《大跨度空间结构主要形式及施工方法概述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大跨度空间结构主要形式及施工方法概述（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、大跨度空间结构主要形式及施工方法概述 - 结构综合资料大跨度空间结构主要形式及施工方法概述Xxxxx摘 要：本文阐述了大跨度空间结构的主要结构形式及其特点，包括 网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、薄壳结构五大主要结构形 式，并介绍大跨度空间结构主要的施工方法和技术特点。关键字：大跨度，空间结构，施工工艺1 引言随着科技与经济的发展，人们对结构有了越来越高的要求，结构的规 模越来越大，形式也越来越复杂。大跨度空间结构是一类结构受力合 理、刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便的空间结构体系 ,它 具有良好受力性能、形体优美，具有大空间的跨越能力，其良好的经 济性、安全性和实用性，使其成为我国
2、发展最快的结构形式之一，近 年来在大跨度、大柱网的公共和工业建筑中得到了广泛应用。2 主要结构形式2.1 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。主要形式包括：(1)平 面桁架系组成的网架结构； (2) 四角锥体组成的网架结构； (3) 三角 锥组成的网架结构；(4) 六角锥体组成的网架结构。网架结构的主要特点是空间工作,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
3、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。2.2 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。结构形式主要有球 面网壳、双曲面网壳、圆柱面网壳、双曲抛物面网壳等。网壳结构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。2.3 膜结构薄膜结构
4、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。主要结构形式有 空气支承膜结构、张拉式膜结构、骨架支承膜结构等。膜结构主要特点是自重轻、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。2.4 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 和支撑系统三个部分构成。结构形式主要包括
5、：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。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。2.5 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/RVl/的壳体 定义为薄壳）。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
6、钢筋混凝土薄壳、砖薄壳、钢薄壳和复合材料薄壳等。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。3 大跨空间结构施工的常用方法3.1 高空原位拼装法 高空原位拼装法是指把杆件和节点在结构设计位置直接进行拼装， 为了保证大跨度空间结构的安全性，结构往往要设置临时支撑来改善 结构的受力性能，等结构安装完成以后再把临时支撑卸载使结构达到 设计状态，设置临时支撑结构使得高空原位拼装法得到了非常广泛的 应用
7、。高空原位拼装法是复杂大跨度空间结构施工安装的基础，其他的施工 方法都是从此方法演变而来的。根据支撑的不同，高空原位拼装法可 以分为全支架安装法（满堂红脚手架法）和胎架安装法。全支架安装法 就是根据结构的曲面形状和高度使用脚手架将结构在空中完成总拼 的方法，它适用于高度和跨度都不是很大的“馆”类结构，优点是施工 灵活、回收利用率高且易于控制坐标，缺点是使用脚手架的量比较大， 施工过程中的不安全因素增多，比起后一种胎架安装法来说偏不安 全，但是较为经济；胎架安装法是根据结构特点设计一种类似脚手架 的胎架结构作为建筑物的支撑体系来进行安装。它适用于高度较高、 跨度和自重比较大的大跨度空间“场”结构
8、，优点是胎架结构的形式多 样、施工安全以及坐标精确，缺点是由于回收利用率不高引起的浪费 严重。3.2 滑移就位法 滑移就位法就是指将分区杆件通过特定的轨道滑移至设计位置再拼 接成整体的安装方法。此种方法适合在施工场地不利的地区使用，所 建造结构的建筑平面也多为规则的多边形或开口的体育场馆。运用此 方法虽然可以缩短工期，使施工周期大大缩短，但也存在着一些难点， 例如如何选取滑移轨道以及如何控制滑移速度等问题。3.3 整体提升安装法 整体提升安装法是利用提升设备将结构提升至预想位置再进行安装 的一种方法，多用在单层或多层网壳的屋盖结构施工中。此种施工方 法最大的优点就是可以节省大量的临时支撑且工期
9、相对较短，而相对 应的施工难点就是对提升点的把握以及对所提升网壳结构的应力控 制。整体提升安装法是对空间原位拼装法的补充，一般与其他几种方 法结合使用。3.4 整体张拉法 整体张拉法是利用一定数目的液压千斤顶将索同步张拉至合理标高 的一种施工方法，特别适合应用于大型索膜结构安装。这种施工方法 的技术含量高，科学性较好，操作方便且易于控制，使工人的工作量 和施工成本都有较为显著的下降，所以在索膜结构的施工中使用这种 柔性的施工方法是非常合理和可行的。3.5 网壳结构外扩法 网壳结构外扩法是施工新技术之一，具体方法是先在地面上将结构中 间部分网壳进行拼装，提升到一定的高度之后再拼接四周一部分网 壳
10、，而后又将拼接好的网壳进行提升，如此反复直至网壳结构全部拼 装完毕为止。这种施工方法可以节省大量临时支撑并且易于保证施工 质量，由于大量的拼装是在地面上进行的，所以安全性也是比较好的。 鉴于以上优点，网壳结构外扩法在大跨度空间钢结构的施工中得到了 越来越多的重视。3.6 悬挑安装法 悬挑安装法就是先在地面拼接好小块单元，直接利用起重设备将此单 元吊装至设计位置进行拼装，它适用于小型的、结构形式不是很复杂 的空间结构。悬挑安装法可以减少临时支撑的数目以达到降低造价的 目的，但是安全性较差，施工质量不好保证，可能会产生较大的次应 力。由于已安装构件的稳定性直接影响后面杆件的安装，所以要求已 安装的
11、结构单元是几何不变体、有足够的刚度且相对于设计位置来说 基本没有变形，这就要求结构在采用悬挑安装法施工之前要对结构进 行模拟分析，做好防护措施，消除不利影响。4 结语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。国内在大跨度空间结构的研究方面也有近40 年的历史,从网架、 网壳到悬索结构都有相当数量的工程应用 , 建造了一大批体育场馆 , 如北京亚运会各体育场馆、天津市体育馆、哈尔滨速滑馆、 2008 年 北京奥运主会场等, 建成了多座大跨度机库, 如首都机场机库。但是 国内的大跨度空间结构与国外相比还有差距。如跨度仍不大, 悬索结 构发展较慢, 而薄膜结构、张拉整体结构等刚刚处于起步阶段, 同时 在建筑造型、结构构思等方面还比较单调。在施工技术方面，虽然常 用的施工方法越来越成熟，但是随着空间结构的形式越来越奇特，也 迫切地需要一些新的安装方法来解决这些难题。参考文献1 杜庆远，张焕华大跨度空间结构在国内的发展形式和技术特 点黑龙江水利科技，20072 田黎敏大跨度空间钢结构的施工过程模拟分析及研究西安建 筑科技大学硕士论文，20103 董石麟我国大跨度空间钢结构的发展与展望空间结构，2000.064 郭正兴 罗 斌大跨空间钢结构预应力施工技术研究与应用东 南大学土木工程学院,2010
