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大跨度鋼結構設計需要注意一些什么

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大跨度鋼結構設計需要注意一些什么

發布日期:2020-04-27 作者: 點擊:

  隨著鋼結構技術的不斷發展和進步,大跨度鋼結構已廣泛應用于公共建筑中,如大會堂、劇院、展覽館、音樂廳、體育館、有蓋體育場、機場等。在一些工業建筑中,我們也看到了大跨度建筑的出現,如飛機制造廠的裝配車間、機庫和造船廠的船體結構車間。這些建筑所采用的大跨度結構是由裝配機器(如船舶和飛機)的大尺寸或工藝要求決定的。總體而言,我國大跨度鋼結構建筑發展迅速,特別是2008年北京奧運會場館的建設,為我國大跨度鋼結構建筑的建設提供了契機,涌現出大量結構新穎、技術先進的建筑。接下來,我們將集中討論大跨度鋼結構設計中出現的問題。


  現代預應力技術引入大跨度空間結構,不僅豐富了結構形式,而且充分展示了其先進性、合理性和經濟性。前者是斜拉索結構系統,后者是預應力結構系統,通過適當配置拉索,或通過允許結構獲得新的中間彈性支點或產生與外部載荷相反的內力和撓度。這種“混合”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,顯著提高技術經濟效果。目前,我國已有80多個大跨度空間鋼結構工程應用預應力技術。目前,許多高校都在開展新型預應力鋼結構體系的理論研究,如索支撐結構和索網結構,主要是高強度鋼索和鋼承重結構。他們正在積極準備工程實踐。預計新型預應力大跨度空間鋼結構將很快出現在各種建筑中。膜結構是目前我國新興的一種空間結構,其中張力膜結構被廣泛應用。這是以玻璃纖維織物或聚酯纖維織物為基層,以聚四氟乙烯或聚氯乙烯為涂層的膜材料和不同類型的支撐系統的組合。支撐系統可以是索桿或索桿結構。它們通常在薄膜材料被預應力后一起工作。


  對于混凝土結構,它根本不適合大跨度結構。所采用的單向板和雙向板將隨著跨度的增加而增加樓板的厚度。設計中配置的鋼筋數量將不可避免地增加。顯然,這不適用于大跨度結構。然而,對于跨度稍大的井式樓板,其特點是從肋梁樓板演變而來的。兩個方向上的光束具有相同的高度,并且通常以相等的間隔排列。主光束和次光束沒有區別。周圍的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,當柱網間距或房間平面面積較大時,適用于大廳和會議廳。然而,在大跨度空間結構中使用井式樓板不可避免地會導致較高的成本。


  近年來,大跨度屋頂建筑的數量和規模迅速增加。大跨度屋頂建筑的抗震設計一直沒有得到足夠的重視。曾經有許多形狀奇特、結構不規則、抗震性能差的建筑。為此,結合本工程大跨度鋼結構屋蓋的設計實例,對于大跨度空間鋼結構,設計要點如下。


  首先要說的是計算和分析:在計算和分析中,要注意上下結構的協同工作,要考慮多向地震作用的影響。在抗震措施方面,定義了關鍵構件和關鍵節點,并規定了相應的加固措施。計算時應進行地震計算的范圍、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、關鍵構件和節點。考慮上下結構協同工作的一個非常合理的方法是根據整體結構模型計算地震作用。子結構的簡化必須基于可靠的動力學原理,即等效剛度和質量后的有效性應綜合考慮。在計算分析過程中,應合理確定計算模型,頂板與主要支撐部件的連接假設應與結構一致。計算模型中應考慮屋蓋結構和下部結構的協同效應。計算實踐表明,適用于大跨度鋼結構的方法有多向地震反應譜法、時程分析法甚至多向隨機振動分析法。建議采用更詳細的分析方法來計算復雜大跨度屋蓋結構的地震作用。這些方法的應用值得鼓勵,但在實際操作中仍有一些深層次的問題值得探討。垂直地震作用簡化算法的應用范圍進一步受到限制。


  計算和分析不僅要模擬整個結構成型后的應力,還要考慮施工過程中的特殊應力,以避免結構成型前局部應力超過設計值而造成的破壞。對于施工過程的計算和模擬,需要考慮構件吊裝、不同施工階段的工況、結構預變形技術、構件預組裝、卸載等。大跨度結構的復雜性和施工方法的多樣性決定了在設計過程中必須考慮施工。這也是一個在設計過程中經常被忽視或沒有被充分考慮的地方。


  第二點要說的便是結構布置,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。


  第三便是防震縫設置,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-抗震墻結構時的很小縫寬綜合確定。規范所規定的很小防震縫寬度可能不足。建議很好按設防烈度下兩側獨立結構在交界線上的相對位移很大值來復核。結合工程實踐經驗,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很大值來確定。對于規則結構,縫寬也可將多遇地震下的很大相對變形值乘以不小于3的放大系數近似估計。


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關鍵詞:重慶鋼結構設計,鋼結構設計,鋼結構

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