能良好。
4 结论
通过对张弦桁架的受力分析,可得出如下结论:
(1)通过对管桁架支座间拉杆可以大大降低结构支座处的水平反力,节约钢材。
(2)管桁架支座间拉杆,能有效减小竖向挠度且施工难度小,在类似工程的研究作为参考。
Optimization Analysis on Steel Truss Structure for Long-span Arch Truss Structure
Wang Wei
Abstract: In this paper, taking Shanxi Province,Yulin City,Mo Hai River Restaurant Limited Catering Center for Eco-growing areas of the steel roof structure as the research object,according to Party A on the structure of space, the amount of steel and the substructure load a small request, first,carried out a preliminary design of the structure with the design process 3D3S8.0,set a bar between the non-cable and bar,cable and bar three programs,and then use analysis software ANSYS to study the static and dynamic characteristics of truss and calculated the reasonable value of prestressed cable.The calculation results show that: the amount of steelbar program,vertical deflections were small and the low degree of difficulty of construction,therefore,The project has adopted the bar program.
大跨度空间钢结构 篇12
一、大跨度、大空间大型商场的特点及其火灾危险性
大跨度大空间商场空间大, 建设面积大, 一些大型商场甚至有几千、上万平方米的面积。大跨度大空间商场消防分区较困难, 多层商场往往是相通的, 通过电梯井、电缆井和中庭的建筑设计让商场空间集中相通在一起, 因此大跨度大空间商场防火分隔难度较大。
大跨度大空间商场人员密度大, 流动性高。目前, 大跨度大空间商场人流量大, 每天都会有大量客人涌入商场, 如管理不善, 发生顾客乱扔烟头等类似情况, 极易引发安全消防事故。一旦发生火灾, 很难让大量人员在第一时间离开商场。
大跨度大空间商场经营产品种类繁多, 很多商品为易燃、易爆物品, 一旦发生火灾, 极易形成立体火灾。一些商品如衣物、纺织品、摩丝、机油、酒精等有机溶剂都是易燃物品, 很多商品的包装盒也是易燃物品, 另有一些电器设备也极易发生燃烧, 还有少量商品属于易燃易爆化学危险品。虽然数量不多, 但若发生火灾, 就会迅速燃烧起来。此外商场很多专营店进行了复杂的装修, 一旦发生火灾其燃烧速度极快。另外商场配备了大型电力照明设备, 这些照明电器设备电路复杂性高, 由此引发的火灾隐患大大超过了其他公共场所。
大跨度大空间商场大多通风不良, 很多烟道设计复杂, 排气难度大, 大跨度大空间商场如此大的营业面积, 一旦发生火灾, 不易将烟雾排出建设物, 并且很多的棉、毛、化纤织物、橡胶制品、塑料制品和高分子装饰材料在火灾后, 会发出大量有害气体, 烟雾气体会让让商场内能见度变得极低, 导致困在商场中的人逃生困难, 甚至很多被困人员因中毒、窒息, 无法逃脱现场而被大火吞噬。同时, 有害气体也给消防工作带来了很大困难。
二、大跨度、大空间商场火灾的预防对策
(一) 严把审核验收关提高执法人员业务素质
严把工程消防设计审核和验收关, 在验收中要坚持客观公正的态度, 进行严格的审核和验收, 并且要对火灾隐患持科学态度。
提高消防监督执法人员的消防水平, 特别是要学习大跨度大空间商场建筑的消防科学知识, 掌握大跨度大空间商场消防的知识和技术标准, 严格执法, 做好消防设计审核与验收工作。
完善消防相关从业人员的专业素养。各行业消防相关从业人员要提高安全意识和业务能力。如消防工程设计人员要提高消防设施的设计水平, 对当前新的建筑设计类型要有充分了解, 对消防设计也要有较高认知, 以设计出高水平的消防设施;要定期组织集中培训、资格审查和业务考核等, 以提高消防从业人员的业务素养。
(二) 强化消防部门的日常监督检查
消防部门要加强监督检查工作, 依法履行消防法相关规定, 对商场消防工作要严格管理、定期检查, 督促商场做好消防安全工作。消防部门检查商场不能流于形式, 要从细微处入手加以关注, 特别要对商场定期维护各类消防设施的情况进行关注, 做好细节检查工作, 做好每日防火巡查、安全疏散、计划演练、消防培训等工作。在检查中发现问题, 要依法依规做好检查工作, 责令整改, 帮助商场建立防火安全运行制度, 做好消防自查工作。
(三) 建立健全消防安全责任体系
商场要落实消防安全责任制度和岗位消防安全责任制度, 这有利于明确各岗位人员的消防安全职责, 调动人员工作积极性, 以便于消防安全管理团队, 有序、高效地开展消防安全工作。
做好消防工作要明确责任人。要明确商场各级岗位消防安全责任人, 让相关人员切实起到作用。要明确单位法定代表人或负责人职责, 做好消防监督工作, 单位负责消防安全工作的安全管理人员, 要做好消防安全责任制的落实工作和消防安全管理工作, 并报当地消防部门备案。
商场要做好消防安全管理制度的制定工作:一是要组织实施消防安全管理工作;二是要组织制定消防安全制度, 落实消防安全法规, 为检查和监督工作提供制度依据和标准;三是要组织防火和消防安全的实施工作;四是组织做好火灾预防和消防安全工作;五是商场要做好消防专业人员的培训工作, 按消防监督部门要求, 定期进行消防安全检查, 防患于未然。
加强各类商场的消防安全意识, 提高员工的预防火灾和自救的能力。商场消防安全工作首先要从工作人员开展抓起, 使商场的工作人员不断地增强消防安全意识, 并且员工要能够自觉遵守消防安全管理规定, 履行消防安全职责。这对于商场消防安全管理制度的完善将有良好的促进作用。消防经验告诉我们, 最开始起火的时候是消防的最佳时机, 在第一时间灭掉明火是灭火工作的重点。火灾发生时, 商场从业者一定要冷静, 不仅要具备自救能力, 更要具备组织群众疏散的能力。当火灾发生时, 有效地灭火和疏散人员, 能最大限度地减少财产损失和人员伤亡。
三、结语
大跨度大空间商场人员密度高, 火灾危险性大, 易造成社会不良影响, 因此要加强对大跨度大空间商场火灾危险性的研究, 分析其防火措施, 并采取有效手段。同时要加强对大跨度大空间商场的消防管理, 提高经营者和管理者的消防意识, 从思想上重视消防工作, 并积极采取措施, 以降低火灾事故的风险。
摘要：追求开阔通透空间历来是人们在建筑设计中所追求的目标。随着科技的进步和世界经济的发展, 各类超大规模建筑相继出现, 该类建筑的火灾危险性也相应增加。本文对大跨度、大空间商场的防火措施做一些浅显的探讨。
关键词：大跨度,大空间,防火安全对策
参考文献
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