跨度空间结构研究（精选12篇）
跨度空间结构研究 篇1
1 跨度空间的基本概述分析
1.1 大跨度空间结构的概念分析
我们常说的空间结构主要是与平面结构相对来说, 通常我们日常工程建设的拱形结构衔架与梁等都是平面结构, 平面结构是二维结构, 所承担的荷载以及内部的应力变形都在二维平面内。但是空间结构的变形、应力与何在都要考虑到三维空间, 此时普通的二维分析与假设已经不能解决三维的空间结构分析, 跨度空间的结构要考虑空间作用。在现实的三维空间世界里, 每一个结构物体都具备空间特点与性质, 跨度空间结构的性能与优势不仅仅可以在三维空间内受力, 更重要的是, 通过三维空间的作用, 可以利用空间结构的合理形体来承担较大的外在荷载力, 跨度越大, 就越显示出空间结构的经济、技术的功能与性能。当结构跨度较大时, 平面结构就已经不能承担。综合国内外的大跨度建筑结构来看, 大多数的跨度建筑结构采用的都是空间结构的体系形式。
1.2 大跨度空间结构的主要类型分析
跨度空间结构的形式与类型十分丰富, 通常大跨度空间结构的类型包括: (1) 跨度网格空间结构类型, 一般分为跨度网架空间结构以及跨度网壳空间结构; (2) 跨度实体的空间结构类型, 包括折板空间结构以及薄壳空间结构; (3) 跨度张力空间结构, 包括薄膜空间结构与悬架空间结构; (4) 还有其他形状的跨度空间结构类型, 比如开合屋盖空间结构、折叠空间结构、张弦空间结构等。
1.3我国跨度空间结构发展的现状分析
我国大跨度空间建筑水平与国外发达国家相比还存在一定差距, 但是随着近些年我国社会的发展以及经济实力的增强, 跨度空间结构也得到了很大的发展, 建设了独具特色的大跨度空间建筑, 比如北京奥运会的鸟巢建筑结构等, 大跨度建筑空间结构的发展代表了我国建筑科技水平的提高与进步。我国是一个人口大国, 随着中国经济实力的不断增强, 还会继续建造更多大跨度建筑空间结构, 比如展览、休闲、体育、机库、航空港等大型的空间建筑结构的需求, 因此我国大跨度空间结构面临着较大的机遇与发展空间。与国际发达国家的跨度空间水平相比, 我国跨度建筑空间结构的发展水平还存在较大的差距, 现今我国较多的跨度空间结构比较简单拘谨, 缺乏创新大胆的跨度建筑空间形式, 较多跨度空间建筑结构都不够大, 超过一百五十米以上的大跨度建筑空间结构建设的比较少。国外建设了较多具有发展前景的新型跨度空间结构, 比如可开合空间结构、整体拉张空间结构、薄膜空间结构等, 而我国在这些跨度建筑空间结构形式面前还举步维艰, 在这块领域上比较空白, 因此为了促进我国跨度建筑空间结构的发展与进步, 我国建筑科技人员还需要继续努力。
2 跨度空间结构主要类型的特点分析
大跨度空间结构是判断一个地区或国家综合建筑技术水平的标志之一, 主要的建筑结构包括薄壳空间结构、网架空间结构、膜空间结构、悬索空间结构以及网壳空间结构或者是这些结构的空间组合形式, 这些空间结构在影剧院、展会中心、体育场、大型商场中的应用非常广泛。以下对这些主要类型的特点进行分析。
2.1 跨度建筑空间的网架结构
网架结构是指若干根杆件按照特殊的几何形状将节点连接起来的空间结构, 一般都是由多层平板形网格结构, 材料使用的大多是型钢或者钢管。主要的网架结构形式构成分析:建筑网架的空间结构可以由平面衔架构成, 还可以通过四角锥体、三角锥以及六角锥组成, 不同的结构组成可以分为不同的网架结构形式。跨度建筑空间网架结构的特点包括:刚度大、重量小、传力简捷、空间作业、施工方便、商品化、节点钢架容易定型、网架布置比较灵活多变、便于管道与吊顶设备的安装、可批化生产, 作业效率高、网架结构的造型大方美观。
2.2 跨度建筑空间的网壳结构
网壳结构是曲面形状的网格结构, 分为单双层网壳, 主要的材料有钢筋混凝土网壳、木材网壳、钢材网壳。主要的结构形式有:双曲线抛物曲面的网壳结构、圆柱曲面的网壳结构、双曲面的网壳结构。跨度建筑空间网壳结构的特点:跨越能力高、结构刚度大、造型比较丰富、便于安装、可组合构成大型的结构空间、连接节点与小型网壳构件可以工业化制作、经济效益高、可以灵活创作使用。
2.3 跨度建筑空间的薄膜结构
薄膜结构比较新颖, 是典型的大跨度建筑空间结构类型, 也被称作织物结构。选用的材料为织物, 在薄膜内可以通过空气压力来支撑着整个薄膜面, 这种空间结构体系刚度大, 覆盖率大。主要的结构类型为:骨架式的薄膜结构以及张拉形式的薄膜结构。跨度建筑空间薄膜结构的特点:施工比较方便、刚度大、跨度大、自重小、自洁性好、透光性高、耐久性差、具有较高的安全性以及良好的经济性、建筑结构的造型可以自由发挥。
2.4 跨度建筑空间的悬索结构
所谓悬索结构, 实际上就是指将具有拉伸能力的索作为基础的承重构件, 将索按照具体的建筑结构规律构成一种空间结构系统。一般情况下悬索结构常用于屋盖结构, 基本的构成为支撑结构、屋面系统以及悬索系统。主要的材料包括钢板、型钢、圆钢等。跨度建筑空间的悬索结构特点为:布置比较灵活、钢材强度高、自重轻、安装简单、适用于多种建筑平面、理论设计比较复杂。
2.5 跨度建筑空间的薄壳结构
薄壳结构就是建筑工程中的壳体结构, 主要的材料包括钢材薄壳、混凝土薄壳、复合材料、砖薄壳等。薄壳结构主要的特点为:刚度与强度大、荷载性能高、具有较高的经济效益、结构效率高、受力均匀合理。除了以上介绍的基本建筑结构跨度空间外, 还有很多其他形式的空间结构形式, 大跨度的空间结构与建筑的组合一致是人们的目标与追求, 不同的跨度空间结构都有其自身的适用范围以及特点, 这些跨度空间的形式组合反应了建筑空间的融合与沟通, 体现了较高的空间效果。
3 结束语
总之, 跨度空间结构是现今建筑结构形式的主要发展形式, 跨度空间结构的发展促进了我国建筑行业的发展, 在进行跨度空间结构设计时, 我们要进行精密的计算与分析, 满足建筑结构空间受力的合理性。
参考文献
[1]沈世钊.大跨空间结构的理论研究和工程实践[J].中国工程院院士大会.2012, 07 (10) :20-25.
[2]王敬烨.贝壳形空间网格结构的形态研究[J].哈尔滨工业大学.2012, 02 (6) :11-15.
跨度空间结构研究 篇2
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
跨度空间结构研究 篇3
摘要：近几年来，随着科学技术的进步和经济的发展，钢结构在工程建筑施工中应用越来越广泛，钢结构工程的数量和规模也越来越多，对于钢结构跨度的要求也提出了更大的挑战。本文就关于大跨度厂房钢结构施工技术进行深入的研究，以推进大跨度钢结构在厂房及工程建筑中的应用。
关键词：大跨度；钢结构厂房；施工技术
1.引言
随着我国建筑技术的快速发展，大跨度的钢结构施工在建筑工程中已经开始频繁的应用。与传统的钢结构相比，大跨度钢结构的设计计算和现场施工的控制比较复杂。但是，相信在建筑行业发展的过程中，大跨度钢结构会因为便捷的安装技术和轻巧的外表以及其经济功能的优势，成为我国建筑工程施工中的主流。本文针对厂房中的大跨度钢结构施工技术进行研究探讨，钢结构厂房在工业厂房中十分受欢迎，具有较高的抗震性和环保性并且建筑形式很灵活，施工速度也很快，所以大跨度钢结构在工业厂房中的应用越来越广泛。大跨度钢结构厂房的发展对促进社会经济发展和改善人们的生活水平都有着重要的作用，大跨度钢结构的施工技术是非常重要的，只有合理的施工方案和科学的施工过程才能保证结构的经济和安全。本文就对大跨度厂房钢结构的施工技术进行深入的研究和探讨，以促进我国建筑行业的辉煌发展。
2.钢结构工业厂房的优势
钢结构厂房与其他形式的厂房相比较有很多的优势。首先钢结构的工业厂房自重比较轻，钢结构的柔性和抗震性都比较好。其次在建设施工中钢结构工业厂房的安装比较简单，施工工期短。还有就是钢结构厂房的结构设计和施工建设中所使用的轻钢结构是一种绿色环保的结构，并且具有很高的利用价值。在实际的施工建设中，因为工业厂房本身作用限制决定了厂房的跨度都很大，加上厂房建设施工中的所使用的起重吊车吨位较大，除此之外，工业厂房的施工工期短且施工场地比较小，所以厂房在施工建设时一般都是选用门式大跨度钢结构。钢结构厂房有很多的优势，与其他形式的结构形式相比，钢结构厂房的结构性能好而且施工建设也方便简单，同时还具有环保价值和作用意义，在施工建设应用中具有非常突出的优势。
3.大跨度鋼结构常见的一些施工方法
大跨度钢结构体系是多种多样的，有网壳结构、网架结构以及悬索结构等，这些不同类型的结构有不同的受力形式，不同的受力形式在施工过程中所要考虑的因素也不相同，考虑的因素有施工成本、施工场地条件、工程质量以及施工单位的机械具的准备等。目前为止较常见的大跨度钢结构施工方法有六种，分别为高空散装法、整体吊装法、分条或者分块安装法、整体顶升法、整体提升法以及折叠展开安装法。下面就具体介绍一下这六种主要的施工方法。
3.1 高空散装法
高空散装法是将结构的全部构件分成一个个的小单元散件，然后将这些散件直接在高空中设计位置拼接成一个整体的一种施工方法。在施工过程中可以使用悬挑法和满堂支架法两种方法。满堂支架法在国内应用较广泛，这种施工方法不需要大型的起重设备，适用于节点较多的网架结构，但是支架的搭设占用的材料比较多。
3.2 整体吊装法
整体吊装法是将结构构件先在地面上拼接成一个整体，然后用起重机把拼接的整体吊装到高空中设计位置并且规定安装好的一种施工方法。这种施工方法对起重设备的要求比较高，一般适用于中跨度的桁架结构，并且整体吊装的过程中对地面的建筑工程有很大的影响。
3.3 分条或者分块安装法
分条或者分块安装法也称为小片安装法。分条或者分块安装法是将结构构件先在地面上拼装或者焊接成条状或者块状的小单元，然后用起重机将其吊装到设计位置拼接成一个整体结构的一种施工方法。这种施工方法节省了大量的地面支架，而分条或者分块的小单元的大小一般由起重设备的负荷能力来决定，所以这种施工方法在方案制定上是非常灵活的。
3.4 整体顶升法
整体顶升法是利用现有的结构柱作为滑道，先将钢结构构件在地面上拼接完成后，然后在结构各支点的下面安装千斤顶，最后用千斤顶逐步的把结构顶升到高空中设计位置的一种施工方法。
3.5 整体提升法
整体提升法与整体顶升法的提升轨道和提升设备是不同的。整体提升法是先将结构构件在地面上整体拼装，拼接完成后再用吊杆将结构提升到高空中设计位置的一种施工方法。整体提升的施工方法一般都是用小机组来安装比较大的结构，这不仅可以降低了低吊装成本，而且安装时将主体结构的附属部分直接吊装到位，加快了工期并且降低了费用还保障了安全。
3.6 折叠展开安装法
如果结构是网壳穹顶结构，那么一般就采用折叠展开安装法。折叠展开安装法其实就是把穹顶的立体空间当做是环向箍作用和径向拱的作用相叠加的一种施工方法。具体做法是：首先将网壳去掉部分的杆件，使网壳穹顶结构变成一个机动的结构，然后把网壳结构在地面上展开，最后由提升设备将其提升到高空中设计位置并且补全剩余的构件。这种施工方法将机动结构转变成了静定的结构。
4.大跨度钢结构厂房的施工技术要点
钢结构工业厂房的结构装配与厂房工程施工建设的安全和质量的可靠性有着直接的影响和作用。所以，钢结构工业厂房的结构装配在施工建设中是一个重要的环节。在实际工程建设中，要从多方面进行质量控制和管理，要把握好相关的施工要点，保证工业厂房的施工建设能够顺利进行并且能够安全可靠。下面就介绍几条大跨度钢结构厂房的施工技术要点。
4.1 钢结构焊接前的要点分析
一般情况下，在进行钢结构焊接的施工过程中，首先要对焊接材料和钢结构材料之间的一致性进行考虑，要注意保证焊缝外的清洁度，要选择合适的参数来进行焊接施工，要确保所焊接的钢架结构能够满足工程力学的性能。
4.2 钢结构焊接后的要点分析
当焊接完钢结构以后，一般要进行一些机械加工方式，由于钢结构的零件的技术都不高，所以一般使用装焊夹具，机械加工要采用合适的装配基准和装配工艺。同时在钢结构的焊接中，既要保证钢结构要有良好的力学性能，又要确保钢结构能够符合相关的尺寸要求，在进行钢结构装配施工中，为了避免钢结构发生变形，要将装焊加工零件的操作放到最后一道工序来完成。
4.3 钢结构装配施工过程的工艺尺寸选择和施工要点
在进行钢结构的装配施工过程中，要注意合理的选择装配尺寸，既要满足钢结构的工艺尺寸所达到生产的需求，又要保证钢结构装配中所积累的误差实现最小化。其次，在进行钢结构装配中，还应该注意要结合工业设计的要求，要安排进行定量公差尺寸，如果是进行多个零件的组装，最终组装成的结构尺寸要与相关规定的尺寸的要求相一致。
4.4 钢结构的装配组装时的施工要点
在进行钢结构的装配组装时，要根据工业厂房所属的钢结构的屋架形式，在放样的过程中，一定要预留收缩量，要使用电焊将放样的连接板进行定位并且放置在平台上，要使用挡铁来完成和实现型钢的定位。当要进行第二个屋架的架设施工时，首先要将第一拼装屋架的底模作为一个基准来完成固定，然后再进行屋架的装配和焊接。焊接过程中，一定要注意焊接处的干净度，并且一定要按照焊接的操作规范来完成工作。
5.结束语
總而言之，伴随着建筑行业的发展，大跨度钢结构在建筑施工过程中已经广泛的应用起来，一个空间钢结构有很多的施工方法，每一种施工方法都有着自身的特点。对于大跨度钢结构厂房而言，大跨度的整体吊装和钢结构施工都是重点。施工必须要加强对大跨度结构吊装的重视程度，还要保证大跨度钢结构施工的质量目标和安全目标能够得以实现。要对大跨度厂房钢结构施工技术进行深入研究，从而促进大跨度钢结构在厂房中以及各个建筑施工中的广泛发展和应用。
参考文献：
[1]陈赞，施时祯，赖世文.解析现代大跨度空间钢结构施工技术[J].现代科学.2013（6）.
[2]李娟.钢结构厂房中钢结构施工质量控制要点与措施[J].中国建筑金属结构.2013（16）.
[3]熊仲明，刘音莺，金鑫.基于经济性能的大跨度钢结构体系结构选型研究[J].西安建筑科技大学学报（自然科学版），2009
大跨度网架结构安装技术研究 篇4
南医大体育馆屋面网架为正方四角锥网架型式,该网架投影面积为5 000 m2,网架最大跨度为69 m,网架矢高为3.3～4.2 m,网架采用螺栓球节点连接方式,安装最大单件重量为180 kg。本工程网架平面形状规则。根据本工程网架形式和结构特点,采用满堂脚手架高空散装法进行安装。
2 网架结构安装施工
2.1 螺栓球正方四角锥网架高空散装法施工
(1)工艺流程。放线、验线→安装下弦平面网络→安装上弦倒三角网络→安装下弦正三角网络→调整、紧固→安装屋面帽头→支座焊接、验收。
(2)放线、验线与基础检查。检查柱顶混凝土强度,对提供的网架支承点位置、尺寸进行复验,临时支点的位置、数量、支点高度应统一安排,支点下部适当加固,以防止网架支点局部受力过大,致使架子下沉。
(3)安装下弦平面网架。
(4)安装上弦倒三角网格。
(5)安装下弦正三角网格。
(6)调整、紧固。
(7)安装屋面支托。
(8)支座焊接与验收。
2.2 网架安装施工
网架零部件采用卷扬机和吊机提升,用全站仪对各控制节点进行中心位置控制。先对预埋件上支座中心点进行测量定位,划出中心轴线位置,用全站仪测定支座位置,螺栓固定。低端开始安装,先安装支座,再安装下弦一拼网格,依次为腹杆和上弦杆,边安装边测量定位,可用千斤顶微顶网架下弦球调节。安装时垫实下弦球,保证下弦节点不位移,同时边安装边用全站仪对各控制节点进行测量定位。
3 质量要求及控制
(1)支座定位质量控制
用仪器进行测量定位,以确保各支承点预埋板的高差、中心轴线坐标满足要求,对有超过的支承点及时修正,对定位的误差不大于2 m,对安装前各支承点与相邻支承点高差小于等于15 mm,中心偏移小于等于5 mm,对最高与最低点高差小于等于30 mm,最大中心偏移小于等于25 mm。对各预埋板采用水平仪测量,确保预埋板平整,预埋板不平度(接触缝)小于等于5 mm。对经过测量的各支承点的中心轴线都用黑线划出,高差都在埋件边上用数据标出,所有测量结果都在图纸中记录,以便安装时对构件进行适当的调整。
(2)起步架安装的质量控制
网架起步,根据现场网架宜从A-J轴中间起步,因网架跨度大,为防止一侧就位正确,一侧就位误差大,把累积误差降到最低点,起步时首先从中间往两侧顺序安装。从低端下弦开始安装,先安装支座,然后安装下弦一拼网格,然后依次为腹杆和上弦杆。边安装边测量定位,起步时要按图纸高低来垫网架下弦,确保下弦节点不位移、不超高、不偏低。网架起步下弦拼好后,把网架杆件按编号再组成锥形,腹杆对好下弦由一端往另一端进行安装,拧紧到位,这时网架已形成长的三角形,并已形成一定刚性,但这时还会有些晃动,时下弦支撑点不可松掉,应从一端把杆件按编号拼成三角锥形进行拼装,由5人在网架上按先后顺序进行高强螺栓的紧固,首先对杆件的上弦或下弦紧固,尔后才能安装腹杆,杆件安装时,可能出现扳手拧不动的现象,这时不可使猛力拧,以防止顶丝拧断,用管钳协助,必要时可用连钳,以达到紧固的目的,不允许套筒接触面有肉眼可观察到的缝隙。按顺序依次安装后,待到网架安装到一个下弦和两个上弦时,网架已形成刚性并稳固。这时下弦支撑可以不用,网架起步完成。
(3)挠度控制
为保证网架挠度控制在允许范围内,在起步时,网架下弦水平铺垫。所有杆件必须拧紧。根据现场情况,利用A-1轴及A-7～A-9轴建筑平台混凝土柱作为支撑点,使网架跨度减小,另在脚手架中间(即A-5轴)搭设一排加密承重脚手架作为网架中间支撑点,用千斤顶支撑,其他网架下弦作为辅助支撑点。在网架安装至下一个轴线并支撑时,方可卸载前一个千斤顶,卸载时一定要慢,防止网架突然下沉,使杆件扭曲变形。关键支撑点增设备用千斤顶,以备应急使用。
(4)误差控制
因为网架跨度较大,且安装方式为从一头向另一头安装,为了保证网架安装过程中的误差在规定的范围内,防止误差累积而导致最后支座位置偏移过大,应在每跨网架安装完成后进行尺寸的复核。如出现误差,应在下一跨安装过程中及时调整,以确保整个网架的安装误差在控制范围内。
4 网架支撑卸载技术
4.1 卸载应遵循的原则
网架卸载过程是使屋盖网架缓慢协同空间受力的过程,此间,网架结构发生较大的内力重分布,并逐渐过渡到设计状态,因此,网架卸载工作至关重要,必须针对不同结构和支承情况,确定合理的卸载顺序和正确的卸载措施,以确保网架安全落位。为此,要遵循以下原则和规定:
(1)“变形协调、卸载均衡”。
(2)“中间向四周,中心对称”。
(3)“分区、分阶段按比例下降”。为防止个别支撑点集中受力,宜根据各支撑点的结构自重挠度值,采用分区、分阶段按比例下降或用每步不大于10 mm的等步下降法拆除支撑点(临时支座)。
4.2 卸载总体思路
根据以上卸载原则,为了确保钢网架卸载的安全性,本方案采用“分段逐步”卸载法:
(1)分段:指网架以每三个轴线间距为一段,作为一个整体,为了确保卸载过程中各点受力均衡性,根据结构自身特性,采用每装至第四个轴线间距后,逐段卸载前面支撑点(千斤顶),并向前换位移动,同第一分段,依次类推。
(2)逐步:指对每一段卸载时,要根据千斤顶设定下降高度,分若干个卸载步骤,每次在规定时间内缓缓下降千斤顶卸载。
4.3 网架卸载施工
(1)体育馆网架卸载施工流程
以第一段为例:卸载准备→坐标复核、校正→卸载前检查→卸载A组千斤顶(同时A组千斤顶换位至第二段使用)→卸载B组千斤顶(同时B组千斤顶换位至第二段使用)→卸载C组千斤顶(同时C组千斤顶换位至第二段使用)→至第二段(同第一段,依次循环,直至所有卸载结束)。
(2)坐标复核、校正
卸载前,必须对各临时支撑点进行坐标测量复核,特别是标高复核。
(3)卸载前检查
(1)支撑点以外支撑情况:若在设计支撑点以外还有原来的临时支撑,一是对钢管支撑的,应在两侧设千斤顶顶升受力后卸去钢管支撑,再把千斤顶缓缓回落最终卸载;二是对千斤顶支撑的,建议不卸去千斤顶,而直接成为卸载时的临时支撑点;(2)支撑点支撑情况:胎架:胎架搭设是否合理、是否满足承载力要求,对明显有安全隐患的要马上处理,未处理完毕不得进行下步操作;千斤顶:千斤顶是否居中,不居中必须想办法调整到中部。(3)刻度表示情况:为了确保卸载时每步下降值在可控范围,应做好卸载刻度准备工作,首先,在临时支撑点近侧立刻度尺,对准刻度,并固定好,直到卸载完毕方可拿下,否则不允许中途拿掉;其次,直接在千斤顶上沿下落方向放出每步卸载的长度值,作为每步卸载的控制标准;最后,在千斤顶邻侧立钢管,在钢管上放出每步卸载的长度值,作为每步卸载的控制标准。
(4)卸载千斤顶(以A组为例,余同)
大跨度大空间火灾扑救措施 篇5
(一)大跨度、大空间厂房的钢结构部分在高温下极易变形，导致建筑物局部倒塌。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，钢构件极易受高温作用后，钢结构冷热聚变，受热膨胀，遇冷水后会急剧收缩，而且火灾时，某一部分变形受损会破坏整个构件的整体受力平衡，所以钢结构建筑，尤其是大跨度厂房发生火灾时，钢构件极易受高温作用后较短时间内就会发生扭曲、变形，进而导致整个建筑的倒塌，救援难度增大。
(二)大跨度、大空间厂房人员密集、可燃物多，火灾扑救和人员疏散困难。大型钢结构厂房规模大，建筑结构连体成片，生产机器设备密集，人员和物品高度集中，厂房内生产使用的原料和成品大多属可燃物，有的还属于易燃易爆品，甚至是有毒的化学物品，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。一旦发生火灾，火势蔓延快、燃烧猛烈、并产生大量烟雾，扑救难度大。
(三)大跨度、大空间厂房火势蔓延迅速。大跨度、大空间厂房建筑空间跨度大，占地面积大，一般高度均大于7米，门窗多，通风好，可燃物料多，一旦发生火灾，蔓延途径多、火势蔓延快、燃烧猛烈，在热气流的作用下，很快形成大面积火灾。
大跨度大空间梁式结构转换层施工 篇6
【关键词】大跨度；梁式结构；转换层
0.引言
现阶段，最为常见的转换层，都是直接在建筑体系中直接选择一层作为转换层进行建造。通常来说，转换层之下的结构空间较大，多数属于大跨度、大空间的梁式结构转换层。由于梁式结构转换层本身所起到的作用至关重要，因此，必须要针对该环节的施工措施加以重视。下文主要针对大跨度、大空间梁式结构转换层施工进行了全面详细的探讨。
1.施工的重点和难点
1.1模板
该类型结构由于本身跨度较大，并且必须要满足较大的承载、荷载需求，因此，在进行设计的过程中，往往为了符合这方面需求，而将转换层本身的自重设计得较大。例如一根截面能够达到1m@2m的大型梁线，其荷载能力便能够达到52kN以上。但是，再考虑到工程建造过程中，其转换层在完全达到荷载标准之前，实际上其转换层本身的模板承重体系还需要承受来自上部其他环节结构、施工设备、施工材料的荷载影响。因此，在这一部分的承重架本身所需要承受的线荷载往往能够达到150kN左右，因此，转换层的搭设场地、承重架本身必须要具备充足的承重能力。
由于空间大，要求承重架搭设相当的高度。如某铁路新客站C区空间高度约43m，接近常规钢管脚手架搭设高度的极限，对承重架的整体稳定和扣件的抗滑力提出了较高的要求。所以在转换层结构尚未形成足够的强度前，必须解决大荷载的支承和传递问题。
1.2钢筋
转换层往往要求承受较大荷载、弯矩甚至扭矩，因此梁柱截面大，钢筋粗、密集且多排布置。如某铁路新客站C区转换层的大梁和大柱KZ0，钢筋间距非常小，尤其是在梁柱节点部位，钢筋绑扎、混凝土下料及振捣较困难。
1.3混凝土
为提高结构强度，承受上部荷载，转换层混凝土强度等级往往较高。如某铁路新客站C区从标高13.200m起均采用C60混凝土。高强混凝土流动度大、初凝时间较短，对施工现场技术及管理水平要求较高，对混凝土的垂直运输、浇筑和养护的要求均较高。
2.施工措施
2.1支模
在针对转换层模板承重架进行施工的过程中，通常情况下都是直接使用48@3.5的钢管来进行搭设。但在实际施工期间，由于所需承受的荷载力较大，那么就应当要合理的减少立杆呈现出的间距、步高，提升剪力撑在其中的数量，利用双扎头形式来促使架体本身的稳定性、强度得以提升。在较为特殊的情况下，相应的承重架可以直接使用钢结构来进行施工。
（1）某铁路客站的长度达到200米，而宽度则仅有20米左右。该客站的结构转换层处在工程的中央位置，其下部位置存在着相应的施工材料运输通道，并且有施工人员存在。因此，禁止在该位置进行密集、大面积的承重搭设；依据设计要求来看，承重架必须要在客站的主体结构完全封顶以及转换层内部预应力钢筋完全张拉完工之后，才能够拆除掉；再加上工程建设中的承重架高度达到了43m，这一高度已经处在了常规搭设的极限高度；搭设期间，本就不宽敞的施工现场以及施工道路，需要进行大量的钢管、扣件运输，并且要在短时间内完成，这极大的影响到其他环节施工。
针对以上的工程建造问题来看，工程施工期间可以使用整体自升形式的钢平台承重架。并且该类型的平台本身搭设了约24根钢柱，上部还有9榀承重桁架，在桁架之上，铺垫了相应的钢板施工台，通过该方式，能够有效的对于转换层重量、施工重量进行承载。施工期间，相应的钢平台可以直接在地面上进行组装，可以随着格构柱的提升而提升，当达到了工程设计标高之后，便可以进行使用。
（2）在搭设承重架时应注意荷载传递问题。
在采取常规措施进行施工期间，如果说浇筑层所呈现出的施工荷载、结构荷载并不大，并且相应的下部建筑结构完全能够承受这一重量，那么承重架便仅仅只需要搭设一层即可。如果说转换层自身的配筋较为密集，同时转换层结构尺寸也超出一般标准，那么就必须要针对承重架采取完善的加固处理。
（3）模板选用除常规施工的要求外，考虑到大体积混凝土侧压力较大，应特别注意保证模板体系的刚度及支撑牢固，以防混凝土浇筑后位移和胀模。
2.2钢筋绑扎
（1）转换层梁钢筋密集，直径一般都在25mm以上，特别是梁柱节点处钢筋绑扎难度更大，故计算钢筋下料长度时应充分考虑钢筋的相互关系，在规范及设计允许的范围内（锚固长度不变）按主筋-次筋-预埋件的先后次序做适当调整，使钢筋能顺利就位。
（2）由于钢筋粗，数量多，自重大，按常规方法绑扎固定很困难，故应先制作钢筋支架（用钢管或型钢），待钢筋（包括箍筋）绑扎就位后再拆除。
2.3混凝土浇筑
（1）转换层混凝土强度等级一般较高，且多为大体积混凝土，施工中应从原材料配合比、搅拌、运输、浇筑振捣、养护等方面进行控制，其中关键问题是配合比控制、浇筑和养护。
（2）混凝土浇筑应重点解决运输、浇筑、振捣三个环节。混凝土运输应把握适时足量的原则。大空间转换层泵送高程高、难度大，在支设泵管时应尽量牢固、避免弯头转角过多。高强混凝土初凝时间较短，浇筑时应采取合理的路线，防止出现冷缝。
（3）混凝土养护主要应防止混凝土温度升降过快、升幅降幅及表面与中心温差过大，要求底、侧模缓拆，并外包泡沫塑料板进行保温保湿养护。
3.结语
综上所述，在是实际进行转换层施工的过程中，必须要对于梁式结构加以重视，采取完善的施工措施进行施工，并且各个部分的细节都要有所考虑。其承重结构本身所能够承受的重量都应当要超标准进行设计，避免出现安全隐患的可能性。大跨度大空间梁式转换层施工的发展，对于建筑行业的提升来说，有着至关重要的作用。 [科]
【参考文献】
[1]张旭.某高层大跨度钢骨混凝土转换梁模板支撑系统施工技术浅析[J].福建建材，2011（08）.
[2]詹国伟.浅谈高层建筑梁式转换层施工支撑体系的优化[J].福建建材，2011（05）.
跨度空间结构研究 篇7
关键词：大跨度钢结构,施工过程,结构分析方法
1 施工力学原理
1.1 拉格郎日列式
针对大跨度钢结构施工过程的施工力学分析, 拉格郎日列式往往被用作物体运动状态的描述。拉格郎日列式的描述往往把位移的度量当作被固定到大型构件变形前、后的且出现相对运行的物质点, 由此也把拉格朗日坐标称作物质坐标。
1.2 ANSYS
针对某些大型有限元软件, 边界条件的改变较大型构件预应力的动态施加和增删容易处理。但针对大型构件预应力的动态施加和增删问题, 本文认为较为有效的解决途径为:ANSYS的死活单元功能配合计算功能, 以此开发出针对大型钢结构施工过程的力学分析方法。ANSYS由若干具备“杀死”功能和“激活”功能 (即死活单元功能) 的单元库构成, 属大型有限元软件。
2 施工力学分析方法
2.1 大型构件增加情况
对构件增加情况予以有效归纳是对大跨度钢结构施工过程施工力学分析的必要步骤和首要步骤。针对构件增加情况, 有学者做了如下归纳。
图1即为新增单元和节点示意图。
备注:水平直线——原始设计位置;粗虚线——施工过程的变形位置;点划线——新增构件;细虚线——已有构件。
(1) 若已有构件未与新增构件相连接, 则可把节点设计坐标看作新节点坐标。
(2) 根据已有构件设计长度∣KL∣和JK延长线方向确定新的节点坐标O, 见图1a。
(3) 若JK代表新增构件, 但其没有任何新增节点, 则构件长度等同于J、K节点间变形后的间距, 见图1b。
(4) JO1/JO2为新增构件, 皆根据情况2确定, 其中O1/O2代表同一节点, 若JO1/JO2不相互重合, 则可根据算术平均原则和O1/O2节点确定新增节点坐标O, 见图1c。
根据上述四大构件新增情况, 可以确定任一新增构件的几何位置和新增节点的空间坐标。一般而言, 新增节点坐标O皆可由如下函数式表示出来:
式中xi0——i方向的新增节点O的坐标值;
Xij——i方向的已有节点j的坐标值;
lij——i方向的已有构件ij的余弦值;
JOs——第s根新增构件的长度;
N——已有构件与新增构件间连接线的节点数目;
M——连接线经过第j个已有节点的新增构件数目。
2.2 施工力学计算方法
由新增构件情况1、2确定的新增构件长度等同于建模长度, 但由新增构件情况3、4确定的新增构件长度却存在差异。由此可见, 大跨度钢结构施工过程及大型构件安装过程皆应考虑上述情况。由于此种计算方法具备很大的局限性, 则有必要就大跨度钢结构施工过程的施工力学计算方法做深入地分析, 本文选择ANSYS5.7Software Package平台, 就此展开讨论。图2为新增单元与节点示意图。
备注:水平直线——原始设计位置;虚线——施工过程的变形位置;点划线——新增构件
(1) 若新增构件与已有构件未彼此相连, 则可直接采用设计坐标的单元激活予以计算。
(2) 针对图2a所示情况, 新增单元JL与KJ同时生成, 但除了JL密度取0外, 一切参数皆保持不变。待构件新增后, 应先还原构件的实际密度, 后展开计算。
(3) 针对图2b所示情况, IJ/KL/JK皆同时生成, 但JL弹性模量取最小值、JL密度取0。待构件新增后, 应先还原构件的弹性模量和实际密度, 后展开计算。
(4) 针对图2c所示情况, O点坐标应采取O1/O2的算术平均, 但某些特殊情况应取最靠近设计坐标位置的O1, 即O点坐标, 而计算应分步进行, 即采取图2a所示情况完成初步计算→判定更靠近设计位置的坐标点O1或O2→以最近点取代O点并连接单元→完成计算。
增对上述各类单元增加情况, 二次开发应选定对应的分支判断准则, 并结合对应的计算方法展开计算。
3 结语
综上所述, 施工力学全过程分析可为大跨度钢结构施工安全提供重要的技术支撑, 且此方法完全支持桥梁结构和高层钢结构施工力学分析。
参考文献
[1]田李梅, 刘振华, 余贞江, 等.某大跨度钢管桁架风雨棚结构设计[J].钢结构, 2008, 23 (6) :18-20.
跨度空间结构研究 篇8
大跨度钢结构施工属于连续化过程, 其结构受力状态存在着变化过程。在钢结构上阶段施工后, 其结构内力与位移则会对下一阶段刚阶段内力与位移产生一定影响, 为此, 在大跨度钢结构施工中应对每一个阶段的内力与位移状况进行跟踪与计算, 从而获得准确的结构内力与结构位移累计效应。在大跨度钢结构每一阶段施工过程, 均会产生一定的边界约束条件变化、构件增删、温度变化与预应力变化等, 在计算过程中充分考虑这些因素可以保证计算结果的准确性。在力学研究与分析中, 拉格朗日列式是描述物体运动的常用公式。按照拉格朗日列式描述, 对位移度量属于固定在变形之前与变形之后的两个点上的相对运动。其描述方法在描述增量非线性分析时较为适用, 在物体变形问题可以有效跟踪。在虚功原理的基础上应用拉格朗日列式获得几何非线性结构单元切线刚度矩阵:
其中, [K]0e代表的是弹性刚度矩阵, [K]le代表的是几何刚度矩阵, [K]e代表的是非线性刚度矩阵。通过坐标转换, 可以获得:
其中{U}代表的是结构位移列向量, {F}代表的是结构荷载列向量, [K (U) ]代表的是整体刚度矩阵, 属于位移向量函数。由此可以看出上公式为非线性公式, 应用增量迭代法进行非线性有限元分析, 可以获得结构变形的整个过程。其方法主要包括虚加弹簧法、位移控制法及牛顿拉斐尔方法等。
在施工过程中, 如结构构件增加, 则结构刚度矩阵会发生相应变化, 设N为当前结构刚度, N-1为前一状态下结构刚度, 则有:
其中[K]N, 代表构件增加后刚度矩阵对总刚度贡献, [K]A代表新增单元的刚度矩阵对总刚度贡献。{U}N代表构件增加引起的节点位移列阵, {U}A代表的是构件增加后新增节点位移列阵。通过增量迭代方法可以将方程进行求解, 可以获得全过程中构件增加对结构内力与变形影响。同理, 可以获得构件撤除、荷载变化、外界条件变化下相应公式。
应用有限元软件对大跨度钢结构施工过程进行结构分析, 其处理边界条件相对较为容易, 处理构件增删与预应力动态变化相对较难。通过应用ANSYS软件中所具备的死活单元功能, 借助计算机计算功能, 开发出实现大跨度钢结构全过程跟踪分析的力学分析方法。
二、大跨度钢结构施工力学分析方法
如图1, 为钢结构施工过程中新增单元与节点示意图。
在上图中, 水平直线代表的是设计位置, 虚线则代表的是钢结构安装过程中变形后位置, 点划线代表新增构件。针对图1中所标示的三种情况, 确定以下原则:第一, 如新增构件与已有构件没有连接, 则采取节点设计坐标为新的节点坐标。如图a, 新节点o坐标则可以在已有构件JK延长线方向与设计长度|KL|进行计算, 图b, JK属于结构中新增构件, 不存在新增节点, 其构件长度则可以通过变形后J与K节点长度进行确定。应用有限元软件, 进行大跨度钢结构分析, 其计算方法主要为:如新增构件与已有构件不存在连接, 则可以应用设计坐标单元激活方式直接进行计算;如采取两节或三节为修正单位时, 新增节点坐标则是应与设计位置重合;如新增单元向内合拢时, 则新增节点坐标为设计位置没采取单元激活方法进行计算。以上是针对新增构件情况的研究, 如进行边界变化情况、构件撤除等情况研究, 则根据以上方法, 应用有限元软件, 可以获得其计算方法。通过这种方式, 可以有效降低大跨度钢结构施工力学研究与分析的复杂性及难度, 提高计算效率。
三、大跨度钢结构施工过程结构分析方法的实际应用
屋架钢梁采取的是H150×8-254×4规格焊接工字钢, 应用Φ30圆钢为下弦拉杆, 对施工过程中内力与变形情况是进行跟踪研究与分析。其研究过程主要分为两部分, 第一部分:对结构施加q=4k N/m均布荷载;结构出现内力与变形后增加圆钢拉杆;设置集中向下F=20k N荷载于钢架跨中;第二部分为:在不施工荷载情况下, 组装钢架与圆钢拉杆;对结构施加q=4k N/m均布荷载, 并设置集中向下F=20k N荷载于钢架跨中, 去除F=20k N荷载, 在均布荷载基础上拆除圆钢拉杆。
通过对不同状态下钢结构位移与内力数据变化的分析, 可以发现第一部分所采取的方法其外荷载小于第二部分, 但其变形与内力变形却大于第二部分, 说明圆钢拉杆可以有效控制结构在外荷载作用下产生大的变形。
结语
在大型钢结构施工过程中, 对钢结构施工的过程中其强度、刚度及稳定性存在着明确要求, 进行钢结构施工力学全过程分析是实现钢结构施工安全可控的重要措施。本文在分析钢结构施工结构力学分析原理的基础上, 对大跨度钢结构施工力学分析方法与大跨度钢结构施工过程结构分析方法的实际应用进行了分析。实践证明, 应用有限元对结构施工进行力学分析是可行且有效的。
摘要：采取有限元方法, 对大跨度钢结构施工过程进行研究与分析, 综合考虑钢结构施工步骤、荷载、支撑条件等因素, 对钢结构施工进行全过程的模拟研究。
关键词：大跨度钢结构,结构分析,有限元方法
参考文献
[1]王驰.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].中国建筑金属结构, 2013 (10) :42-42.
[2]段艳刚.大跨度钢结构施工过程的结构分析方法研究[J].房地产导刊, 2013 (02) :375-375.
大跨度钢结构雨棚施工技术研究 篇9
关键词：钢结构,雨棚,大跨度,高空散装法
0 引言
现代建筑中, 钢结构雨棚所起的作用主要是作为建筑中的辅助构件。既然是作为建筑的辅助构件, 那就意味着大跨度钢结构雨棚的设计和施工应该慎重考虑。在建筑施工的过程中, 我们往往会被建筑的安全和荷载能力所困扰, 主要问题来源于材料的自重、安全、经济性。大跨度钢结构雨棚的出现, 很好的解决了混凝土自重大, 结构不稳定的缺点。大跨度钢结构雨棚也广泛应用于现代建筑中, 起到一定的防护作用[1]。
1 目前大跨度钢结构施工技术
当前大跨度钢结构比较成熟的施工技术方法主要有:高空散装法、高空滑移法、地面吊装法、整体提升法、整体顶升法等[2]。我们在实际的生产生活中, 应该因地制宜, 选择适合各自单位的钢结构施工技术, 提高施工的准确度和可操作性。
1.1 高空散装法
高空散装法适用于施工现场的钢结构属于小单元或者散件的场合, 也就是我们按照图纸设计的位置, 直接在现场高处对小单元或者散件进行安装。这种施工方法要求, 在施工前要严格把握施工对象的具体坐标, 防止在拼装的过程中由于坐标的错误造成不必要的纠纷或者出现拼装的失误。高空散装法施工的对象要求是非焊接。
1.2 地面吊装法
我们在施工现场施工的过程中, 往往在高空中施工的难度要远远超过在地面上施工的难度, 因此我们将一个大跨度的钢结构分成几个相对较小的单元进行吊装。小的单元在地面进行焊接或者拼装, 在拼装完成后再根据事先确定好的顺序吊装到相应的设计位置进行高空的拼装。地面吊装法在一定程度上降低了施工的难度, 但是由于分段的吊装使得我们不得不在不同单元的拼接薄弱部位采取一定的加固措施。
1.3 整体提升或整体顶升法
整体提升技术单靠人工来进行控制是远远不够的, 在这个过程中就需要我们借助计算进行辅助。利用计算机进行整体吊装的计算参数的确定或者参考, 通过控制液压装置对大跨度的钢结构同步提升到具体的位置。
2 大跨度钢结构施工技术的具体应用
2.1 工程概况
本文所采用的建筑工程的实例来源于某公司办公楼门口的大跨度钢结构雨棚 (见图1) , 公司地处沿海, 风力较一般地区要大得多。因此工程所采用的承重的钢结构桁架相对较粗。此工程的钢桁架系统采用的是横竖综合的承载方式, 这种方式有利于增加大跨度钢结构雨棚的安全性能。
2.2 施工技术分析
1) 施工技术方法的选择。
根据本工程所需的大跨度钢结构雨棚的设计方案, 施工单位组织技术人员进行了相应的现场勘查。由于本工程所需的钢结构雨棚的整体的自重较大, 并且工程本身的钢结构不需要焊接, 而是由单个单元直接拼装起来的。因此我们在施工的过程中, 选择的是高空散装法。也就是按照图纸的要求, 我们把每个钢结构整体的组件吊装到设计的位置, 按顺序进行安装。具体的施工顺序如下:
a.根据图纸的要求, 先把最靠近建筑的一侧的桁架分别吊装到准确的位置进行相应的固定, 在这个过程中, 施工的重点是螺栓位置的确定, 只有准确的掌握我们所安装的位置的准确坐标, 才会保证后续工作的顺利进行。
b.在安装完最内的一排桁架之后, 我们把相应的外挑的那部分桁架与之前的进行拼装, 中间用螺栓把两者锁在一起, 构成一个整体, 在这个过程中要严格控制安装的准确性, 防止后期的二次返工, 保证工程的安全和质量。
2) 施工现场方案的部署。
本工程在进行室外装修, 在需要编制施工方案的时候, 需要我们施工单位在合同的基础上, 进一步分析合同的要求。这是事前控制的过程。本工程施工的难点在于工程的危险性相对较高, 因此我们在进行施工方案实施的过程中要严格遵守相关的施工方案的流程, 配备专门的安全人员对施工现场的人员进行必要的监督。在工程施工的过程中, 其中吊装的安全范围以内严禁无关人员进行长时间的停留, 防止在吊装的过程中出现意外。同时工程的技术人员应该严格按照相关的技术规程进行吊装作业。相关的现场施工人员必须经过培训, 作业人员必须持证上岗。
3) 施工过程中的技术要点。
大跨度钢结构雨棚在施工的过程中需要特别注意以下几个技术节点:钢结构首个桁架的设计位置的坐标;不同单元之间桁架连接部位的螺栓应该按照操作要求进行安装固定, 防止活动;施工现场人员安全的保障措施。
2.3 施工完成后的效果评价
本工程在钢结构雨棚施工完毕后, 经过一段时间的使用, 我们对于雨棚的质量以及发挥的作用进行了简单的评价:
1) 满足工程的使用功能的需求。
本工程设计的钢结构雨棚主要是用于遮挡风雨以及对一定的高空坠物进行必要的拦截以保证人员的安全, 在使用的过程中, 钢结构雨棚很好的发挥了其自身对于建筑物的价值。
2) 安全性能高, 外观优美。
钢结构雨棚增加了与建筑物本身的契合度, 使得建筑物的外观更加优美;另一方面, 由于本身钢结构自身荷载相对较轻, 保证了雨棚的安全性, 降低了雨棚的自身荷载。
3 结语
本工程施工结束至今已有两年时间, 历经四个雨季考验, 未有渗漏以及变形现象, 防渗抗风效果良好。
大跨度钢结构的施工技术在我国已经积累了很丰富的经验, 但是这种技术对于人员的综合素质的要求相对较高, 也是未来发展的一个趋势, 因此我们在积累经验的同时, 一定要注意对钢结构施工技术方法的优选。只有合理的方法才会收到事半功倍的效果。
参考文献
[1]朱镜清.结构抗震分析原理[M].北京:地震出版社, 2001.
[2]GB 50011—2001, 建筑抗震设计规范[S].
[3]张纪刚, 张同波.青岛体育中心游泳跳水馆网架结构施工监测与模拟分析[J].施工技术, 2009 (10) :88.
[4]叶芳芳, 余志武, 袁俊杰.重庆大剧院大悬挑结构卸载分析[J].建筑科学与工程学报, 2009 (3) :96.
[5]杨兴富, 高健, 焦常科.世博中国国家馆钢结构施工过程模拟分析[J].施工技术, 2009 (8) :26.
跨度空间结构研究 篇10
在建筑施工中,大跨度钢结构自我国上世纪五六十年代开始建造并不断发展,目前,在建筑工程中大跨度钢结构已成为特色建筑类型之一。如何才能有效的达到结构的设计状态及满足设计要求,是施工技术人员选择正确的施工程序和方法以及计算检验安装需要注意的问题。为此,本文作者结合多年的施工经验主要就大跨度钢结构施工力学原理及计算方法进行了分析。
1. 大跨度钢结构施工的力学原理
大型复杂钢结构的施工过程,结构施工最终要达到设计要求的位移和内力目标,施工分析和计算是必不可少的。它可以依照结构设计状态要求,选择先进的施工方案,进行完备的施工验算和控制,确保施工过程的安全。而在进行施工力学数值分析时,由于结构在施工过程中可以处理为慢速时变过程,因此可以采用时间冻结法进行分析。
施工力学已提出几种数值方法:时变单元法、拓扑变化法及一般单元法。时变单元法是指离散网格不变,通过单元大小的变化来实现求解区域的变化,但存在数值积分稳定性问题。拓咖变化法应用拓扑学原理用数值手段实现求解区域随时间的变化,但要求时变次数不能太多,否则计算效率不高。并且以上两种方法都需要重新编写程序。一般单元法是利用单元的增减实现求解区域的变化,存在运算矩阵奇异和网格不断重新剖分的缺点。
力学分析中,拉格朗日列式经常被用来描述物体的运动。在拉格朗日描述中,对位移的度量是固定在变形前和变形后的两个物质点上并相对地进行。这种描述方法特别适用于增量的非线性分析,它能追踪到整个加载过程中物体中各点的变形历史。采用拉格朗日列式,并根据虚功原理可得考虑几何非线性后的结构单元的切线刚度矩阵为:
式中为弹性刚度矩阵;为几何刚度矩阵;为非线性刚度矩阵。将单元刚度矩阵[K]e,经过坐标转换,总刚集成,可得方程:[K(U)]{U}={F}(2)其中{u}和{F}分别是结构位移列向量和结构荷载列向量;[K(U)]是整体刚度矩阵,是位移向量的函数,因此式(2)是一非线性方程组。
其中{u}和{F}分别是结构位移列向量和结构荷载列向量;[K(U)]是整体刚度矩阵,是位移向量的函数,因此式(2)是一非线性方程组。
对于施工过程而言,首先是一个结构构件变化的过程,当构件增加时,结构的刚度矩阵发生变化,以N为当前状态,N-1为前一状态,则有:
其中[K]N,[K]A分别为由于构件增加引起的改变后的刚度矩阵和新增单元的刚度矩阵对总刚的贡献;{U}N,UA分别为由于构件增加引起的改变后的节点位移列阵和新增节点的位移列阵;{F}N,FA分别为由于构件增加引起的改变后的节点力列阵和新增节点的节点力列阵,则得方程:
[K(UN]{U}N={F}N(5)
[K(U)]N-1{U]}N-1={F}N-1(6)
同样采用增量迭代的办法求解,即取增加构件前的结构状态作为起始态,增加构件的状态作为终态求解,以此类推,即可全过程考虑构件增加对结构内力和变形的影响。
当外荷载变化,比如施工荷载或者温度荷载等导致结构外荷载的变化,就在原有荷载列阵的基础上增加荷载的变化量,重新求解计算,即有:
当边界条件变化,比如结构约束的情况发生变化,或者给定支座位移的情况,可统一处理为位移列阵的变化,即有:
由于这些方法在求解大型钢结构施工力学方面都存在一些不足,需要对这些方法做进一步的改进。而目前对于施工过程的模拟主要采用有限元等数值分析方法,通过ANSYS等程序的高级分析技术,利用拟静力的思想对施工过程中的几个关键环节分别计算,最后将计算结果以图片形式串联在一起,从而实现整个施工过程的图形模拟。很显然采用这样的模拟分析方法对于反映施工这一时变过程是远远不够的,因此应该努力开发出一套面向建筑工程施工专用的软件系统,对单项工程的施工过程进行三维和动态模拟,来保证整个结构施工过程信息的及时反馈,从而确保结构最终施工成型的安全性和形态准确性。
2 算例分析
以大跨度钢结构整体吊装施工过程中存在的变边界问题为例,对于变边界问题的线性屈曲分析可以采用强制约束法加以解决。强制约束法同位移法相似,需要在原有结构上增加附加约束条件。不同的是,强制约束法所施加的附加约束条件不再是未知的,而是将初始结构中求得的某些未知节点的位移以及该节点处的应力作为已知的条件施加到最终结构上,以达到”先固定后复原”的效果,从而使得修改后的模型能得到和原有结构在同样荷载作用下相同的计算结果。采取强制约束法对结构进行线性屈曲分析时,计算模型应该符合下列假设:
(1)构件为弹性体;
(2)侧向弯曲和扭转时,构件截面的形状不变;
(3)构件的侧扭变形是微小的;
(4)不考虑残余应力的影响;
(5)构件在弯矩作用平面内的刚度很大,屈曲前变形对弯扭屈曲的影响可以不考虑。
利用强制约束法分析了承受均布荷载作用的变边界梁的线性屈曲问题,并得到变边界梁在边界变化后可以承受的临界荷载q2与边界变化前的荷载q1和的之间关系表达式:
其中,E为材料的弹性模量;G为材料的剪切模量;A为截面面积;Iy为截面绕y轴的惯性矩;Iw为截面的翘曲惯性矩;Ik为截面的自由扭转常数;M x为截面绕x轴的弯矩;q为均布荷载;Mω为截面的约束扭转力矩;a为均布荷载作用位置。然而事实上,无论是从叠加角度出发得到的边界转换法还是以位移法思想为基础得到的强制约束法都仅适用于对变边界结构进行线性分析,而对于变边界结构的非线性分析目前还没有相对成熟的研究方法。
3 结语
通过对大跨度钢结构施工情况进行简要介绍,说明对结构的施工过程加以力学分析的必要性。根据不同大跨度钢结构各自的特点,选择合理的计算方法对其施工过程进行相应的力学分析,已经成为土木工程界研究的重要且迫切的课题。
参考文献
[1]史洪泉.大跨度空间钢结构施工全过程力学分析及考虑施工影响的若干要素研究.博士学位论文,南京:东南大学,2005:
[2]郝林山,陈晋中.高层与大跨结构施工技术[M].北京:机械工业出版社,2007:
钢结构中大跨度的造价分析 篇11
关键词：钢结构；大跨度；屋盖；造价 我们对钢结构大跨度屋盖系统最常采用的主要受力形式一般分为：①梁；②平面桁架；③空间网架；④空间桁架；⑤张拉弦结构。
由于对造价非常敏感的一般为常规建筑，对于超大跨度的建筑由于甲方可参考结构很少，所以一般对造价并不太敏感，我们把跨度范围锁定在18m一36m范围内。虽然按照力学原则梁系结构受力性能不如平面桁架，平面桁架受力性能不如空间桁架，空间桁架不如带预应力的张拉弦结构，但由于加工水平不同，对结构本身的研究深度不同，所采用的计算假定不同，用钢量却反了过来。加工的复杂程度、施工的复杂程度，要求精度是从梁系结构到张拉弦结构越来越难。
综合以上因素，门式刚架项目及施工企业遍地开花，几乎把屋架类的平面桁架，挤出了历史的舞台，而网架、空间桁架等，退居跨度非常大，屋面刚度或外观有特别要求的公共建筑方面。
1分析比较
下面我们用大量的例子做数据分析比较，讨论一下各种类别结构在含钢量，加工难度上的优缺点。(由于空桁、张拉弦加工，施工难度很大，工程经验不丰富，暂不在本次考虑之内)为了便于比较，外部荷载采用统一的标准，按一种最常见荷载情况，风荷载采用0．45kN／m，雪荷载采用0．45kN／m，未注明柱距采用7．5m屋架类平面桁架。(1)含钢量(第一排为跨度，第二排为含钢量单位kg／m，第三排为考虑支撑后的含钢量)柱距7．5m。
根据双跨，24×180×7．5(m)厂房计算支撑系统，含钢量7．2kg／m。支撑系统跟柱距，跨度關系不太大。上表统一按7．2kg／m考虑，可见由于平面桁架力学模型占优，单从主构上含钢量是相当占优势的。但由于计算假定，计算理论的落后，严重影响了整体的含钢量，经计算发现支撑系统，所占的含钢量非常大，综合在一起一下就超过了门式刚架的含钢量。现在比较一下主构，相同条件下应力比0．9(各部分基本都达到这个应力比，经过优化)的门式刚架27×7．5含钢量11．5kg／m，且采用的是Q345钢。即使采用混凝土柱+钢梁(虽应用较多理论不太成熟)也要10．8km(虽然少了钢柱，但由于柱端较难制成固端，往往采用简支，受力性能不好，含钢量并没有减小太多，却造成安装的困难)。屋架有百分之十左右的优势。但门刚的支撑系统所占含钢量只有1kg／m左右。这主要是因为门刚的计算假定认为屋面的檩条和隅撑即可充当平面外支点，而屋架必须采用上下弦单独的刚性系杆，对于屋面支撑系统，门刚通过张紧的圆钢，而屋架采用的是考虑受压的角钢，如果同样采用压型钢板及冷弯檩条，在没有大型荷载的情况下，屋架采用如此强的支撑系统是过于保守的。所以可以说目前常规做法及相关理论的滞后，造成屋架比门刚费钢的假象。目前屋架有一定新的发展，例如不采用角钢，省略节点板采用相贯焊接的薄壁钢管相贯焊接屋架。通过分析比较发现在普通角钢屋架中节点板的比重占到了百分之十左右，～如果采用这种形式的屋架将比门式刚架含钢量有百分之二十的优势。
2加工，安装及后期维护
这三个问题是屋架比较大的弱点，也是空间桁架和张拉弦结构的一个大的弱点。屋架由于跨度大，不能整榀运输，往往采用现场焊接拼装，由于焊缝繁多，双角钢除锈存在大量死角，没有简单可靠的拼接节点，这样加工量大，施工周期长，除锈麻烦，这就使得普通屋架，具有较大的劣式。但是如果采用冷弯钢管屋架时，除了需要相贯切割，焊接机以外(价格较高一般企业不具备购买能力)，其他的劣势就不难么突出了，此种屋架也可以采用法兰式全栓接拼接节点，除锈面积小。只是视觉上略显笨重。
3平面网架
可以看出采用网架在含钢量上并没有优势，这个现象非常奇怪，本身网架结构体系是个非常合理的计算模型，并且采用满应力设计，含钢量却非常高，仔细分析细节我们会发现有四个重要的原因。
第一，网架有一个最小截面的要求，主要考虑的是初挠曲的因素。
第二，网架由于加工量的考虑，杆件的种类不超过五种，考虑这样两个因素，即使采用满应力设计之后，仍有大量低应力杆件。
第三个，也是最重要的，为了安装方便，采用了螺栓球这种特殊的节点，球体大小对受力并不贡献(大小只与杆件安装距离有关)但却占到整体含钢量的10％～30％，这个无贡献的部分比重很大。不过由于檩条跨度小，往往比门刚的檩条含钢量低1kg／m一2kg／m。
第四点，由于普通厂房一般为狭长体形，网架往往单向支撑，且柱本身的抗侧刚度比较弱，这样网架的受力模型往往趋近于支座可有限移动的单向受力体系，由于这个特点网架的空间受力特点往往发挥不出来造成含钢量提高。
上面的表格中网架的含钢量指得是一般厂房采用的网架，实际上如果是公共建筑网格的尺寸往往是矩形或方形，且由于支撑网架的柱子通过框架梁和其他柱子联合产生的抗侧刚度很大，这时网架的含钢量是相当低的。
4制作安装
制作安装上，网架非常消耗人工，螺栓球的制作需要特别的削切工具，加工精度要求很高，小厂较难完成。焊接球现场焊接量非常大，检测困难，质量难以保证，整个的施工工期是门钢的几倍，加工量大，设备要求高，安装要采用满堂架或大型起重设备，这样一来常规厂房采用网架系统并不占优势。但网架形状随意，外形美观，刚度大，安全度高，运输非常方便，在40m以上跨度，采用抽空四角锥，含钢量还是具备一定优势的。
由于上面两种结构都属于桁架类，杆件都是只考虑轴力，依靠程序设计，人为优化的程度很小，只有桁架的高度，网架的厚度和网格大小是我们需要考虑的，其他均为程序自行考虑。所以此两类结{萄结构选型的意义大于构件优化的意义。
5门式刚架
(1)含钢量(第一排为跨度，第二排为柱距，第三排为含钢量单位kg／m，第四派为有两台5吨吊车时主构，不包括吊车系统的含钢量)。
表3
材质为q345，有吊车时柱脚固接
上面数据表明门式刚架在计算理论上非常深入先进，虽然基本的受力模式没有优势可言，但整体含钢量却能把其他结构比下去一大截，加之其构造非常大胆简洁，使其在支撑系统上的含钢量也几乎可以忽略，在另一方面，理论的深入致使结构在计算模型上安全余量很低(如果抛开蒙皮效应)，加上加工设备门槛低，只要采用简单的组立机，自动焊机就能形成一个加工厂，每年由风雪等自然因
素产生的倒塌破坏非常之多。抛开上述问题，它的含钢量确实非常低，工期短，地基易处理，对于厂房来说是个非常有优势的体系以下看一个比较(第一排为跨度，柱距7．5，第二排为含钢量单位kg／m)。
这是国标标准图上的含钢量，采用Q235。
6小结
以上总结了目前钢结构大跨度结构常见的三种形式用钢量的情况，影响原因，以供结构设计人员参考。
参考文献
[1]陈绍藩．钢结构设计与原理[M]．第三版．
[2]轻型房屋钢结构应用技术手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．
跨度空间结构研究 篇12
关键词：大跨度桥梁,地震反应,进展
大跨度桥梁一般处于交通运输的枢纽地段,为国家生命线工程的重要组成部分。因此,对大跨度桥梁进行正确的地震反应分析对于提高其抗震能力至关重要。目前,迅速发展的桥梁建设已对大跨度桥梁的抗震分析提出了更高的要求,与之相应的结构地震反应分析理论研究也呈现出一些新的特点。对于大跨度桥梁而言,在强震作用下的多点激振效应、地震反应分析方法、土—结构体系的动力相互作用以及结构的非线性性能研究具有更重要的现实意义。
1 地震动的多点激振效应
通常大跨度桥梁结构的地震反应分析是假定所有桥墩墩底的地震运动是一致的。而实际上,由于地震机制、地震波的传播特征、地形地质构造的不同,使得入射地震在空间和时间上均是变化的。即使其他条件完全相同,由于地面上的各点到震源的距离不同,它们接收到的地震波必然存在着时间差(相位差),由此导致地表的非同步震动,这一点已被地震观测结果所证实。因此,多点地震输入是更合理的地震输入模式。特别是大跨度桥梁结构,当地震波的波长小于相邻桥墩的跨度时,入射到各墩的地震波的相位是不同的,由于在桥长范围内各墩下的基础类型和周围的场地条件可能有很大的差别,因此入射到各墩的地震波的波形也可能是不同的。有关实际震害表明,入射地震波的相位差可增大桥跨落梁的危险性,所以就地震波传播过程中的多点激振效应进行研究是有很大的实际意义的。
从计算方法上看,由于多点地震输入算法与同步激振的计算方法不同,因此必须重新推导结构体系的动力平衡方程。美国学者Penzien和Clough于1975年推导了多自由度体系考虑地震波多点输入时的动力平衡微分方程及求解方法,通过所谓的影响矩阵[R]实现了地震波的多点输入算法。其思路是:首先在惯性参照系中建立结构体系整体的动力平衡方程并表达为支承节点和可动节点分块矩阵的形式,然后将结构的位移、速度和加速度反应分解为相对动力项和拟静力项,代入原结构体系整体的动力平衡方程并整理,就可以得到关于结构中所有可动自由度、考虑多点激振的动力平衡方程,其中方程右端项出现了以影响矩阵[R]表达的地震动输入,其物理含义是支承自由度上依次单独施加单位位移时所有可动自由度上产生的节点位移,它可用标准的强迫位移分析程序来求出。此时结构体系的动力平衡方程在形式上与同步激振情况下的结构动力平衡方程完全一致。当利用标准方法求解出结构体系的相对动力反应后,再利用与多点输入地震波的位移记录相关的拟静力反应即可求出多点输入时的地震内力,即结构体系的最终反应为相对动力反应项和拟静力反应项的迭加。这种方法后来被广泛应用。
对于线弹性分析而言,由于[R]在整个时域内保持不变,所以上面建立的多点激振动力平衡方程的求解比较容易;对于非线性分析来讲,由于[R]的计算方法和所采用的结构体系非线性分析模型有关,故在进行结构多点激振效应的非线性分析时,常需要引入[R]在整个时域内均保持常量而不受结构刚度改变的影响的假定。所以从严格意义上来讲,目前的多点激振效应分析都仍局限于线弹性分析或准非线性分析。
2 桥梁地震反应分析方法
地震作用理论研究地震时地面运动对结构物产生的动态效应,结构的地震反应取决于地震动和结构动力特性两个方面,因此,地震反应分析方法的发展是随着人们对这两方面的认识逐渐深入而提高的。桥梁结构地震分析方法也随着地震灾害的不断发生经历了从静力法到动力法(包括反应谱方法和时程分析方法)的演变过程。目前世界各国的桥梁抗震设计规范中采用确定性分析方法,主要有静力法、反应谱法、时程分析法和非线性静力分析法,其中前两种方法是主要的分析方法,时程分析法是一种辅助校核方法,而非线性静力分析法则用于确定桥梁结构的破坏机制和抗震能力的评估。此外,概率性分析方法的理论研究较多,但不能得到数值结果,这种方法目前无法在工程中应用。近年来,虚拟激励法发展起来,并已经构成了一个比较完善的系统。虚拟激励法将平稳随机响应分析转化成为简谐响应分析,将非平稳随机响应分析转化为确定性时间历程分析,从而采用确定性分析方法实现随机振动的求解。
3 地基与桥梁结构的相互作用
土与结构相互作用的研究经历了基本理论准备阶段、计算方法研究阶段和深化阶段,发展至今成为研究的活跃领域。但是,土体的复杂性、离散性给该领域的研究带来很大的困难,制约了研究成果在工程中的应用。土与结构的相互作用可能放大结构响应,产生不利影响,也可能降低结构响应,这就使该问题的研究具有双重意义:1)结构在遭遇地震时的安全性;2)结构设计的经济性。目前土与结构相互作用的分析方法主要有直接法、子结构法和集中参数法。直接法是将结构、基础和土体作为一个整体进行研究,可以真实地模拟结构和地基介质的力学性质、复杂的几何形状和荷载的任意性。直接法通常采用数值法或半解析数值法求解,最常用的计算方法是有限元法、边界元法与无限元法。子结构法是一种常用的分析方法,可以对结构、土体和基础分别采用不同的方法求解,由于采用的叠加原理,只能适用于线性系统。采用子结构法分析土—结构动力相互作用,主要解决两个问题:源问题、阻抗函数问题和由模拟弹簧及阻尼器支承的结构在给定基础振动下的反应问题,其中第2个问题是子结构法需要解决的关键问题。集中参数法是将半无限地基简化为弹簧—阻尼—质量系统,这种方法概念明确,方便工程应用。
对于桥梁结构,桩基础是广泛采用的基础形式,因此桩—土—结构的相互作用成为土与结构相互作用研究的复杂问题之一。一般认为,这种相互作用主要体现在以下两个方面:1)地基变形改变了上部结构的动力特性,使结构的基本周期延长、阻尼增大。2)上部结构的反馈作用,改变了地基运行的频谱组成,使得与结构自振周期相同的运动分量获得加强,同时地基的加速度幅值也较邻近自由场地的小。基于以上理解,可采用集中质量法进行研究。集中质量法将桥梁上部结构多质点体系和桩—土体系的质量联合作为一个整体,来建立整体耦联的地震振动微分方程组进行求解。由于土—结构动力相互作用问题的复杂性,各种假设、简化造成由不同方法得到的结构和地基反应有较大的差别,因此,目前土—结构动力相互作用的发展水平与工程之间仍存在相当大的差距。
4桥梁结构非线性问题
大跨度桥梁结构的非线性可分为材料非线性和几何非线性两种,一般情况下结构的几何非线性可通过考虑所谓的P—Δ效应(即由于重力作用和水平位移相互影响而产生的结构附加反应,仅考虑初应力矩阵)来进行。
在大跨度桥梁弹塑性地震反应分析的力学模型中,若按构件所处的空间位置可把力学模型分为平面模型和空间模型两种。在结构弹塑性地震反应分析中,构件恢复力模型的确定是基本的步骤。而构件的恢复力关系又集中反映在滞回特性曲线上,基本指标有曲线形状、骨架曲线及其特征参数、强度、刚度及其退化规律、滞回耗能机制、延性和等效滞回阻尼系数等。国内外在这方面已进行了大量的试验研究并取得了相应的研究成果。
5结语
经过几十年的研究与发展,桥梁地震反应分析技术有了长足的发展,但是由于大跨度桥梁结构的空间复杂性,使一些先进的技术无法直接得到应用。寻找大跨度桥梁结构反应的变化规律,改进现有的地震反应分析和发展随机振动法使之适用于大型桥梁的抗震分析,还需要作进一步深入的研究。
参考文献
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[3]姜淑珍,包峰,刘如山.交通系统中桥梁的抗震分析[J].工程力学,2006,22(4):59-62.
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