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大跨度山东钢结构主要结构形式与施工方法
2019-05-09

  在大跨度山东钢结构中,支点越分散,对平面布局和空间组合的约束越强。相反,钢结构支撑点越集中,其柔性越大。通过对各种大跨度空间钢结构的分析,探讨钢结构的类型体系,以期对同行有所启示。
  2大跨度钢结构的主要结构形式
  2.1网格结构
  按照一定的规则几何图形由多个杆件通过节点连接起来的空间结构称为网格结构,其中双层或多层平板状网格结构称为网格结构或网格结构。它通常由钢管或型钢制成。主要形式包括:(1)平面桁架体系构成的桁架结构;(2)由四个金字塔组成的网格结构;(3)由三角形锥体组成的网格结构;(4)六角形金字塔结构。
  网格结构的主要特点是空间工作,传输方式简单;重量轻、刚度高、抗震性能好;易于施工和安装;框架杆件和节点易于成型、商品化,便于工厂批量生产,有利于提高生产效率。网格结构布局灵活,屋顶平坦,有利于吊顶、管道和设备的安装;网架的建筑形式轻巧、美观、大方,便于建筑加工和装饰。
  2.2网壳结构
  曲面网格结构称为网壳结构,可分为单层网壳和双层网壳。使用的主要材料有钢网壳、木网壳、钢筋混凝土网壳等。主要结构形式有球面网壳、双曲面网壳、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点。结构刚度大,跨越能力大;大空间可以由小部件组装而成,这些小部件可以在带有连接节点的工厂预制;安装方便,不需要大型设备,综合经济指标良好;造型丰富多彩,无论是建筑平面还是空间表面形状,都可以根据创作的要求任意选择。
  2.3膜结构
  膜结构又称织物结构,是20世纪中叶发展起来的一种新型大跨度空间结构。它采用性能优良的软织物为材料,通过膜内的气压支撑膜表面,或采用柔性钢索或刚性支撑结构使膜产生一定的预紧力,从而形成具有一定刚度并能覆盖大空间的结构体系。主要结构形式有空气支撑膜结构、张力膜结构、骨架支撑膜结构等。
  膜结构的主要特点是重量轻、跨度大。自由而丰富的建筑造型;施工方便;经济性好,安-全性高。良好的透光率和自连接性能;耐久性差。
  2.4悬索结构
  悬索结构是一种以可拉索为基本承载构件,按一定规则排列索的结构体系。悬索屋盖结构通常由三部分组成:悬索系统、屋盖系统和支撑系统。结构形式主要包括单向单层悬索结构、径向单层悬索结构、双向单层悬索结构、单向双层预应力悬索结构、径向预应力悬索结构、双向双层预应力悬索结构、预应力索网络结构等。
  悬索结构的受力特点是仅通过索的轴向张力来抵抗外部荷载的作用,结构中没有弯曲距离和剪切效应,可以充分利用钢材的强度。悬索结构形式多样,布局灵活,能适应多种建筑平面;由于拉索自重很小,屋盖结构很轻,安装不需要大型起重设备,但悬索结构的分析设计理论比传统结构更加复杂,限制了其广泛应用。
  2.5薄壳结构
  建筑工程中的壳体结构大多是薄壳结构(符合t/R1/20的壳体在学术上被定义为薄壳)。薄壳按曲面可分为旋转壳和移动壳。根据建筑材料,分为钢筋混凝土壳、砖壳、钢壳和复合材料壳。
  壳体结构具有非常好的承载能力,并且能够以非常小的厚度承受相当大的载荷。壳体结构的强度和刚度主要利用其几何形状的合理性,并利用材料的直接压缩来代替弯曲内力,从而充分发挥材料的潜力。因此,壳体结构是一种经济合理、强度高、刚度大、节省材料的结构。
  3.大跨度空间结构的常见施工方法
  3.1高空原位组装方法
  高位原位组装法是指杆件和节点位置在结构设计中直接进行组装,为保证大跨度空间结构的安-全,结构往往会设置临时支撑来提高结构的受力,性能结构如安装完成后再卸载临时支撑结构来满足设计条件,设置临时支撑结构使得高位原位组装法得-到非常广泛的应用。
  高空原位组装法是复杂大跨度空间结构建造和安装的基础。根据支架的不同,高空原位组装法可分为全支架安装法(全厅红色脚手架法)和轮胎架安装法。全支架安装法是根据结构表面的形状和使用脚手架在空气中对结构进行整体加固的方法,它适用于高度和跨度不是很大的“屋”类结构,优点是灵活性高、可回收和易于控制协调,缺点是使用脚手架的数量较大,施工过程中不安-全因素的增加比儿童一次安装后的方法不安-全,但更经济;框架安装的方法是根据建筑物的结构特点,设计一种类似脚手架的框架结构作为待安装建筑物的支撑系统。适用于高、大跨度、大自重的大跨度空间“场”结构。其优点是轮胎骨架结构形式多样,施工安-全,坐标准确。它的缺点是回收率低造成的严重浪费。
  3.2滑动就位方法
  滑动就位法是指分段钢筋通过特定轨道滑动到设计位置,然后组装成一个山东钢结构整体的安装方法。该方法适用于施工现场的不利区域,结构的施工平面通常为正多边形或露天体育场。虽然这种方法可以缩短工期,缩短工期,但也存在一些困难,如如何选择滑轨,如何控制滑动速度等。
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  3.3整体提升和安装方法
  整体吊装法(integralliftingandinstallationmethod)是利用吊装设备将结构吊装到所需位置,然后进行安装的一种方法。它常用于单层或多层网壳屋盖结构的山东钢结构施工。这种施工方法的大优点是可以节省大量的临时支撑,施工周期相对较短,相应的施工难点是掌握网壳结构的吊点和应力控制。整体吊装法是对空间原位组装法的补充,通常与其他方法结合使用。
  3.4整体张拉方法
  整体张拉法是利用一定数量的液压千斤顶同步张拉缆索至合理标高的施工方法,特别适用于大型索膜结构的安装。这种施工方法技术含量高,科学性好,易于操作和控制,使工人的工作量和施工成本都有明显下降,因此在索膜山东钢结构施工中采用这种灵活的施工方法是非常合理可行的。
  3.5网壳结构的外扩方法
  网壳结构的外扩方法是一种新的施工技术。具体的方法是在地面上的结构中部组装网壳,然后在将其提升到一定高度后在结构周围组装网壳的一部分,然后提升已经组装好的网壳,以此类推,直到所有网壳结构都已经组装好。这种施工方法可以节省大量的临时支撑,易于保证施工质量,因为大量的组装是在地面上进行的,所以安-全性较好。鉴于以上优点,网壳结构的外扩方法在大跨度空间钢结构的施工中越来越受到重视。
  3.6悬臂安装方法
  悬臂安装法是先在地面上组装小单元,然后直接用起重设备将单元提升到设计位置进行组装,这种方法适用于体积小、结构形式不是很复杂的空间结构。悬臂安装法可以减少临时支撑的数量,达到降低成本的目的,但安-全性差,施工质量不好保证,可能产生较大的二次应力。由于已安装构件的稳定性直接影响到钢筋后面的安装,所以要求已安装的结构单元是几何变化的,相对于设计具有足够的刚度和较小的变形位置,这就要求结构在施工前采用悬臂安装法对结构进行模拟分析,做好防护措施以消除不利影响。
  4.结语
  大跨度山东钢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方面也有近40年的研究历史,从网架、网壳到索结构都有大量的工程应用,已经建成了大量的体育场馆,如北京亚运会体育场馆、天津、哈尔滨椭圆形体育场、2008年北京奥运会主体育场等。,建了一个以上的大跨度机库,如首都机场机库。但国内大跨度山东钢结构与国外相比仍有差距。例如,跨度仍然很小,悬索结构发展缓慢,膜结构、张拉整体结构等还处于起步阶段,同时在建筑造型上,结构概念仍然比较单调。在施工技术方面,虽然常用的施工方法越来越成熟,但随着空间结构形式越来越奇特,迫切需要一些新的安装方法来解决这些问题。