大跨空間結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程中的應(yīng)用第37頁共37頁大跨空間結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程中的應(yīng)用摘要大跨空間結(jié)構(gòu)是目前發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)類型。大跨度建筑及作為其核心的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r是代表一個國家建筑科技水平的重要標(biāo)志之一?？臻g結(jié)構(gòu)的卓越工作性能不僅僅表現(xiàn)在三維受力，而且還由于它們通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用。當(dāng)跨度增大時，空間結(jié)構(gòu)就愈能顯示出它們優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。事實(shí)上，當(dāng)跨度達(dá)到一定程度后，一般平面結(jié)構(gòu)往往已難于成為合理的選擇。近二十余年來，各種類型的大跨空間結(jié)構(gòu)在美、日、歐等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快。我國大跨度空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)原來比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和社會發(fā)展的需要，近十余年來也取得了比較迅猛的發(fā)展。隨著國力的不斷增強(qiáng)，要建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機(jī)庫等大空間和超大空間建筑物的需求十分旺盛，而且這種需求量在一定程度上可能超過許多發(fā)達(dá)國家．但與國際先進(jìn)水平相比，我國大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展仍存在一定差距。關(guān)鍵字大跨空間結(jié)構(gòu)分類計算理論工程實(shí)例正文一大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況在這實(shí)際的三維世界里，任何結(jié)構(gòu)物本質(zhì)上都是空間性質(zhì)的，只不過出于簡化設(shè)計和建造的目的，人們在許多場合把它們分解成一片片平面結(jié)構(gòu)來進(jìn)行構(gòu)造和計算、與此同時，無法進(jìn)行簡單分解的真正意義上的空間體系也始終沒有停止其自身的發(fā)展，而且日益顯示出一般平面結(jié)構(gòu)無法比擬的豐富多彩和創(chuàng)造潛力，體現(xiàn)出大自然的美麗和神奇?？臻g結(jié)構(gòu)的卓越工作性能不僅僅表現(xiàn)在三維受力，而且還在于它們通過合理的曲面形體來有效抵抗外荷載的作用。當(dāng)跨度增大時，空間結(jié)構(gòu)就愈能顯示出它們優(yōu)異的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。事實(shí)上，當(dāng)跨度增大到一定程度后，一般平面結(jié)構(gòu)往往已難于成為合理的選擇。從國內(nèi)外工程實(shí)踐來看，大跨度建筑多數(shù)采用各種形式的空間結(jié)構(gòu)體系近三十年來，各種類型的大跨空間結(jié)構(gòu)在美、日、歐、澳等發(fā)達(dá)國家發(fā)展很快。建筑物的跨度和規(guī)模越來越大，采用了許多新材料和新技術(shù)，創(chuàng)造了豐富的空間結(jié)構(gòu)形式。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍詷?biāo)志和著名人文景觀。由于經(jīng)濟(jì)和文化發(fā)展的需要，人們還在不斷追求覆蓋更大的空間，例如有人設(shè)想將整個街區(qū)、整個廣場、甚至整個山谷覆蓋起來形成一個可人工控制氣候的人聚環(huán)境或休閑環(huán)境:為了發(fā)掘和保護(hù)古代陵墓和重要占跡，也有人設(shè)想采用超大跨度結(jié)構(gòu)物將其覆蓋起來形成封閉的環(huán)境。目前，某些發(fā)達(dá)國家正在進(jìn)行尺度為300米以上的超大跨度空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案探討?？梢赃@樣說，大跨空間結(jié)構(gòu)是最近三十年來發(fā)展最快的結(jié)構(gòu)形式。從今天來看，大跨度和超大跨度建筑物及作為其核心的空間結(jié)構(gòu)技術(shù)已成為代表一個國家建筑科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。各發(fā)達(dá)國家為大跨度空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展投人了大量研究經(jīng)費(fèi)。例如，早在20年前，美國土木工程學(xué)會曾組織了為期十年的空間結(jié)構(gòu)研究計劃，投入經(jīng)費(fèi)1550萬美元。同一時期，西德由斯圖加特人主持組織了一個“大跨空間結(jié)構(gòu)綜合研究計劃”每年研究經(jīng)費(fèi)100萬馬克以上。這些研究工作為各國大跨度建筑的蓬勃發(fā)展奠定了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)條件國際殼體和空間結(jié)構(gòu)學(xué)會(IASS)每年定期舉行年會和各種學(xué)術(shù)交流活動，是目前最受歡迎的著名學(xué)術(shù)團(tuán)體之一。我國大跨空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)原來比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的增強(qiáng)和社會發(fā)展的需要，近十余年來也取得了迅猛的發(fā)展。工程實(shí)踐的數(shù)量較多，空間結(jié)構(gòu)的形式趨向多樣化，相應(yīng)的理論研究和設(shè)計技術(shù)也逐步完善。以許多體育建筑為代表的一系列大跨空間結(jié)構(gòu)—作為我國建筑科技進(jìn)步的某種象征，在國內(nèi)外都取得了一定影響。種種跡象說明，我國雖然尚是一個發(fā)展中國家，但由于國大人多，隨著國力的不斷增強(qiáng)，要建造更多更大的體育、休閑、展覽、航空港、機(jī)庫等大空間和超大空間建筑物的需求十分盯盛，而且這種需求量在定程度上可能超過許多發(fā)達(dá)國家。這是我國空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域面臨的巨大機(jī)遇。大跨空間結(jié)構(gòu)的形式十分豐富多彩，習(xí)慣上分為如下這些類型:(1)鋼筋混凝土薄殼結(jié)構(gòu);(2)平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu);(3)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);(a)懸索結(jié)構(gòu);(5)膜結(jié)構(gòu)和索膜結(jié)構(gòu)。近年來國外用得較多的“索穹頂”實(shí)際上也是一種特殊形式的索一膜結(jié)構(gòu);(6)混合結(jié)構(gòu)(Hybridstructure)。通常是柔性索和剛性構(gòu)件的聯(lián)合應(yīng)用。在上述各種空間結(jié)構(gòu)類型中，鋼筋薄殼結(jié)構(gòu)在五十年代后期及六十年代前期在我國有所發(fā)展，但日前應(yīng)用較少，主要原因是施工比較費(fèi)時費(fèi)事。平板網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，還包括一些未能單獨(dú)歸類的特殊形式，如折板式網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、多平面型網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、多層多跨框架式網(wǎng)格結(jié)構(gòu)等，總起來可稱為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)在我國發(fā)展很快，且持續(xù)不衰。懸索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)和索一膜結(jié)構(gòu)等柔性體系均以張力來抵抗外荷載的作用，可總稱為張力結(jié)構(gòu)這類結(jié)構(gòu)重量輕，安裝方便，富有發(fā)展前景。許多跡象表明，各種形式的張力結(jié)構(gòu)在我國正方興未艾。十余年來我國大跨空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展有兩個顯著特點(diǎn):一是結(jié)構(gòu)形式的不斷創(chuàng)新，是理論研究的同步開展。后者為這一新穎結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的發(fā)展提供了及時而有力的支持。1、空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)早于平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在國外，傳統(tǒng)的肋環(huán)型穹頂已有一百多年HYPERLINK"/lishi/"歷史，而第一個平板網(wǎng)架是1940年在德國建造的（采用Mero體系）。中國第一批具有HYPERLINK"/dangdai/"現(xiàn)代意義的網(wǎng)殼是在50和60年代建造的，但數(shù)量不多。當(dāng)時柱面網(wǎng)殼大多采用菱形“聯(lián)方”網(wǎng)格體系，1956年建成的天津體育館鋼網(wǎng)殼（跨度52m）和l961年同濟(jì)大學(xué)建成的鋼筋混凝土網(wǎng)殼（跨度40m）可作為典型代表。球面網(wǎng)殼則主要采用肋環(huán)型體系，1954年建成的重慶人民禮堂半球形穹頂（跨度46.32m）和1967年建成的鄭州體育館圓形鋼屋蓋（跨度64m）習(xí)能是僅有的兩個規(guī)模較大的球面網(wǎng)殼。自此以后直到80年代初期，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在我國沒有得到進(jìn)一步的發(fā)展。相對而言自第一個平板網(wǎng)架（上海師范學(xué)院球類房，31.5mx40.5m）于1964年建成以來，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一直保持較好發(fā)展勢頭。1967年建成的首都體育館采用斜放正交網(wǎng)架，其矩形平面尺寸為99mx112m，厚6m，采用型鋼構(gòu)件，高強(qiáng)螺栓連接，用鋼指標(biāo)65kg每平米（1kg每平米≈9.8pa）。1973年建成的上海萬人體育館采用圓形平面的三向網(wǎng)架凈架110m，厚6m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)47kg每平米。當(dāng)時平板網(wǎng)架在國內(nèi)還是全新的結(jié)構(gòu)形式，這兩個網(wǎng)架規(guī)模都比較大，即使從今天來看仍然具有代表性，因而對工程界產(chǎn)生了很大影響。在當(dāng)時體育館建設(shè)需求的激勵下，國內(nèi)各高校、研究機(jī)構(gòu)和設(shè)計部門對這種新結(jié)構(gòu)投入了許多力量，專業(yè)的制作和安裝企業(yè)也逐漸成長，為這種結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展打下了較堅實(shí)的基礎(chǔ)。改革開放以來的十多年里是我國空間結(jié)構(gòu)快速發(fā)展的黃金時期而平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就自然地處于捷足先登的優(yōu)先地位。甚至80年代后期北京為迎接1990年亞運(yùn)會興建的一批體育建筑中，多數(shù)仍采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。在這一時期，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計已普遍采用計算機(jī)，生產(chǎn)技術(shù)也獲得很大進(jìn)步，開始廣泛采用裝配式的螺栓球結(jié)點(diǎn)，大大加快了網(wǎng)架的安裝。但事物總是存在兩個方面。在平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)一枝獨(dú)秀地加快發(fā)展的同時，隨著經(jīng)濟(jì)和文化建設(shè)需求的擴(kuò)大和人們對建筑欣賞品位的提高，在設(shè)計日益增多的各式各樣大跨度建筑時，設(shè)計者越來越感覺到結(jié)構(gòu)形式的選擇余地有限，無法滿足日益發(fā)展的對建筑功能和建筑造型多樣化的要求。這種現(xiàn)實(shí)需求對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)等多種空間結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展起了良好的刺激作用。由于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)條件相同，國內(nèi)已具備現(xiàn)成的基礎(chǔ)，因而從80年代后半期起，當(dāng)相應(yīng)的理論儲備和設(shè)計軟件等條件初步完備，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)就開始了在新的條件下的快速發(fā)展。建造數(shù)量逐年增加，各種形式的網(wǎng)殼，包括球面網(wǎng)殼、柱面網(wǎng)殼、鞍形網(wǎng)殼（或扭網(wǎng)殼）、雙曲扁網(wǎng)殼和各種異形網(wǎng)殼，以及上述各種網(wǎng)殼的組合形式均得到了應(yīng)用；還開發(fā)了預(yù)應(yīng)力網(wǎng)受、斜拉網(wǎng)殼（用斜拉索加強(qiáng)網(wǎng)殼）等新的結(jié)構(gòu)體系。近幾年來建造了一些規(guī)模相當(dāng)宏大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。例如1994年建成的天津體育館采用肋環(huán)斜桿型（Schwedler型）雙層球面網(wǎng)殼，其圓形平面凈跨108m，周邊伸出13.5m，網(wǎng)殼厚度3m，采用圓鋼管構(gòu)件和焊接空心球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)55kg每平米。1995年建成的黑龍江省速滑館用以覆蓋400m速滑跑道，其巨大的雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由中央柱面殼部分和兩端半球殼部分組成，輪廓尺寸86.2mx191.2m，覆蓋面積達(dá)15000平米，網(wǎng)殼厚度2.1m，采用圓鋼管構(gòu)件和螺栓球結(jié)點(diǎn)，用鋼指標(biāo)50kg每平米。1997年剛建成的長春萬人體育館平面呈桃核形，由肋環(huán)型球面網(wǎng)殼切去中央條形部分再拼合而成，體型巨大，如果將外伸支腿計算在內(nèi)，輪廓尺寸達(dá)146mx191.7m，網(wǎng)殼厚度2.8m，其桁架式“網(wǎng)片”的上、下弦和腹桿一律采用方（矩形）鋼管，焊接連接，是我國第一個方鋼管網(wǎng)殼。這一網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案是由國外提出的，施工圖設(shè)計和制作安裝由國內(nèi)完成。在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益擴(kuò)大的同時，平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)并未停止其自身的發(fā)展。這種目前來看已比較簡單的結(jié)構(gòu)有它自己廣泛的使用范圍，跨度不拘大?。欢呀鼛啄暝谝恍┲匾I(lǐng)域擴(kuò)大了應(yīng)用范圍。例如在機(jī)場維修機(jī)庫方面，廣州白云機(jī)場80m機(jī)庫（199年）、成都機(jī)場140m機(jī)庫（1995年）、首都機(jī)場2Zmx150m機(jī)庫（1996年）等大型機(jī)庫都采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。這些三邊支承的平板網(wǎng)架規(guī)模巨大，且需承受較重的懸掛荷載，常采用較重型的焊接型鋼（或鋼管）結(jié)構(gòu)，有時需采用三層網(wǎng)架；其單位面積用鋼指標(biāo)可達(dá)到一般公用建筑所用網(wǎng)架的一倍或更多。單層HYPERLINK"/gongxue/"工業(yè)廠房也是近幾年來平板網(wǎng)架獲得迅速發(fā)展的一個重要領(lǐng)域。為便于靈活安排生產(chǎn)工藝，廠房的柱網(wǎng)尺寸有日益擴(kuò)大的趨向，這時平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就成為十分經(jīng)濟(jì)適用的理想結(jié)構(gòu)方案。1991年建成的第一汽車制造廠高爾夫轎車安裝車間面積近8萬平米（189.2mx421.6m），柱網(wǎng)21mx12m,采用焊接球結(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，用鋼指標(biāo)31kg每平米。該廠房是目前世界上面積最大的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。1992年建成的天津無縫鋼管廠加工車間面積為6萬平米（108mx564m），柱網(wǎng)36mx18m,采用螺栓球結(jié)點(diǎn)網(wǎng)架，用鋼指標(biāo)32kg每平米，與傳統(tǒng)的平面鋼桁架方案比較，節(jié)省了47％。鑒于這類廠房的巨大圓積，它們確實(shí)為平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了廣闊的新領(lǐng)域。十分明顯，包括網(wǎng)架和網(wǎng)殼在內(nèi)的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是我國近十余年來發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的空間結(jié)構(gòu)類型。這類結(jié)構(gòu)體系整體剛度好，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，可提供豐富的建筑造型，因而受到建設(shè)者和設(shè)計者的喜愛。我國網(wǎng)架企業(yè)的蓬勃發(fā)展也為這類結(jié)構(gòu)提供了方便的生產(chǎn)條件。據(jù)估計，近幾年我國每年建造的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)達(dá)800萬平方米建筑面積，相應(yīng)鋼材用量約20萬t。這么大的數(shù)字是任何其它國家無法比擬的，無愧于“網(wǎng)架王國”這一稱號，難怪國外有關(guān)企業(yè)對這一巨大市場垂涎欲滴。如此大的發(fā)展勢頭自然也會帶來一些問題。與國際水平相比，我國目前網(wǎng)架生產(chǎn)的工藝水平和質(zhì)量管理水平尚有一定距離。尤其是在市場需求帶動下，大量小型網(wǎng)架企業(yè)雨后春筍般成立起來，難免良莠不齊，設(shè)計也非總由有經(jīng)驗(yàn)人士擔(dān)任。因而大力加強(qiáng)行業(yè)管理，切實(shí)把握住設(shè)計制作和安裝質(zhì)量，是促進(jìn)我國空間結(jié)構(gòu)進(jìn)一步健康發(fā)展的重要課題。2、張力結(jié)構(gòu)中國現(xiàn)代懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展始于50年代后期和60年代，北京的工人體育館和杭州的浙江人民體育館是當(dāng)時的兩個代表作。北京工人體育館建成于1961年，其圓形屋蓋采用車輻式雙層懸索體系，直徑達(dá)94m。浙江人民體育館建成于1967年，其屋蓋為橢圓平面，長徑80m，短徑60m．采用雙曲拋物面正交索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。世界上最早的現(xiàn)代懸索屋蓋是美國于1953年建成的Raleigh體育館，采用以兩個斜放的拋物線拱為邊緣構(gòu)件的鞍形正交索網(wǎng)。我國建造的上述兩個懸索結(jié)構(gòu)無論從規(guī)模大小或技術(shù)水平來看在當(dāng)時都可以說是達(dá)到國際上較先進(jìn)水平的。但此后我國懸索結(jié)構(gòu)的發(fā)展停頓了較長一段時間，一直到80年代，由于大跨度建筑的發(fā)展而提出的對空間結(jié)構(gòu)形式多樣化的要求，這種形式豐富的輕型結(jié)構(gòu)重新引起了人們的熱情，工程實(shí)踐的數(shù)量有較大增長，應(yīng)用形式趨于多樣化理論研究也相應(yīng)地開展起來形勢相當(dāng)喜人。柔性的懸索在自然狀態(tài)下不僅沒有剛度，其形狀也是不確定的。必須采用敷設(shè)重屋面或施加預(yù)應(yīng)力等措施，才能賦予一定的形狀，成為在外荷作用下具有必要剛度和形狀穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。值得稱道的是，我國的科技人員在HYPERLINK"/"學(xué)習(xí)和吸收國外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的同時，在結(jié)合工程具體條件創(chuàng)造更加符合中國國情的結(jié)構(gòu)應(yīng)用形式方面做了不少嘗試和創(chuàng)新。例如，山東省淄博等地把懸索結(jié)構(gòu)應(yīng)用于中小型屋蓋結(jié)構(gòu)中，頗具特色。他們主要采用單層平行索系或傘形輻射索系加鋼筋混凝土屋面板的構(gòu)造方式。施工時先將屋面板掛在索上（使索正好位于板縫中），在板上臨時加載使索伸長，然后在板縫中澆灌細(xì)石混凝土，待達(dá)到一定強(qiáng)度后卸去臨時荷載，即形成具有一定預(yù)應(yīng)力的“懸掛薄殼”。這種構(gòu)造和施工HYPERLINK"/"方法不需要復(fù)雜的技術(shù)和設(shè)備，造價也比較低。為了提高單層懸索的形狀穩(wěn)定性，在單層平行索系上設(shè)置橫向加勁梁（或桁架）的辦法也是十分有效的。橫向加勁構(gòu)件的作用有二：一是傳遞可能的集中荷載和局部荷載使之更均勻地分配到各根平行的索上；二是通過下壓橫向加勁構(gòu)件的兩端到預(yù)定位置或通過對索進(jìn)行張拉使整個體系建立預(yù)應(yīng)力，從而提高屋蓋的剛度。從安徽體育館等幾個工程的實(shí)踐來看這種混合結(jié)構(gòu)體系施工方便，用料經(jīng)濟(jì)，是一種成功的創(chuàng)造。由一系列承重索和曲率相反的穩(wěn)定索組成的預(yù)應(yīng)力雙層索系，是解決懸索結(jié)構(gòu)形狀穩(wěn)定性的另一種有效形式。其工作機(jī)理與預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)有類似之處。1966年瑞典工程師Jawerth首先在斯德哥爾摩滑冰館采用由一對承重索和穩(wěn)定索組成被稱為“索桁架”的專利體系，其后這種平面雙層索系在各國獲得相當(dāng)廣泛剛用。我國無錫體育館也采用了這種體系。作為對這種體系的改進(jìn)，吉林滑冰館采用了一種新型的空間雙層索系，它的承重索與穩(wěn)定索在不同一陣平面內(nèi)，而是錯開半個柱距，從而創(chuàng)造了新穎的建筑造型，而且很好地解決了矩形平面懸索屋蓋通常遇到的屋面排水問題。這一新穎結(jié)構(gòu)參加了1987年在美國舉行的國際先進(jìn)結(jié)構(gòu)展覽。我國懸索結(jié)構(gòu)發(fā)展的另一個特點(diǎn)是在許多工程中運(yùn)用了各種組合手段。主要的方式是將兩個以上預(yù)應(yīng)力索網(wǎng)或其它懸索體系組合起來，并設(shè)置強(qiáng)大的拱或剛架等結(jié)構(gòu)作為中間支承，形成各種形式的組合屋蓋結(jié)構(gòu)。例如四川省體育館和青島市體育館的屋蓋是由兩片索網(wǎng)和作為中間支承的一對鋼筋混凝土拱組合起來的。北京朝陽體育館由兩片索網(wǎng)和被稱為“索拱體系”的中央支承結(jié)構(gòu)組成。中央索拱體系由兩條懸索和兩個鋼拱組成，本身是一種混合結(jié)構(gòu)，其概念也具有創(chuàng)新意義。采用各種組合式屋蓋不僅進(jìn)一步豐富了建筑造型，而且往往能更好地滿足某些建筑功能上的要求，例如為體育館建筑提供了“最優(yōu)”的內(nèi)部空間。單純從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度，單片索網(wǎng)或其它懸索體系可以經(jīng)濟(jì)地跨越很大的跨度，本非必須采用中間支承結(jié)構(gòu)。所以，采用組合式屋蓋在很多場合毋寧說主要是出于建筑造型和使用功能方面的考慮。從我國這幾年的實(shí)踐效果來看，它在這方面是起到了預(yù)期作用的。將斜拉體系引用到屋蓋結(jié)構(gòu)中來，可形成一系列混合結(jié)構(gòu)形式。這種體系利用由塔柱頂端伸出的斜拉索為屋蓋的橫跨結(jié)構(gòu)（主梁、桁架、平板網(wǎng)架等）提供了一系列中間彈性支承，使這些橫跨結(jié)構(gòu)不需靠增大結(jié)構(gòu)高度和構(gòu)件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉網(wǎng)殼也屬于這類混合結(jié)構(gòu)。盡管十余年來懸索結(jié)構(gòu)取得了可喜的發(fā)展，但與網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)比較其發(fā)展相對較慢，分析起來可能有兩方面的原因：（1）懸索結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算理論相對復(fù)雜一些，又缺少具有較高商品化程度的實(shí)用計算程序，因而難于為一般設(shè)計單位普遇采用；（2）盡管懸索結(jié)構(gòu)的施工并不復(fù)雜，但一般施工單位對它不夠熟悉，更沒有形成專業(yè)的懸索結(jié)構(gòu)施工隊(duì)伍，這也影響建設(shè)單位和設(shè)計單位大膽采用這種結(jié)構(gòu)形式。與此同時，同屬于張力結(jié)構(gòu)體系、在國外應(yīng)用很廣的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)在我國則處于艱難起步階段。除了設(shè)計理論儲備和生產(chǎn)條件方面的原因外，缺少符合建筑要求的國產(chǎn)膜材是一個主要的制約因素。從國外情況看，1970年大阪萬國博覽會上的美國館采用氣承式膜結(jié)構(gòu)（俗稱充氣結(jié)構(gòu)），首次使用以聚氯乙烯（PVC）為涂層的玻璃纖維織物，受到廣泛注意，其準(zhǔn)橢圓平面的軸線尺寸達(dá)14Omx835m，一般認(rèn)為是第一個現(xiàn)代意義的大跨度膜結(jié)構(gòu)。70年代初杜邦公司開發(fā)出以聚四氟乙烯（PTFE，商品名稱Teflon）為涂層的玻璃纖維織物，這種膜材強(qiáng)度高，耐火性、自潔性和耐久性均好，為膜結(jié)構(gòu)的應(yīng)用起到了積極推動作用。從那時起到1984年，美國建造了一批尺度為138m-235m的體育館，均采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，取得了極佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但這種結(jié)構(gòu)體系也出現(xiàn)了一些問題，主要是田于意外漏氣或氣壓控制系統(tǒng)不穩(wěn)定而使屋面下癟，或由于暴風(fēng)雪天氣在屋面形成局部雪兜而熱空氣融雪系統(tǒng)又效能不足導(dǎo)致屋面下癟甚至事故。這些問題使人們對氣承式膜結(jié)構(gòu)的前途產(chǎn)生懷疑，美國自1985年以后在建造大型體育館時沒有再使用這種結(jié)構(gòu)形式。人們把更多的注意力轉(zhuǎn)到張拉式的膜結(jié)構(gòu)或索-膜結(jié)構(gòu)。但如前面所提，日本在1988年建成的東京后樂園棒球館仍然采用氣承式索-膜結(jié)構(gòu)，不過應(yīng)用了極為先進(jìn)的自動控制技術(shù)，而且采用雙層膜結(jié)構(gòu)，中間可通熱空氣融雪；中央計算機(jī)自動監(jiān)測風(fēng)速、雪壓、室內(nèi)氣壓、膜和索的變形及內(nèi)力，并自動選擇最佳方法來控制室內(nèi)氣壓和消除積雪。張拉式膜（或索-膜）結(jié)構(gòu)自80年代以來在發(fā)達(dá)國家獲得極大發(fā)展。這種體系與索網(wǎng)結(jié)構(gòu)類似，張緊在剛性或柔性邊緣構(gòu)件上，或通過特殊構(gòu)造支承在若干獨(dú)立支點(diǎn)上，通過張拉建立預(yù)應(yīng)力，并獲得確定形狀。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得體育場外徑288m，其看臺挑蓬由24個連在一起的形狀相同的單支柱帳篷式膜結(jié)構(gòu)單元組成。每個單元懸掛于中央支柱，外緣通過邊緣索張緊在若干獨(dú)立的錨固裝置上，內(nèi)緣則蹦緊在直徑為133m的中央環(huán)索上。1993年建成的美國丹佛國際機(jī)場候機(jī)大廳采用完全封閉的張拉式膜結(jié)構(gòu)平面尺寸305mx67m，由17個連成一排的雙支柱帳篷式單元組成，每個長條形的單元由相距45.7m的兩根支柱撐起。這兩個工程是比較典型的大型張拉式膜結(jié)構(gòu)的例子。另外還有一類骨架支承式膜結(jié)構(gòu)。例如日本秋田縣的“天穹”（Skydome）是一個切去兩邊的球面穹頂（D=130m），其主要承重結(jié)構(gòu)是一系列平行的格構(gòu)式鋼拱架，蒙以膜材后，用設(shè)在兩拱中間的鋼索向下拉緊，并在屋面上形成V形排水（雪）溝槽。這種骨架是支承式膜結(jié)構(gòu)的例子也是很多的。然而由美國工程師Geiger根據(jù)Fuller的張拉集合體（Tensegrity)概念發(fā)展起來的所謂“索穹頂”（CableDome），也許是近10年來最為膾炙人口的一種新穎張拉體系。Tensegrity原是指由連續(xù)的拉桿與分散的壓桿組成的自平衡體系，其指導(dǎo)思想是充分發(fā)揮桿件的受拉作用。然而嚴(yán)格意義上的Tensegrity體系未能在工程中實(shí)現(xiàn)。Geiger進(jìn)行了適當(dāng)改造，提出了支承在圓形剛件周邊構(gòu)件上的預(yù)應(yīng)力拉索-壓桿體系，索沿輻射方向布置，并利用膜材作為屋面，他稱之為“索穹頂”，并首先用于1988年漢城奧運(yùn)會的兩個體育館工程。美國的Levy進(jìn)一步發(fā)展這種體系，改用聯(lián)方形拉索網(wǎng)格，使屋面膜單元呈菱形的雙曲拋物面形狀，并用于1996年亞特蘭大奧運(yùn)會體育館，其平面呈準(zhǔn)橢圓形，尺寸達(dá)24lmx192m。這類張拉式索-壓桿-膜體系，重量極輕，安裝方便，在大跨度和超大跨度建筑中極具應(yīng)用前景。與世界先進(jìn)水平相比，中國在膜結(jié)構(gòu)方面的差距是十分明顯的。幾年來在理論研究方面做了不少工作，應(yīng)該說已建立起一定的理論儲備。在膜結(jié)構(gòu)應(yīng)用方面近年來也開始呈現(xiàn)比較活潑的勢頭。上海為迎接八運(yùn)會于1997年建成的體育場其看臺挑篷采用鋼骨架支承的膜結(jié)構(gòu)，總覆蓋面積36100平米，是我國首次在大型建筑上采用膜結(jié)構(gòu)；但所用膜材是進(jìn)口的，施工安裝也由外國公司進(jìn)行，價格較昂貴。值得指出的是，中國已出現(xiàn)了專門從事膜結(jié)構(gòu)制作與安裝的企業(yè)，他們已興建了幾個較小型的膜結(jié)構(gòu)。國產(chǎn)膜材的質(zhì)量也正在改進(jìn)。各種跡象表明，膜結(jié)構(gòu)這一族富有潛力的大跨空間結(jié)構(gòu)新成員在我國的發(fā)展已露出桅尖。3、HYPERLINK"/"理論HYPERLINK"/"研究（1）空間結(jié)構(gòu)的HYPERLINK""應(yīng)用是同相應(yīng)的理論研究同步HYPERLINK"/fazhan/"發(fā)展的。應(yīng)該說我們在空間結(jié)構(gòu)理論研究大面做了許多工作。主要研究HYPERLINK"/"內(nèi)容偏重于靜力作用下的結(jié)構(gòu)性狀和HYPERLINK"/"分析HYPERLINK"/"方法，以滿足一般設(shè)計工作的要求為主要目標(biāo)。這些研究為我國空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展提供了基本的理論支持。早期的工作偏重于以連續(xù)化理論為基礎(chǔ)的各種解析方法的研究，例如平板網(wǎng)架的擬板解法、網(wǎng)殼的擬殼解法；懸索結(jié)構(gòu)在荷載作用下要產(chǎn)生較大位移，因而HYPERLINK"/pc/"計算中應(yīng)考慮幾何非線性，當(dāng)時發(fā)展了一系列適用于不同形式懸索結(jié)構(gòu)的考慮大位移的解析方法。在一段時期內(nèi)，當(dāng)計算機(jī)尚未廣泛運(yùn)用于結(jié)構(gòu)計算以前，各種解析方法曾對空間結(jié)構(gòu)的發(fā)展起過重要作用，但解析方法終究有其局限性，它們具有不同程度的近似性，而且往往僅適用于某些特定的結(jié)構(gòu)形式。計算機(jī)的普及和有限元分析方法的廣泛運(yùn)用為空間結(jié)構(gòu)的加速發(fā)展創(chuàng)造了真正的條件。許多大型的和特殊形式的新穎空間結(jié)構(gòu)只能用計算機(jī)程序進(jìn)行分析。我國從80年代開始陸續(xù)編制出適用于不同空間結(jié)構(gòu)的各種計算機(jī)分析程序和CAD軟件，且功能日益完備?，F(xiàn)在我們設(shè)計空間結(jié)構(gòu)幾乎全部依靠計算機(jī)。事實(shí)上，當(dāng)設(shè)計由成千桿件和結(jié)點(diǎn)組成的大型空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，尤其是當(dāng)采用螺栓球結(jié)點(diǎn)時，離開適用的CAD軟件是無法想象的。但也應(yīng)當(dāng)指出，對某些形式的懸索結(jié)構(gòu)來說，簡單實(shí)用的解析方法仍然有意義；對于像雙層索系等比較簡單的體系，解析力法已完全可以提供準(zhǔn)確而完整的計算結(jié)果。例如，吉林滑冰館的大型懸索屋蓋設(shè)計是由簡單的手籌來完成的。十余年來關(guān)于空間結(jié)構(gòu)研究的一個特點(diǎn)是做了大量的試驗(yàn)。這是我國結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的一個優(yōu)良傳統(tǒng)。80年代乃至90年代初期建造的幾乎每一個有代表性的大型空間結(jié)構(gòu)，都作過模型試驗(yàn)或現(xiàn)場實(shí)測。這些試驗(yàn)研究同理論分析工作一起，以及它們之間的相互印證，使我們對原來可能比較生疏的各種新穎空間結(jié)構(gòu)的基本性能了解得越來越全面，為設(shè)計這些結(jié)構(gòu)積累起比較豐富的理論儲備。（2）除了關(guān)于各種類型空間結(jié)構(gòu)的基本性狀和計算方法的研究以外，一些更為基礎(chǔ)性的理論研究也受到了重視，例如關(guān)于網(wǎng)殼穩(wěn)定性的研究已取得許多重要成果。穩(wěn)定性是網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、尤其是單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵HYPERLINK""問題，也是國內(nèi)外十多年來的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能可以從其荷載-位移全過程曲線中得到完整的概念；這種全過程曲線要由較精確的非線性分析得出。從非線性分析的角度來考察，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題和強(qiáng)度問題是相互聯(lián)系在一起的。結(jié)構(gòu)的荷載-位移全過程曲線可以把結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定性以至于剛度的整個變化歷程表示得清清楚楚。當(dāng)考察創(chuàng)始缺陷和荷載分布方式等因素對實(shí)際網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能的HYPERLINK"/"影響時，也均可從全過程曲線的HYPERLINK"/"規(guī)律性變化中進(jìn)行研究。但是當(dāng)利用計算機(jī)對具有大量自由度的復(fù)雜體系進(jìn)行有效的非線性有限元分析尚未能充分實(shí)現(xiàn)的時候，要進(jìn)行網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的全過程分析是十分困難的。在較長一段時期內(nèi)，人們不得不求助于連續(xù)化理論（“擬殼法”）將網(wǎng)殼轉(zhuǎn)化為連續(xù)殼體結(jié)構(gòu)，然后通過某些近似的非線性解析方法來求出殼體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性承載力。這種方法顯然有較大局限性：連續(xù)化殼體穩(wěn)定性理論本身并未完善，事實(shí)上僅對少數(shù)特定的殼體（例如球面殼）才能得出較實(shí)用的公式；此外，所討論的殼體一般是等厚度的和各向同性的，無法反映實(shí)際網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的不均勻構(gòu)造和各向異性的特點(diǎn)。因此，在許多重要場合還必須依靠細(xì)致的模型試驗(yàn)來測定穩(wěn)定性承載力，講與可能的計算結(jié)果相互印證。隨著計算機(jī)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，非線性有限元分析方法興起，并逐漸成為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析中的有力工具。我國從80年代后期開始也積極開展以非線性全過程分析為基礎(chǔ)的網(wǎng)殼穩(wěn)定性研究。在HYPERLINK"/work/"總結(jié)國外已取得成果的基礎(chǔ)上，在理論表達(dá)式的精確化、合理選用平衡路徑跟蹤的計算方法、靈活的迭代策略等方面進(jìn)行了深入細(xì)致的探索，使具有大量自由度的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的全過程分析成為可能；并編制出相應(yīng)的分析程序。此外，在研究初始缺陷對網(wǎng)殼穩(wěn)定性的影響時，對所提出的“一致缺陷模態(tài)祛”（即認(rèn)為初始缺陷按最低屈曲模態(tài)分布時可能具有最不利影響）的合理性和有效性進(jìn)行了仔細(xì)論證，并使之規(guī)范化。在上述理論成果的基礎(chǔ)上，采用大規(guī)模參數(shù)分析的方法，進(jìn)行了網(wǎng)殼穩(wěn)定性分所實(shí)用方法的研究。即結(jié)合不同類型的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，在其基本參數(shù)（幾何參數(shù)、構(gòu)造參數(shù)、荷載參數(shù)等）的常用變化范圍內(nèi)，進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)際結(jié)構(gòu)全過程分析，對所得結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析和歸納，考察網(wǎng)殼穩(wěn)定性的變化規(guī)律，最后通過回歸分析提出網(wǎng)殼穩(wěn)定性驗(yàn)算的實(shí)用公式。近幾年來，共計對2800余例各種形式的實(shí)際尺寸網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全過程分析，得到了相當(dāng)規(guī)律性的結(jié)果。所提出的實(shí)用公式用起來比較簡便，然而是建立在精確分析方法的基礎(chǔ)之上的。這一工作很受廣大設(shè)計部門歡迎。這些公式已列入正在編制的“網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程”（征求意見稿）。應(yīng)該說，我國關(guān)于網(wǎng)殼穩(wěn)定性的研究是相當(dāng)深入和細(xì)致的。（3）相對來說，國內(nèi)外關(guān)于網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震荷載作用下的反應(yīng)研究得較少。作者個人認(rèn)為，對網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)荷載的動力作用可能不是設(shè)計中的主要問題，但隨著網(wǎng)殼尺度的增大，深入研究其抗地震性能則具有重要意義。在抗震領(lǐng)域，對高層和高聳結(jié)構(gòu)研究得比較透徹；但網(wǎng)殼等大跨結(jié)構(gòu)的動力性能具有不同特點(diǎn)，例如其頻率分布比較密集，往往從最低階算起前面數(shù)十個振型都可能對其地震反應(yīng)有貢獻(xiàn)，因而一般的振型分解法是否適用是一個值得探討的問題，不同方法（包括豎向）的地震作用引起的反應(yīng)往往是同量級的，因此考慮多維輸入可能是一個相當(dāng)重要的問題；國外已建的和我國今后將要建的一些超大跨度網(wǎng)殼尺度十分巨大，因而在計算中也許有必要考慮地震動力的空間相關(guān)性；此外，單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在靜力作用下的穩(wěn)定性是設(shè)計中的重要因素，它們在地震作用下同樣存在動力失穩(wěn)問題，其嚴(yán)重性如何？對于某些動力反應(yīng)過大的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，是否有必要采取適當(dāng)?shù)恼駝涌刂拼胧?？諸如此類問題都是我國學(xué)術(shù)界正在深入思考或已著手進(jìn)行研究的問題。（4）具有曲面形狀的空間結(jié)構(gòu)是最充分地利用形狀來抵抗外力作用的結(jié)構(gòu)形式，所以空間結(jié)構(gòu)的形體設(shè)計（或從理論分析角度稱作形態(tài)分析）具有十分重要的意義對于鋼筋混凝土薄殼和鋼網(wǎng)殼等較剛性的體系，其形態(tài)分析主要涉及結(jié)構(gòu)幾何形狀的優(yōu)化。對索網(wǎng)、膜和索-膜等柔性結(jié)構(gòu)體系，形態(tài)分析具有更基本的意義，因?yàn)樵谝欢ㄟ吔鐥l件下，柔性體系僅當(dāng)存在適當(dāng)預(yù)應(yīng)力時才具有確定的形狀，且其幾例形狀是隨支承條件和預(yù)應(yīng)力分布形態(tài)而變化的；因而結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要內(nèi)容就是所謂的“找形”（Form-finding），借此來確定形狀-預(yù)應(yīng)力-支承條件這一綜合系統(tǒng)與使用要求之間的優(yōu)化組合。“找形”一般采用非線性有限元分析方法，但理論上遠(yuǎn)未定型。英國Barnes等提出的動力松弛法和德國Linkwitz等提出的力密度法等近似方法也能成功地應(yīng)用于一些特定類型問題。日本半谷近年來提出形態(tài)分析的概念試圖使空間結(jié)構(gòu)的形體設(shè)計理論進(jìn)一步系統(tǒng)化，很有意義。這一理論有待繼續(xù)發(fā)展。我國在懸索結(jié)構(gòu)和膜結(jié)構(gòu)的“找形分析”或更確切地說“初始平衡狀態(tài)分析”方面作過不少工作，并編制了一些相應(yīng)的軟件。今后似應(yīng)在下列兩方面進(jìn)行更系統(tǒng)的理論研究工作：一方面是在總結(jié)現(xiàn)有分析方法的基礎(chǔ)上，建立起統(tǒng)一的形態(tài)分析理論，與計算機(jī)圖形學(xué)相結(jié)合，系統(tǒng)跟蹤柔性空間結(jié)構(gòu)的成形——受力全過程并形成相應(yīng)的軟件；另一方面是在形態(tài)分析理論的基礎(chǔ)上，提出空間結(jié)構(gòu)幾何形狀的優(yōu)化準(zhǔn)則和分析方法。（5）膜結(jié)構(gòu)和索-膜結(jié)構(gòu)等柔性體系自振頻率較低，是風(fēng)敏感性結(jié)構(gòu)，因而研究這類結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下的反應(yīng)及其抗風(fēng)設(shè)計方法十分重要。這一課題具有較大理論難度，國內(nèi)外研究尚少，在許多方面基本上是空白，因而開展這一研究尤具重要意義。我們對懸索結(jié)構(gòu)的風(fēng)振問題做過一定研究，針對這種大跨柔性結(jié)構(gòu)頻域?qū)捛翌l率分布密集的特點(diǎn)，提出了適用的隨機(jī)風(fēng)振反應(yīng)分析方法；并且，針對懸索結(jié)構(gòu)這種非線性體系，提出了廣義風(fēng)振系數(shù)的概念，通過大規(guī)模參數(shù)分析，為橢圓形及菱形平面的常用索網(wǎng)結(jié)構(gòu)提出了簡便的實(shí)用計算方法。還組織過相應(yīng)的剛性模型和氣彈模型的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。對于不同的結(jié)構(gòu)體系，其風(fēng)振特性也有差別。采用傳統(tǒng)屋面材料的懸索結(jié)構(gòu)整體工作性能相對較好（局部變形較?。?，結(jié)構(gòu)的整體位移對氣流場的改變不大。這類結(jié)構(gòu)在風(fēng)作用下的振動一般屬于限幅隨機(jī)振動。膜和索-膜結(jié)構(gòu)具有不同特點(diǎn)，膜既是受力構(gòu)件又是覆面材料，且質(zhì)輕面薄，結(jié)構(gòu)的局部剛度很小，在風(fēng)作用下，局部膜單元的加速度和速度反應(yīng)較大，可能對周圍的空氣紊流速度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致氣彈反應(yīng)和顫振。因此在研究膜結(jié)構(gòu)和索-膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)振問題時，應(yīng)對可能的動力失穩(wěn)問題進(jìn)行深入的理論分析和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研究。二現(xiàn)行大跨結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)結(jié)合西安朱雀大廈工程概況,分析了該工程六層施工技術(shù)控制重點(diǎn)及難點(diǎn),針對該部分結(jié)構(gòu)特點(diǎn),介紹了大柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)中大跨度框架梁的鋼筋、模板、混凝土工程的施工控制措施,并對該部分進(jìn)行了監(jiān)測,結(jié)果表明該大跨結(jié)構(gòu)質(zhì)量完好,大跨梁跨中沉降滿足設(shè)計要求。1工程概況西安朱雀大廈工程位于小寨西路,為商場辦公用房。地下2層,地上10層,基本層高5.2m,建筑總高58.1m,建筑面積69090m2。本工程6層夾層為大空間,部分中柱被取消,因此在7,8,9層屋面結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)為25.15m×16.45m,為大空間結(jié)構(gòu)。該部位結(jié)構(gòu)設(shè)計為普通鋼筋混凝土井字梁、設(shè)計要求施工時主梁中部梁板起拱60mm。2工程施工技術(shù)控制重點(diǎn)及難點(diǎn)1)該部分結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)大跨梁單跨凈長分別為25.15m,16.45m,常規(guī)情況下應(yīng)該采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土;該結(jié)構(gòu)設(shè)計為普通鋼筋混凝土,單根構(gòu)件的底筋、面筋接頭個數(shù)均為兩個,且部分面筋接頭部位在梁支座1/3范圍以內(nèi);與GB20422002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范和03G32921建筑物抗震構(gòu)造詳圖相矛盾。2)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求在25.15m大跨梁中部兩個柱節(jié)點(diǎn)處框架梁起拱60mm,該規(guī)定超過了混凝土施工驗(yàn)收規(guī)范關(guān)于梁跨度L≥4m起反拱1/1000～3/1000梁凈跨的規(guī)定,使得梁底標(biāo)高控制、梁側(cè)模板支設(shè)精度難度較大。3)該部分結(jié)構(gòu)層框架梁截面為450mm×1400mm,井字梁截面350mm×1200mm,標(biāo)準(zhǔn)層所采用的模板加固及豎向支撐施工已滿足不了施工荷載要求,需對模板支撐及加固體系進(jìn)行特殊處理。4)設(shè)計要求板面在大跨梁中部兩個柱節(jié)點(diǎn)處起拱60mm,相應(yīng)與此相連的井字梁分別起拱,結(jié)構(gòu)面標(biāo)高控制是個關(guān)鍵。5)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要求該大跨結(jié)構(gòu)模板拆除工作要從上向下進(jìn)行,也就是7,8,9層樓板模板支撐體系一直要到屋面結(jié)構(gòu)施工完成。這樣就要消耗積壓大量的周轉(zhuǎn)料、增大項(xiàng)目成本,如何在保證質(zhì)量的情況下采取有效措施降低施工成本是個施工難點(diǎn)。3施工技術(shù)措施3.1鋼筋工程1)從結(jié)構(gòu)受力方面來說,梁下部縱向鋼筋截斷點(diǎn)位置在支座1/3范圍內(nèi),上部鋼筋截斷點(diǎn)位置在跨中1/3范圍內(nèi);同時規(guī)范要求縱筋接頭連接點(diǎn)位置要錯開35d。由于本結(jié)構(gòu)件的大跨長度分別為25.15m,16.45m,長、短跨的1/3分別為8.4m,5.5m,也就是常規(guī)的9m原材滿足不了施工規(guī)范對縱向鋼筋截斷點(diǎn)的構(gòu)造要求,因此購進(jìn)12m的Ф25鋼筋用于大跨梁及井字梁的縱向鋼筋。2)受力鋼筋的接頭位置應(yīng)設(shè)在受力較小處,接頭應(yīng)相互錯開,同一部位機(jī)械連接接頭中心間距1000mm范圍內(nèi),有接頭的受力鋼筋截面面積占受力鋼筋總面積的百分率不大于50%。3)該部分構(gòu)件跨度較大,結(jié)構(gòu)重要,經(jīng)與建設(shè)單位、監(jiān)理單位協(xié)商在施工時對框架梁及井字梁縱筋全部采用直螺紋接頭進(jìn)行連接,直螺紋接頭為一級接頭,規(guī)范允許一級接頭放在任何部位。4)本部分結(jié)構(gòu)鋼筋工程的控制重點(diǎn)是直螺紋接頭的連接,為保證接頭質(zhì)量,從鋼筋下料、加工的鋼筋絲頭的直徑和長度、套筒原材、鋼筋接頭的連接質(zhì)量幾個環(huán)節(jié),全過程控制逐個檢查接頭,保持在規(guī)定的波動范圍內(nèi)。鋼筋連接時,注意兩根鋼筋之間預(yù)留一個絲扣的空隙,同時使外露的牙型1個～2個絲扣,錨固端頭帶拐鋼筋連接用雙向直螺紋套筒連接。3.2模板工程3.2.1頂板及梁模板設(shè)計本部分結(jié)構(gòu)的大跨框架梁、井字梁截面尺寸分別為450mm×1400mm,350mm×1200mm,板厚度為150mm。頂板、梁模板均采用12厚竹膠合板,這種模板表面光潔,硬度好,周轉(zhuǎn)次數(shù)較高,混凝土成型質(zhì)量好。頂板主龍骨采用100mm×100mm方木,主龍骨間距為900mm,1200mm,1500mm;次龍骨為50mm×100mm方,龍骨間距為250mm～300mm。支設(shè)梁、板模時按照規(guī)范及設(shè)計要求起拱60mm。頂板、梁的支撐采用碗扣式腳手架。碗扣式腳手架整體受力好、搭拆方便、勞動效率高,碗扣式腳手架的運(yùn)用也可以減少周轉(zhuǎn)料的使用,加快施工進(jìn)度。3.2.2模板支設(shè)1)梁底模支設(shè)。按照設(shè)計要求先期確定大跨梁中部起拱高度(60mm)、梁根不起拱,按照線性比率計算出框架梁的各控制點(diǎn)高度,按照計算高度支設(shè)框架梁底模;在框架梁底模支設(shè)好后拉線控制井字梁各節(jié)點(diǎn)控制標(biāo)高,按照控制標(biāo)高支設(shè)井字梁底模。2)梁截面控制。大跨梁及井字梁截面尺寸分別為450mm×1400mm,350mm×1200mm,澆筑混凝土?xí)r梁側(cè)模板承受混凝土的側(cè)壓力比較大,為防止梁脹模保證梁的成品截面尺寸,施工時增設(shè)兩道對拉螺桿(直徑14mm的圓鋼)和頂模撐(直徑16mm的螺紋鋼),對拉螺桿和頂模撐間距600mm,一道對拉螺桿設(shè)置一道頂模撐,穿梁螺桿施工時必須穿齊擰緊,模板斜撐加固到位,保證混凝土澆筑時梁的截面尺寸。3)深梁模板支撐加固措施。深梁的支模,梁底模板以雙排鋼管為支承桿,立桿間距300mm～500mm,通過長短橫桿連接成剛度大、穩(wěn)定的支撐體系,梁底模放置在用十字扣件固定在立桿上的最上一排橫桿上,以保證梁底不變形。深梁混凝土自重較大,因此,在梁底橫桿下相應(yīng)位置增設(shè)單立桿支撐(立桿間距900mm)以承受深梁的自重及施工荷載。對有主次梁相交部位,梁底架立管上橫桿下加扣件一只,以防梁底下墜。梁側(cè)模板采用短鋼管加固。有主次梁板時,要待主梁模板安裝并校正后才能進(jìn)行次梁模板的安裝。梁底模板安裝好后,及時檢查并調(diào)整梁底標(biāo)高和梁中心線位置,梁側(cè)模板安裝完后,再拉通線檢查,校正梁模板的中心線和邊線位置是否正確。4)模板拆除。結(jié)構(gòu)設(shè)計要求該多層大跨結(jié)構(gòu)模板拆除要待上部結(jié)構(gòu)模板拆除卸荷后方可進(jìn)行,為此需要積壓大量的架管,同時要多購買兩層膠合板方木用于上部結(jié)構(gòu)施工,為減少施工成本,決定對該部位梁板模板分兩次拆除,同時采用先拆模后局部頂撐的方法進(jìn)行施工。3.3混凝土工程3.3.1混凝土供應(yīng)本工程結(jié)構(gòu)混凝土采用預(yù)拌泵送普通混凝土,該大跨部位混凝土設(shè)計標(biāo)號為30。由于該部位跨度大、結(jié)構(gòu)重要,因此在施工前針對該部位和混凝土廠家協(xié)商,要求廠家提供的該結(jié)構(gòu)混凝土坍落度控制在14cm～16cm,混凝土的初凝時間控制在6h～8h。同時為避免施工過程中出現(xiàn)混凝土斷檔使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生施工縫,要求商混廠家提供足夠車輛保證混凝土能夠均勻、連續(xù)供應(yīng),在澆筑過程中不得出現(xiàn)斷檔、積壓。3.3.2混凝土的澆筑澆筑時梁板應(yīng)該同時進(jìn)行澆筑施工,澆筑時由一端開始用“趕漿法”逐段攤鋪澆筑,施工時先澆筑梁(該結(jié)構(gòu)梁為深梁,要根據(jù)梁高度分兩層攤鋪澆筑),當(dāng)梁混凝土澆筑到板底位置時梁板混凝土同步施工,澆筑時布料桿不得在同一處連續(xù)布料形成混凝土堆積。3.3.33混凝土養(yǎng)養(yǎng)護(hù)該結(jié)構(gòu)混凝土施施工在冬春春季節(jié)施工工,西安地區(qū)區(qū)冬季溫度度在0℃左右,因此冬施施期間混凝凝土養(yǎng)護(hù)采采用保溫養(yǎng)養(yǎng)護(hù),在澆筑過過程開始至至混凝土澆澆筑完成后后7d在施工面面下一層生生火加熱升升溫養(yǎng)護(hù),,同時在夜夜間將板面面混凝土覆覆蓋棉氈保保溫;初春季節(jié)節(jié)當(dāng)?shù)販囟榷然厣珰鈿夂蚋稍?,因此該季季節(jié)混凝土土的養(yǎng)護(hù)主主要是保濕濕,對此在板板面混凝土土強(qiáng)度達(dá)到到1.22MPaa可以上上人后開始始安排專人人灑水養(yǎng)護(hù)護(hù)7d。由由于針對該該部分結(jié)構(gòu)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行行了細(xì)致的的研究并采采取了可靠靠的技術(shù)措措施,既保證了了施工質(zhì)量量又節(jié)約了了成本;施工完成成對該部分分結(jié)構(gòu)進(jìn)行行了跟蹤觀觀測,該大跨結(jié)結(jié)構(gòu)質(zhì)量完完好、大跨跨梁跨中沉沉降滿足設(shè)設(shè)計要求。2項(xiàng)目設(shè)計論論證這類張力結(jié)構(gòu)在在我國已有有不少成功功的工程實(shí)實(shí)例，但還還是工程實(shí)實(shí)踐比較有有限，理論論儲備也不不足，所以以項(xiàng)目的設(shè)設(shè)計論證尤尤為重要，一一般應(yīng)有如如下幾類研研究。2.1結(jié)構(gòu)穩(wěn)定定性研究大跨結(jié)構(gòu)在荷載載作用下要要產(chǎn)生較大大的位移，因因而計算中中必須考慮慮幾何非線線性問題。隨隨著計算機(jī)機(jī)的發(fā)展和和廣泛應(yīng)用用，非線性性有限元分分析方法興興起，并逐逐漸成為結(jié)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性性分析中的的有力工具具。其功能能一般包括括體系預(yù)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)的的計算、任任意荷載作用下的內(nèi)力力和位移計計算、施工工過程的驗(yàn)驗(yàn)算、溫度度變化等因因素的影響響等等。結(jié)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定性能可以以從其荷載載一位移全全過程曲線線中得到完完整的概念念，結(jié)構(gòu)的的荷載一位位移全過程程曲線可以以把結(jié)構(gòu)的的強(qiáng)度、穩(wěn)穩(wěn)定性以至至于剛度的的整個變化化歷程表示示得清清楚楚楚。2.2初始平衡衡狀態(tài)分析析具有曲面形狀的的索網(wǎng)、膜膜和索一膜膜等柔性結(jié)結(jié)構(gòu)體系是是最充分地地利用形狀狀來抵抗外外力作用的的結(jié)構(gòu)形式式，所以空空間結(jié)構(gòu)的的形體設(shè)計計具有十分分重要的意意義。如何何最合理地地確定初始始平衡狀態(tài)態(tài)是包括索索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在在內(nèi)的張拉拉結(jié)構(gòu)設(shè)計計中的一個個關(guān)鍵問題題。在一定邊界條件件下，柔性性體系僅當(dāng)當(dāng)存在適當(dāng)當(dāng)預(yù)應(yīng)力時時才具有確確定的形狀狀，且其幾幾何形狀是是隨支承條條件和預(yù)應(yīng)應(yīng)力分布形形態(tài)而變化化的;因而結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計的首首要內(nèi)容就就是所謂的的“找形”(Foorm—findding))，借此來來確定形狀狀—預(yù)應(yīng)力—支承條件件這一綜合系統(tǒng)與使用要要求之間的的優(yōu)化組合合。“找形’，一般采采用非線性性有限元分分析方法來來確定。我我國懸索結(jié)結(jié)構(gòu)在許多多工程中運(yùn)運(yùn)用了各種種組合形式式。主要的的方式是將將兩個以上上的索網(wǎng)或或其它懸索索體系組合合起來，并并設(shè)置強(qiáng)大大的拱或剛剛架等結(jié)構(gòu)構(gòu)作為中間間支撐，形形成各種形形式的組合合屋蓋結(jié)構(gòu)構(gòu)。采用各各種組合式式屋蓋不僅僅進(jìn)一步增增加了建筑筑造型的多多樣性，而而且往往能能更好地滿滿足某些建建筑功能上上的要求。2.3地震荷載載作用下的的反應(yīng)張力結(jié)構(gòu)在地震震作用下同同樣存在動動力失穩(wěn)問問題，其嚴(yán)嚴(yán)重性如何何?對于某些些動力反應(yīng)應(yīng)較大的索索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是是否有必要要采取適當(dāng)當(dāng)?shù)恼駝涌乜刂拼胧??為此，對對索網(wǎng)體系系、索一梁梁(析)體系在地地震作用下下應(yīng)用時程程法和振型型分解反應(yīng)應(yīng)譜法進(jìn)行行了系統(tǒng)的的研究，對索一梁梁(析)體系還應(yīng)應(yīng)做細(xì)致的的動力模型型試驗(yàn)。2.4風(fēng)荷載作作用下的反反應(yīng)膜結(jié)構(gòu)和索一膜膜結(jié)構(gòu)等柔柔性體系自自振頻率較較低，是風(fēng)風(fēng)敏感性結(jié)結(jié)構(gòu)，因而而研究這類類結(jié)構(gòu)在風(fēng)風(fēng)作用下的的反應(yīng)及其其抗風(fēng)設(shè)計計方法十分分重要。膜膜和索一膜膜結(jié)構(gòu)具有有不同特點(diǎn)點(diǎn)，膜既是是受力構(gòu)件件又是覆面面材料，且且質(zhì)輕面薄薄，結(jié)構(gòu)的的局部剛度度很小，在在風(fēng)作用下下，局部膜膜單元的加加速度和速速度反應(yīng)較較大，可能能對周圍的的空氣紊流流速度產(chǎn)生生影響，導(dǎo)導(dǎo)致氣彈反反應(yīng)和顫振振。因此在在研究膜結(jié)結(jié)構(gòu)和索一一膜結(jié)構(gòu)的的風(fēng)振問題題時，應(yīng)對對可能的動動力失穩(wěn)問問題進(jìn)行深深入的理論論分析和風(fēng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)研研究。2.5模型試驗(yàn)驗(yàn)近幾年來，幾乎乎每一個重重要的懸索索結(jié)構(gòu)工程程，都做過過模型試驗(yàn)驗(yàn)或現(xiàn)場實(shí)實(shí)測，內(nèi)容容包括應(yīng)力力狀態(tài)的測測定、不同同荷載作用用下的內(nèi)力力和位移測測量及自振振頻率和振振型的測定定等。三質(zhì)監(jiān)機(jī)構(gòu)控控制大跨結(jié)構(gòu)工工程必須注注意的環(huán)節(jié)節(jié)1對設(shè)計單位及設(shè)設(shè)計文件審審查必須注注意的環(huán)節(jié)節(jié)(1)必須選擇擇最優(yōu)化的的結(jié)構(gòu)形式式。根據(jù)建建筑要求以以及結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)造、材料料性能等實(shí)實(shí)際，在單單尾索系、雙雙尾索系、橫橫向加勁索索系、索網(wǎng)網(wǎng)及斜拉組組合體系等等結(jié)構(gòu)中選選擇合適的的結(jié)構(gòu)形式式作支承結(jié)結(jié)構(gòu)。(2)必須充分分考慮各種種荷載及其其組合作用用，尤其是是風(fēng)荷載的的作用。不不僅要考慮慮恒載、活活載，還要要考慮風(fēng)荷荷載、地震震荷載、溫溫度荷載、預(yù)預(yù)應(yīng)力等，及及其相應(yīng)的的荷載組合合的影響。(3)結(jié)構(gòu)的計計算應(yīng)按初初始幾何狀狀態(tài)，預(yù)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)及及荷載狀態(tài)態(tài)進(jìn)行，并并充分考慮慮幾何非線線性影響，進(jìn)進(jìn)行相應(yīng)的的靜力、動動力分析及及研究。(4)節(jié)點(diǎn)及連接接應(yīng)進(jìn)行承承載力、剛剛度驗(yàn)算。(5)必須明確所所有物件的的材料型號號及其性能能指標(biāo)。(6)必須明確質(zhì)質(zhì)量檢測及及監(jiān)控要求求。檢測((監(jiān)測)應(yīng)包括材材料性能、節(jié)節(jié)點(diǎn)焊接結(jié)結(jié)果、位移移監(jiān)測、應(yīng)應(yīng)力監(jiān)測、動動力性能監(jiān)監(jiān)測等。2對施工單位及施施工過程監(jiān)監(jiān)管必須注注意的環(huán)節(jié)節(jié)(1)必須有專專業(yè)化的生生產(chǎn)加工和和施工隊(duì)伍伍。(2)焊接和拼拼裝時應(yīng)采采用合理的的焊接順序序，以減少少焊接產(chǎn)生生的次應(yīng)力力，在單個個焊接結(jié)束束后應(yīng)采取取消除次應(yīng)應(yīng)力的措施施。(3)施工單位位應(yīng)根據(jù)其其安裝和吊吊裝方案會會同設(shè)計單單位對結(jié)構(gòu)構(gòu)進(jìn)行施工工圖驗(yàn)算。3對檢測(監(jiān)測))單位及檢檢測(監(jiān)測)過程的監(jiān)監(jiān)管必須注注意的環(huán)節(jié)節(jié)檢測及監(jiān)監(jiān)測內(nèi)容作作為保障結(jié)結(jié)構(gòu)順利施施工及使用用階段健康康監(jiān)測的措措施，檢測測和監(jiān)測單單位需作詳詳細(xì)的檢測測方案，監(jiān)監(jiān)測數(shù)據(jù)需需及時提供供給設(shè)計單單位對結(jié)構(gòu)構(gòu)的健康狀狀況作診斷斷。具體檢檢測內(nèi)容按按設(shè)計要求求，應(yīng)包括括位移監(jiān)測測、應(yīng)力監(jiān)監(jiān)測、動力力性能監(jiān)測測、材料性性能及焊接接性能等。四工程實(shí)例41工程概況廣州某中心位于于廣州市海海珠區(qū)，該該中心由廣廣場橢圓形形玻璃光篷篷及兩幢主主樓組成。橢橢圓形光篷篷長軸約為為80m，與與東樓截面面長度方向向平行，短短軸約644m，光篷篷的中點(diǎn)距距離地面高高度19..2m。西西北端有長長約42mm，寬約4..5m的缺缺口，東南南部支撐在在主樓的裙裙樓上，最最高點(diǎn)距離離地面266m，光篷篷平面繞長長軸向西北北部下傾，傾傾角1233390，最最底點(diǎn)在缺缺口邊線的的中點(diǎn)，距距離地面113.2mm。覆蓋面積積達(dá)4000平方米。光光棚內(nèi)外環(huán)環(huán)折架采用中中325鋼管，總總重約5t，預(yù)應(yīng)力力鋼索共計計187根，總總長19332m，約約27.88t。前庭庭頂光棚由由異形柱、內(nèi)內(nèi)外環(huán)析架架、懸挑折折架、雙層層預(yù)應(yīng)力懸懸索和鋼化化夾層玻璃璃等組成。4.2結(jié)構(gòu)形式式選用輻射狀異地地布置的預(yù)預(yù)應(yīng)力雙層層懸索體系系作為玻璃璃光篷的支支承結(jié)構(gòu)。預(yù)預(yù)應(yīng)力雙層層懸索體系系由一系列列下凹的承承重索和上上凸的穩(wěn)定定索以及它它們之間的的連系桿((拉桿或壓壓桿)組成，由由于其外形形和受力特特點(diǎn)類似于于承受橫向向荷載的傳傳統(tǒng)平面夾夾角15“，懸索結(jié)結(jié)構(gòu)剛度較較差。為了了保證其有有足夠的剛剛度，需要要在索折架中建立立高水平的的預(yù)應(yīng)力分分布。為解解決輻射狀狀布置的224根平面面索折架在在橢圓形平平面中央的的匯交問題題，在圓心心處設(shè)置受受拉內(nèi)環(huán)，雙雙層索一端端錨掛于內(nèi)內(nèi)環(huán)上，另另一端錨掛掛在周邊的的受壓外環(huán)環(huán)上。受拉拉內(nèi)環(huán)和受受壓外環(huán)均均為鋼管析析架，它們們與24棍索折折架組成自自平衡體系系，整個自自平衡體系系由設(shè)置在在外環(huán)折架下弦的的18個支座座支承。在在索析架平平面內(nèi)還有有一根連系系索，連系系索也錨掛掛在內(nèi)外環(huán)環(huán)之間，與與玻璃平面面平行。承承重索和穩(wěn)穩(wěn)定索之間間的連系桿桿向上伸長長至連系索索，并與之之連接。所所有鋼管采采用Q3445鋼，預(yù)預(yù)應(yīng)力接索索為18660級的低低松馳高強(qiáng)強(qiáng)鋼絲束。4.3荷載組合合及荷載取取值荷載分為:①恒載:包括鋼結(jié)結(jié)構(gòu)、索析析架、玻璃璃的自重;;②活載(可變荷載載):考慮施施工過程中中索析架下下不方便搭搭設(shè)腳手架架支撐，可可能有大于于《建筑結(jié)結(jié)構(gòu)荷載規(guī)規(guī)范的》故故按照0..7kN//mZ計;③風(fēng)荷載(可變荷荷載):根據(jù)風(fēng)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)結(jié)果確定，由由于試驗(yàn)報報告分別給給出上下表表面的風(fēng)壓壓系數(shù)，所以風(fēng)荷載取值值分為上下下表面風(fēng)壓壓峰值以及及其最不利利組合(綜合風(fēng)壓壓)。上表面面風(fēng)壓取峰峰值1.778kN//時，下表表面風(fēng)壓取取峰值一11.46kkN/時，上上下表面綜綜合風(fēng)壓取取一3.007kN//mZ;④地震荷載:由于于懸索結(jié)構(gòu)構(gòu)很柔，且且自重小，所所以，僅考考慮豎向地地震荷載，根根據(jù)常用計計算方法，取取結(jié)構(gòu)自重重的10%%;溫度荷荷載:考慮士300℃的影⑤預(yù)應(yīng)力。對以上荷載進(jìn)行行合理的荷荷載組合并并取值。結(jié)構(gòu)計算分析初始狀態(tài)下控制制點(diǎn)豎向位位移值如表表預(yù)應(yīng)力態(tài)時，豎豎向位移值值為61mmm，考慮慮活荷載后后，豎向位位移為roo4mm，差差值43mmm，小于于L/2550(取L為48m，L/2550=1992mm))，剛度控控制滿足設(shè)設(shè)計要求。第第一階振形形為索折架以短軸軸對稱的振振動，自振振周期0..75，第第二階振形形為內(nèi)圈受受拉環(huán)梁在在2向的上下下振動，自自振周期00.6755，第三階階振為內(nèi)圈圈受拉環(huán)梁梁相對于外外圈受壓環(huán)環(huán)梁的扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，自振周周期0.6655。4.5安裝與施施工懸索結(jié)構(gòu)安裝施施工與其結(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)密密切相關(guān)。在在各種懸索索結(jié)構(gòu)中，盡盡管結(jié)構(gòu)體體系不同，但但它們都是是以懸掛在在支承結(jié)構(gòu)構(gòu)上的鋼索索作為主要要承重構(gòu)件件。由于鋼鋼索本身是是柔性材料料，在自然然狀態(tài)下沒沒有剛度，且且形狀也不不確定