大跨度空間結構設計的要點探析

賈林毅+徐余

摘要：建筑行業的迅速發展及施工技術的不斷成熟，使得建筑形式越來越多樣化和復雜化，傳統建筑結構已經無法滿足現階段公共建筑建設需求，大跨度空間結構已經成為主要建設方向。與一般建筑結構相比，大跨度空間結構具有施工難度高、施工工藝復雜、危險因素較多等特點，為了提高大跨度空間結構的穩定性及安全性，確保建筑建設質量，就需要加大對大跨度空間結構設計研究力度，加強施工控制，文章結合工程實例，對此進行了分析。

關鍵詞：大跨度空間結構；設計要點；施工控制

引言

大跨度空間結構是指橫向跨度超過60m的建筑結構，常用于體育場館、火車站、博物館等大型公共建筑物中，是以鋼結構為基礎發展而來的一種新型建筑結構，已經得到了廣泛應用。大跨度空間結構設計質量是衡量一個國家建筑行業發展水平的重要指標之一，與發達國家相比，我國對大跨度空間結構的研究及應用起步較晚，處于落后地位，為了加快我國建筑行業的發展步伐，就需要提高對大跨度空間結構研究及應用的重視力度。

1大跨度空間結構類型

根據大跨度空間結構形式的不同，可以將其分為殼體結構、網架結構、懸索結構、膜結構等幾種，不同形式的大跨度空間結構都有著自身特點。殼體結構呈曲面性網格狀，可以根據建筑結構應力特性對曲面形狀進行調整設計，覆蓋面積可大可小，適用于多種形式大跨度建筑。網架結構主要分為骨架結構和圍護結構，兩者的作用分別是承載建筑結構重力各分割建筑空間，網架結構應力傳輸路線清晰明了，整體載荷會均攤到所有結構部件上，具有較強的抗震性性能，結構安裝比較方便，結構部件可定性批量生產。懸索結構是以組成材料為高強鋼絲的懸索作為承重構件，設計而成的一種大跨度空間結構形式，結構中不會出現彎矩和剪力效應，只需確定最為合適的懸索布置方向和層數即可，懸索強度較高，結構布置方便、靈活，可以空余更多的建筑空間，被廣泛應用于多種建筑設計中。

2大跨度空間結構關設計要點

雖然大跨度空間結構類型眾多，但是每一種形式結構的設計要點都基本相同，所以，要想確保大跨度建筑物的施工質量，就需要從大跨度空間結構設計要點出發，提高設計方案的科學性及合理性。

2.1大跨度空間結構計算。大跨度空間結構計算是進行結構設計的首要工作。在對建筑結構進行計算時，可以借助計算機技術構建結構模型，保證模型構件連接與實際工程構造連接方式的一致性，確保模型計算結果的準確性，大跨度空間結構設計提供可靠資料。同時，將多向地震作用效應引入到模型中，以保證上部結構和下部結構之間的協同性為基本原則，對整體結構進行全面分析，結合結構的受力情況以及抗震需求，計算結構中的重要構件及節點的應力情況。同時，應該在保證結構強度及穩定性滿足工程要求的基礎上，盡可能的簡化下部結構。此外，在對結構整體應力情況進行分析、計算的時候，還需要將實際施工過程中可能出現的特殊應力考慮在內，對特殊構件設定一個應力變化范圍，保證構件所承受的載荷不超過設定范圍的最大值，避免出現結構變形甚至是斷裂現象。在對大跨度空間結構模型進行計算的時候，需要選用精準度較高的計算方法，當前應用比較廣泛的計算方法主要包括多向地震反應譜法、時程分析法、多向隨機振動分析法等幾種。

2.2大跨度空間結構布置。結構布置是影響大跨度空間結構應力及穩定性的主要因素，要想保證設計方案的科學性，就必須對其進行合理設置。保證結構質量及剛度分布的均衡性，是確保結構穩定性的基礎，在設計上部結構和下部結構的時候，應該明確結構傳力路徑，優先選擇空間傳力體系，并以結構中軸線為參照，使兩側建筑構件能夠呈對稱狀分布。

2.3大跨度空間結構防震縫設計。防震縫是大跨度空間結構設計中必須考慮的內容，在提高建筑抗震性能方面起到了重要作用。在對大跨度空間結構防震縫寬度進行規定時，是將下部支撐結構為框架形成的抗震墻進行考慮的，要求防震縫寬度至少為150mm。但是，在實際設計過程中，該標準經常無法滿足大跨度空間結構防震需求，所以一般需要以結構在建防震要求范圍內，兩側結構的極限相對位移為依據，科學設置防震縫寬度。如果建筑結構比較規則，可以將多遇地震下的最大相對變形值與不小于3的放大系數相乘，將兩者的乘積作為最小防震縫寬度。

3大跨度空間結構設計實例

某建筑工程結構橫向跨度為76m，總建筑面積為23482㎡，框架抗震等級為二級，屬于大跨度建筑。在對混凝土結構及鋼材結構進行分析后，決定采用大跨度空間鋼結構，既可以保證結構具有較強我穩定性和防震性能，又可以節省建筑材料，提升建筑空間的利用率。設計人員結合建筑特點構建了結構模型，并使用先進的計算方法，對結構的整體應力情況及抗震性能進行了分析，決定采用空間傳力體系及輕型屋面系統，在薄弱部位做好反震加固處理。同時，以二級震防設置標準下，兩側結構發生位移的最大差值為標準，設置結構防震縫。施工結果表明，大跨度空間結構具有較強的穩定性和抗震能力，并且還有效降低了工程成本。

4結束語

基于建筑需求的不斷提高，以大跨度空間結構為基礎建設完成的建筑變得越來越普遍，在提高我國建筑行業施工水平，促進建筑行業良好發展方面發揮了重要作用。通過對大跨度空間結構設計要點進行分析，可以為該建筑技術的科學、合理應用提供理論依據，具有一定的借鑒和參考價值。