淺談網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的應用

躍彬

【摘 ?要】隨著我國建筑業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代化建設(shè)需求，在客觀上提出了采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)替代平面結(jié)構(gòu)以增加安全性的要求。為此，本文將針對當前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的應用展開深入分析。

中國論文

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)架結(jié)構(gòu);大跨度;大空間

前言：本文將從網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間特點、其設(shè)計的方法、原則以及理論基礎(chǔ)、未來發(fā)展前景做出深入分析，以此來為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的進一步推廣使用積累經(jīng)驗，從而為我國建筑行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展略盡綿薄之力。

1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間特點

1.1結(jié)構(gòu)體型更為豐富

采用大跨度大空間的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在當前建筑業(yè)發(fā)展過程中已經(jīng)成為衡量一個國家整體建筑行業(yè)發(fā)展水平的重要標志之一。通過該種結(jié)構(gòu)，設(shè)計師可以獲得更加寬廣的想象空間與設(shè)計思路，從而設(shè)計出千變?nèi)f化、豐富多彩的結(jié)構(gòu)體型，使之展現(xiàn)出更加強烈濃厚的認為景觀以及象征性寓意。

1.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及鋼混框架結(jié)構(gòu)體系應用范圍更加廣泛

相較于平面結(jié)構(gòu)，采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及鋼混框架結(jié)構(gòu)體系具有以下兩個明顯的優(yōu)勢：一是自身采用混合結(jié)構(gòu)設(shè)計，所用材質(zhì)更輕，特別是目前其所采用的鋼材、膜材、具有高強度的輕質(zhì)材料，具有良好的經(jīng)濟性，可以為建筑企業(yè)創(chuàng)造更加更厚的經(jīng)濟效益。二是便于工業(yè)化生產(chǎn)，其所采用的空間結(jié)構(gòu)的絕大多數(shù)構(gòu)件均可以在地面進行設(shè)計制作，之后運輸至指定建設(shè)地點之后可以更加靈活的予以組裝并進行設(shè)備的維護與更換。因而，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及鋼混框架結(jié)構(gòu)體系應用范圍更加廣泛。

1.3剛度及抗震性能好

由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)存在著顯著的三維受力特征，建筑自身所承受的內(nèi)力相對更為均勻，對于較大的集中負荷可以有效分散，因而整體的剛度更大。同時，由于剛度的增強，使得其自身的抗震性能更加良好。

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法、原則以及理論基礎(chǔ)

2.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

（1）按照結(jié)構(gòu)組成分類

在該類型下主要有以下三種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，其各自設(shè)計方法如下所述：

第一種為雙層網(wǎng)架，即：具有上下兩層弦桿的結(jié)構(gòu)，其最簡單也是最為常用的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式。

第二種為三層網(wǎng)架，即：雙層網(wǎng)架基礎(chǔ)上于中間加上一層弦桿，當網(wǎng)架跨度≤50m時可以酌情考慮此種設(shè)計方法;若跨度≤80m時，則需要將其作為優(yōu)先考慮設(shè)計方案。

第三種為組合網(wǎng)架，即：利用具有良好抗壓性的鋼筋混凝土板替代上弦桿，將不同組織材料構(gòu)建成為網(wǎng)架的最基本單元，最終形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

（2）依據(jù)網(wǎng)格形式分類

①四角錐體系。在該網(wǎng)架體系中，其所采用的上下弦桿均呈現(xiàn)出明顯的正方形，或者根據(jù)建筑具體結(jié)構(gòu)設(shè)計成與正方形相接近的矩形網(wǎng)格，并且上下弦桿之間稍稍錯開，通常是以半格為宜。

②三角錐體系。三角錐體系網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的基本單元為一組呈倒置姿態(tài)的三角椎體，上弦桿布滿了三角錐體系的錐底正三角形的各部分空間，而其結(jié)合棱部位采用腹桿與之相連接。一般情況下隨著三角錐單元體的布置方式所呈現(xiàn)出的差異，其上下弦網(wǎng)格將會由此而呈現(xiàn)出正三角形或者是正六邊形。

③折形網(wǎng)架。在設(shè)計過程中，折形網(wǎng)架被稱之為折板網(wǎng)架，其主要是由四角錐網(wǎng)架正放而演化出來的一種全興網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。

2.2網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

根據(jù)當前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計研究成果分析可知，其設(shè)計原則大致為以下幾方面：

首先，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計應符合簡化原則。由于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種具有高次超靜定的空間結(jié)構(gòu)形式，在設(shè)計過程中無法精準的給出空間結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及變形情形的傳導或演變，因而導致其設(shè)計充滿著復雜性與艱巨性。為此，國內(nèi)外建筑行業(yè)的科研人員在對網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，通常都會在滿足建設(shè)需求的前提下盡可能的簡化網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各個空間節(jié)點剛度、弦桿變形的計算等工作，從而促使其設(shè)計既不過分繁雜，同時又兼顧了工程的質(zhì)量以及整個網(wǎng)架空間的穩(wěn)定性。

其次，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計應秉承安全性原則。安全是建筑行業(yè)的命脈，特別是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自身所占空間較大，無論是在設(shè)計還是在施工階段，均需要承擔一定的高空作業(yè)，此時對于安全性提出了較為嚴格的要求。一方面，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的各部分弦桿或者腹桿應固定牢靠，不會因外力作用下而發(fā)生大幅度變形，從而保證其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保施工人員能夠處在一個安全的作業(yè)環(huán)境中。另一方面，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的計算應符合預期設(shè)計理念，其各部分受力數(shù)值處于良好的控制范圍之中，特別是基底部分的受力更應當具備較強的受壓能力，以保證整個網(wǎng)架結(jié)構(gòu)不會發(fā)生位移，影響施工進度以及安全生產(chǎn)工作開展。

2.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計理論基礎(chǔ)

（1）小變形理論

小變形理論內(nèi)容為構(gòu)件自身受到內(nèi)外力作用之下所產(chǎn)生的變形較小，其受力之后的位置并沒有發(fā)生明顯的位移，因而不需要考慮位置變動之下應力產(chǎn)生的二階效應。就網(wǎng)架結(jié)構(gòu)而言，由于其各部分結(jié)構(gòu)采用了弦桿以及腹桿進行連接，各自承受的內(nèi)力在科學有效的分散作用下傳遞至各個部分，因而相對應的受力較為均勻，最終使得網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中各組成部分受力不會出現(xiàn)顯著的差異，因而其具有較強的穩(wěn)定性。

（2）靜力學理論

①二力平衡

在剛體上存在的兩個力大小相等且方向相反，最終其和為0，即：F1=-F2。而對于變形體而言，二力平衡則是其必要條件而非充分條件。

②加減平衡力系原理

在已知作用在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的任意力系之中，加上或者去除任意的一個平衡力系，均不會改變其原力系對該空間結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的作用。換而言之，其作用效果相同或者相接近，不同平衡力系可以實現(xiàn)等效替換[1]。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間發(fā)展前景

3.1網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間結(jié)構(gòu)將會得到不斷創(chuàng)新

大跨度大空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中融入預應力技術(shù)已經(jīng)成為強化建筑自身剛性以及抗震性等多方面使用需求的重要途徑。我國科研人員在經(jīng)過不斷摸索之后已經(jīng)研制開發(fā)出了一種全新的預應力空間結(jié)構(gòu)，能夠促使傳力更加明確。而且隨著索托結(jié)構(gòu)、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的陸續(xù)開發(fā)應用，不僅改變了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，使得內(nèi)力峰值得到了大幅度降低，結(jié)構(gòu)剛度以及相應的穩(wěn)定性隨之增強。由此可見，隨著時代的不斷發(fā)展，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間結(jié)構(gòu)將會得到不斷創(chuàng)新。

3.2膜結(jié)構(gòu)為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間應用與發(fā)展提供更廣闊空間

膜結(jié)構(gòu)是目前我國科研人員正在權(quán)利攻關(guān)的一種空間結(jié)構(gòu)，就當前實際研究成果而言，采用頻率較大的則是張力膜結(jié)構(gòu)。而此種結(jié)構(gòu)則是由玻璃纖維織物或者是聚酯纖維織物為結(jié)構(gòu)的構(gòu)建基礎(chǔ)層，之后采用較強抗酸抗堿、抗有機溶劑侵蝕、不溶于所有溶劑的聚四氟乙烯作為空間結(jié)構(gòu)圖層的材料，并且與鋼結(jié)構(gòu)或者鋼混結(jié)構(gòu)相組合而形成全新的空間結(jié)構(gòu)。通過實驗證實，膜結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有大跨度大空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進一步降低了生產(chǎn)成本，使得建筑的使用年限得到進一步提升，為其應用與發(fā)展提供更廣闊空間[2]。

結(jié)論：綜上所述，通過本文研究內(nèi)容可知，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是二十一世紀建筑行業(yè)發(fā)展的主流趨勢，其所具有的明顯優(yōu)勢正在得到不斷顯現(xiàn)，因而本文最終認定，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)大跨度大空間的應用范圍將會得到進一步擴大，并且隨著科學技術(shù)快速進步，其具有更加廣闊的發(fā)展空間。

參考文獻：

[1]宋文德，郭道榮.大跨度網(wǎng)架起步架吊裝遞增搬起法施工技術(shù)的研究與應用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，11（12）：82.

[2]譚建國，于新平，周正，等.超大空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)多支點同步滑移施工技術(shù)及應用[J].工程質(zhì)量，2015，12（03）：61-66.

（作者身份證號碼：320911197503244352）