0 引言

　　大跨鋼結構主要用于公共建筑 ,如大會堂、影劇院、展覽館、音樂廳、體育館、加蓋體育場、航空港等,也用于工業建筑 ,如飛機制造廠的總裝車間、飛機庫、 造船廠的船體結構車間等。這些建筑采用大跨結構是由裝配機器(如船舶、 飛機)的大尺寸或工藝過程要求決定的。

　　近10多年來，我國大跨鋼結構建筑物建設發展較快 ,特別是2008北京奧運場館建設 ,為我國大跨鋼結構建筑物建設提供了一個展現的機會 ,涌現出大量結構新穎、技術先進的建筑。

　　1. 大跨鋼結構的特點及應用

　　1.1大跨度結構的跨度沒有統一的衡量標準 ,我國的《鋼結構設計規范》、《網架結構設計與施工規程》將跨度60m 以上的結構定義為大跨度結構 ,計算和構造均有特殊規定。目前 ,我國以鋼索和膜材做成的索膜結構最大跨度已做到320 m。

　　1.2大跨度結構主要是在自重荷載下工作 ,主要矛盾是減輕結構自重 ,故最適宜采用鋼結構。在大跨度屋蓋中應盡可能使用輕質屋面結構及輕質屋面材料 ,如彩色涂層壓型鋼板、壓型鋁合金板等。

　　1.3在大跨度空間結構中引入現代預應力技術，不僅使結構體形更為豐富而且也使其先進性、合理性、經濟性得到充分展示。通過適當配置拉索，或可使結構獲得新的中間彈性支點或使結構產生與外載作用反向的內力和撓度而卸載，前者即為斜拉結構體系，后者則為預應力結構體系。這一類“雜交”結構體系將改善原結構的受力狀態，降低內力峰值，增強結構剛度、技術經濟效果明顯提高。目

　　前我國已在80余項大跨空間鋼結構工程中應用了預應力技術，如廣東清遠市體育館(六點支承，對角柱跨度89m，六塊組合型雙層扭網殼)在周邊設6道預應力索后其用鋼量44.3kg/m，約比原方案節省鋼材32%，其它一些類型的網殼結構采用預應力技術后一般都可節約30%以上的鋼材。目前許多高校對索托結構，索網結構等以高強鋼索與鋼材為主承重結構的預應力鋼結構新體系，正在進行理論研究，積極準備工程實踐，可以預期新型的預應力大跨空間鋼結構不久即將涌現在各類建筑中。膜結構是當前我國正在興起的一種空間結構，其中應用較多的是張力膜結構。這是一種以玻璃纖維織物或聚酯纖維織物為基層，以聚四氟乙烯或PVC為涂層的膜材與不同類型的支承體系間的組合，而其支承體系可為索一支柱或索一桿結構,它們常在膜材獲得預應力后協同工作。

　　2. 建筑結構比較分析

　　2.1對于新型大跨結構的特點整體上是空間結構;其跨度大，可覆蓋巨大的室內空間;矢高小、曲率平緩，可有效利用空間;厚度薄、自重輕，節省材料;形式多樣，可適合于各種形狀的平面組合。

　　2.2對混凝土結構來說，其根本不適合用于大跨結構中，其采用的單向板以及雙向板隨著跨度的增大，將會使樓板的厚度增加，所配置的鋼筋量必然增大，顯然這不適合用于大跨度結構中。而對于稍微可應用于跨度較大的井式樓蓋，其特點由肋梁樓蓋演變過來，兩個方向梁的高度相等且一般等間距布置，無主次梁之分，四周承重墻支撐或角柱支撐，可以解決一些大跨度空間的設計要求，因此適用于柱網間距或房間平面面積較大時，多用于門廳、會議廳，但是把井式樓蓋應用于大跨度空間結構中，必然會使造價較高。

　　2.3顯然，對于大跨度結構來說，采用鋼結構明顯優于混凝土結構等，而且隨著跨度的不斷增大，這種優勢尤為突出。尤其是對于柔性屋蓋體系來說，混凝土和鋼-混凝土組合屋蓋暫不適用，而鋼結構則具有明顯優勢。

　　3. 大跨鋼結構設計要點

　　近年來大跨屋蓋建筑的數量和規模增長迅速;對大跨屋蓋建筑的抗震設計重視不夠。一度出現不少造型奇特、結構很不規則、抗震性能差的建筑。為此，結合本項目大跨鋼結構屋蓋的設計實例，筆者總結了對于大跨空間鋼結構來說，其設計要點如下：

　　3.1計算分析方面

　　3.1.1在計算分析方面，重視上部、下部結構的協同工作，應計入多向地震作用的效應。在抗震措施上，定義了關鍵桿件和關鍵節點，并規定了相應的加強措施。計算時應進行抗震計算的范圍、計算模型、計算方法、計算參數、多向地震、地震效應組合、變形限值、關鍵桿件和節點。考慮上下部結構協同工作的最合理方法是按整體結構模型進行地震作用計算。下部結構簡化必須依據可靠且符合動力學原理，即應綜合考慮剛度和質量等效后的有效性。

　　3.1.2計算分析時應合理確定計算模型，屋蓋與主要支承部位的連接假定應與構造相符。計算模型應計入屋蓋結構與下部結構的協同作用。經過計算實踐表明，對于大跨鋼結構來說適宜采用的方法為多向地震反應譜法、時程分析法、甚至多向隨機振動分析方法。建議用一些更精細的分析方法進行復雜大跨屋蓋結構的地震作用計算，應該鼓勵這些方法的應用，但實際操作還有些深層次問題值得討論。對豎向地震作用的簡化算法的適用范圍進行了進一步限定。

　　3.1.3 計算分析不單要模擬結構整體成型后的受力情況，還要兼顧其施工過程的特殊受力情況，避免在結構成型前因為局部受力超過設計值而破壞。對于施工過程的計算模擬需要考慮構件吊裝、不同施工階段工況、結構預變形技術、構件的預拼裝、卸載等。大跨結構的復雜性和施工方法的多樣性，決定其設計的過程中就必須結合考慮施工的問題。這也是設計過程中經常忽視或者考慮不全的地方。

　　3.2結構布置

　　在結構布置上，強調屋蓋結構及其下部支承結構的質量、剛度分布均衡，確保結構的整體性和傳力明確。屋蓋的地震作用應能有效地通過支座向下傳遞;避免屋蓋內力集中或較大扭轉效應，為此屋蓋、支承及下部結構的布置宜均勻對稱;保證屋蓋結構的整體性，因此應優先采用空間傳力體系、避免局部削弱或突變的薄弱部位;宜采用輕型屋面系統，因此應嚴格控制屋面系統的單位自重。結構布置宜避免因局部削弱或突變形成薄弱部位，產生過大的內力、變形集中。對于可能出現的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

　　3.3 防震縫設置

　　3.3.1 對于大跨空間結構來說，設置防震縫往往是有效的。震縫寬度，規范規定不宜小于150mm。這主要是根據下部支承結構為框架結構或框架-抗震墻結構時的最小縫寬綜合確定。規范所規定的最小防震縫寬度可能不足。建議最好按設防烈度下兩側獨立結構在交界線上的相對位移最大值來復核。

　　3.3.2結合工程實踐經驗，筆者建議大跨屋蓋結構防震縫的縫寬可按設防烈度下兩側獨立結構在交界線上的相對位移最大值來確定。對于規則結構，縫寬也可將多遇地震下的最大相對變形值乘以不小于3的放大系數近似估計。

　　4.結語

　　大跨度空間結構是目前發展最快的結構類型，本文從比較混凝土結構、組合結構以及鋼結構出發，分析比較鋼結構應用于大跨度空間結構中的優勢，結合筆者從事大跨度鋼結構設計實踐經驗，提出大跨度鋼結構設計要點，可為大跨度鋼結構設計提供參考借鑒。

　　5.參考文獻

　　[1] 于永修.大跨空間結構的分類及發展特征[J].科技信息(科學教研)，2007，

　　[2] GB50017—2003 ,鋼結構設計規范[[S]

　　[3]田安國，劉釗，呂志濤.預應力纖維布張拉錨固技術及其設計理論研究[J].工業建筑，2005。