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大跨度空间钢结构应用发展分析

点击数:487日期:2016/6/17 编辑: 辽宁沈阳钢结构安装

       近年来,由于现代技术的支撑和新型材料的加盟,网架、网壳、管桁结构等大跨空间钢结构获得了广泛应用。然而,要保证大跨空间钢结构得以健康发展,还必须加快一系列空间结构行业标准的制定,加强钢结构企业资质认证与管理,提升大跨空间钢结构的设计、制作、安装水平。
       上世纪60年代网架在我国开始获得应用以来,到80~90年代大、中、小跨度的网架几乎已遍及各地。以1990年北京亚运会为例,兴建的场馆中有7个馆采用了网架、网壳结构。在此期间机械、汽车、化工、轻工等行业先后兴建许多大面积工业厂房,也大量采用了多种形式的大跨空间钢结构。近年来兴建的大型公共建筑大多采用了钢管杆件直接汇交的管桁结构,它们外型丰富、结构轻巧、传力简捷、制作安装方便、经济效果好,是当前应用较多的一种结构体系。 
       据专家介绍,在大跨度空间结构中引入现代预应力技术,不仅使结构体形更为丰富而且也使其先进性、合理性、经济性得到充分展示。通过适当配置拉索,使结构获得新的中间弹性支点或使结构产生与外载作用反向的内力和挠度而卸载,前者即为斜拉结构体系,后者则为预应力结构体系。这一类“杂交”结构体系改善了原结构的受力状态,降低内力峰值,增强结构刚度,技术经济效果明显提高。目前我国已在80余项大跨空间钢结构工程中应用了预应力技术。 
       弓式支架结构是我国科技人员研制开发的一种新型预应力空间钢结构,它具有传力明确、自重较轻、施工快捷以及可拆卸的特点,既可用于永久性建筑也可用于可拆卸的临时性建筑,还具有应用于开启式屋盖结构的可能。目前许多高校对索托结构、索网结构等以高强钢索与钢材为主承重结构的预应力钢结构新体系,正在进行理论研究,积极准备工程实践,可以预期新型的预应力大跨空间钢结构不久将涌现在各类建筑中。 
       结构新材料的应用进一步推动了大跨空间钢结构的发展。在普通碳素钢获得大量应用的同时,不锈钢、铝合金、膜材也在许多大跨度建筑中获得了应用。国际上已有许多专业生产公司建成了较多的铝合金结构。我国天津大学、同济大学、上海现代设计集团、中国建筑科学研究院等已开始进行基础性研究和工程实践,积极进行产品研制、开发。不锈钢材料(含铬量>12%的铁基耐蚀合金)是随着对装饰与防腐要求的提高而在空间结构中获得应用的,它集装饰、受力、防腐于一体的特点倍受青睐。鉴于目前不锈钢材料的价格远高于普通钢材,近年来一些单位已研制成功在普通碳素钢管基础上外包不锈钢皮而形成的复合技术,开发出不锈钢复合钢管网架,并进行了一些工程实践。既保持了不锈钢与普通碳素钢的优点,又大幅度降低造价,取得了较好的技术经济效果。 
       膜结构是当前我国正在兴起的一种空间结构,其中应用较多的是张力膜结构。这是一种以玻璃纤维织物或聚酯纤维织物为基层,以聚四氟乙烯或PVC为涂层的膜材与不同类型的支承体系间的组合,而其支承体系可为索—支柱或索—杆结构,它们常在膜材获得预应力后协同工作。支承体系也可采用杆系结构,如空间桁架、网壳等,即刚性骨架支承张力膜结构。因此膜结构的支承体系仍属各类空间钢结构的范畴。膜结构的兴起为空间钢结构的应用与发展提供了更广阔的空间。 
       计算技术的进步为大跨空间钢结构的发展也创造了有利条件。近年来计算技术有了长足的进步,许多单位研制开发了商品化专用设计程序,它们都是建立在理论研究与大量工程实践的基础上而推向市场的。它们一般都具有完善的前后处理功能,可在微机上进行复杂的空间网格结构设计。有的软件除用于空间网格结构外,也可用于索、杆、梁体系的设计分析。这些程序的推出为大跨空间钢结构设计提供了有效手段,也为大跨空间钢结构的推广应用创造了有利条件。其中不少软件曾在国内许多大型空间钢结构工程的设计中发挥重要作用。 
       在大跨空间钢结构获得迅猛发展之际,强化质量管理,加快制定行业标准,提升企业管理水平提到了重要议事日程。目前与大跨空间钢结构相关的规程、规范已逐步趋于完善。如钢结构设计规范,经过修改后将进一步完善,使管桁等大跨空间钢结构的设计更有依据。网壳结构技术规程的编制将使网壳结构的设计与施工建立在更为可靠的基础上。其他各类规程、规范和标准等正在制定或逐步完善之中。 
       目前我国从事大跨钢结构制作的企业技术装备、技术水平和人员技术素质良莠不齐,有些不具备设计、施工资质的企业,以不正当的手段、低廉的价格活跃在建筑市场,扰乱了正常的市场竞争秩序。由他们承建的工程往往留下质量隐患,一遇突发情况常易酿成重大工程事故。为此有关主管部门必须加强审查、审核,从事大跨钢结构设计、制作安装的企业必须具有国家技术监督部门资质论证机构发放的资质证书,建立健全企业的质量保证体系,对产品形成的每一道环节都能有效地进行质量控制。 
        随着理论研究的深入和工程实践的大量增加,我国科技人员必将进一步研制开发出适应我国大跨空间钢结构需要的新体系、新技术、新材料,更充分地体现大跨度空间结构的先进性、经济性与合理性,促使我国大跨空间钢结构更积极、健康发展,更好地为我国经济建设服务。