大跨度钢结构及索膜结构
大跨度钢结构和索膜结构作为大型公共建筑的主要受力部分和新型屋面系统，其质量直接影响到建筑物的安全和使用功能。本文仅结合上海体育场、浦东国际机场、虹口足球场、上海新国际博览中心等工程的监理实践，对大跨度钢结构和索膜结构施工质量控制的几个主要方面进行一些讨论。
⑴对桁架钢构件制作质量的控制①对于钢构件制作的胎架划线和搭设
尺寸、钢构件拼装时的基准线和定位方式等进行严格检查控制。②钢
构件拼装检查应在制作焊接完成后自由状态下进行。应按每榀构件拼装
胎架中每一支点的三维空间位置验收结构尺寸。
⑵钢结构焊接①对于施工单位首次焊接的钢种，一定要进行焊接工艺评
定，并制定相应的焊接工艺。②监理一定要抓住对焊工合格证的检查。
检查内容应包括：母材及焊材种类、焊接位置、焊工合格证的有效期。
③严格把住接头装配质量关。接头的装配质量包括：坡口质量，根部
间隙，对口错边量等几个方面。④当焊接表面潮湿、有油污，焊接环
境温度过大或焊接部位受风、雨、雪直接侵袭时，都无法保证焊出高质
量的焊缝，特别是焊低氢焊条时更容易出现问题，施工单位应在工艺方
案及对焊工进行施工交底时明确。⑤焊接过程中为减少焊接应力，防
止产生焊接裂纹，应严格按照标准规定要求对焊接部位进行预热，在整
个焊接过程中应随时加热以保证焊缝道间温度并一次焊完一条焊缝，在
焊接完成后应及时按标准要求进行后热。⑥对设计及国家规范要求探
伤的焊缝，应对每条焊缝按比例要求进行无损探伤。检验位置及长度由
质检人员指定并书面通知NDT人员。检验后NDT人员应出具探伤报告，
探伤报告应标明探伤的具体部位。焊缝完成后质检人员及时按设计和
GB50205等标准要求进行外观检查和无损检验，不合格部分及时通知焊
工返修（返修焊缝工艺也必须是评定合格的）。
⑶钢结构安装质量控制①安装前，施工单位应对构件的产品合格证、设
计文件与预拼装记录进行检查，并复验记录构件的尺寸。钢结构的变形、
缺陷超出允许偏差时，应进行处理。②钢结构吊装就位后，应对构件
定位轴线、标高等设计要求控制点进行测量做好标记，对吊装对接接头
质量进行焊前检查。安装好临时支撑及钢浪索以使钢屋架在施工过程中
安全稳定。③钢结构安装时，施工单位应提交每榀构件吊装后的标高
尺寸、焊接、涂装等分别向监理提交验收。
河南国星膜结构一心致力于膜结构的供应与服务，拥有成熟的工艺流程，技术力量雄厚,专业从事膜结构生产
通过这一个学期建筑结构选型将建筑结构分类如下:●平面结构 梁柱结构(框架结构 桁架结构 单层钢架结构 拱式结构 ●空间结构 薄壁空间结构 网架结构 网壳结构网格结构 悬索结构 薄膜结构 ●高层建筑结构 ●平面结构 平面屋盖结构空间跨度相比较小,节点、支座形式较简单。 2008年奥运会摔跤比赛馆总建筑面积约23950平方米,比赛馆平面是一个82.4*94米平面,屋面是反对称的折面,采用巨型门式钢钢架结构,将建筑塑造为富有韵律感的
造型,如图所示。三维整体模型工程屋盖由12榀空间门式钢钢架组成,跨度82.4米,中心距8,0米,钢刚架为四肢组合的格构式结构。构件间的连接节点均为相贯节点,钢架柱(钢管连接于看台部分的钢筋混凝土柱,屋盖结构外形简洁、流畅,节点形式简单,刚度大,几何特性好。 单榀空间门式钢刚架单榀空间门式钢刚架(有连系杆单榀空间门式钢刚架(有连系杆
刚架柱支座 ●空间结构 ●网格结构 ?网架结构 一:2008奥运会国家体育馆 国家体育馆位于北京奥林匹克公园中心区,建筑面积80 476m2 ,固定座席118 万座,活动座2 000座,用于举办2008 年奥运会的体操、手球比赛,赛后用于举办体育比赛和文艺演出。虽然体育馆在功能上划分为比赛馆和热身馆两部分,但屋盖结构在两个区域连成整体,即采用正交正放的空间网架结构连续跨越比赛馆和热身馆两个区域,形成一个连续跨结构。空间网架结构在南北方向的网格尺寸为815m,东西方向的网格有两种尺寸,其中中间(轴a和○K之间的网格尺寸为1210m,其他轴的网格尺寸为815m。按照建筑造型要求,网架结构厚度在11518~31973m之间。不包括悬挑结构在内,比赛馆的平面尺寸为114m ×144m,跨度较大,为减小结构用钢量,增加结构刚度,充分发挥结构的空间受力性能,在空间网架结构的下部还布置了双向正交正放的钢索,钢索通过钢桅杆与其上部的网架结构相连,形成双向张弦空间网格结构。其中最长桅杆的长度为91237m,钢索形状根据桅杆高度通过圆弧拟合确定。在
钢结构储煤棚与充气膜结构比较 一、结构安全的差异 充气膜结构是通过机械系统(8台风机)向室内空间连续不间断充气，气体在密闭的空间中逐渐加压而最终使室内外保持一定的压力差，膜体受到上浮力，产生的预张力以托起大空间。单纯的充气膜抵抗风雪荷载的可靠性差，应对极端大风、大雪存在隐患，硬物一旦刮伤损坏，自然塌落，不适用于大跨度的永久性建筑。充气膜结构只能作为条形煤场相对简易的临时仓储，无法适应圆形煤场、异形煤场及超大跨度永久煤场的工程要求，质量缺陷多，有很大局限性。 钢结构网架采用实心球(材质45#高强度钢)及钢管紧密连接，使用年限50年，按70年一遇的地震及风压雪压考虑。其构件在生产车间内加工，标准化程度高，质量易于保证。储煤棚上部钢结构网架，与下部现浇混凝土支承柱及挡煤墙连成整体，传力稳定平衡，制造质量精良，工地安装便捷，此结构被广泛使用。 二、维护使用的差异 充气膜煤棚建设时必备两路电源，满足其加压风机及消防用电。一路6kV电源引自厂区，一路增加设置二套400kW 660V柴油发电机组，作为备用电源。后期使用时，完全依靠电能，不可断电。以一万平方米储煤棚估算，一年消耗超过15万元的电费，增加后期使用成本。 钢结构网架在工厂内机械抛丸除锈，然后喷漆、喷塑或喷锌 处理，增强了抗腐蚀性，在煤棚密闭环境中，需要10-12年对钢架表面防腐处理，按建筑面积计算，每次油漆费用约35-45元/方。 三、建成运行案例的差异
充气膜结构由国外引进，多用于临时建筑(汽车旅馆、临时展出大棚等)拆建方便，气膜储煤棚在国内案例没有20个，也只局限在神华集团的煤炭储煤场方面的临建工程。 钢结构网架储煤棚，技术成熟稳定，后期运营费用极低，初期投资节约，钢材可以回收利用增加效益，诸多优势明显。在电厂、集装站、储运物流园、选煤厂、水泥厂、煤化工项目的封闭煤场项目应用广泛，25年来运行安全可靠。华能、大唐、华电、国电、中电投等,大电力公司、地方电厂、煤炭、钢铁、水泥项目案例超过10000座，且运行安全良好。 四、工程造价的差异 充气膜材料自重轻，对基础挡墙要求相对低，但膜材价格高，上部充气膜1200元/方，2.5米高挡墙无法满足内部输出煤工艺，整体造价高过1500元/方，使工程造价比预期提升。 钢结构网架对基础挡墙要求相对高，网架工厂化制作，在施工现场只须小型工具，不需要脚手架平台，即可拼装，大大节约造价，上部网架900-1000元/方，整体造价1100-1300元/方，。 五、建筑效果的差异 充气膜为白色或彩色,,,膜材，建筑外观漂浮蓬松，像搭建的大帐篷，空间层次上比例失调，显得死板、压抑。
大家听说过索膜结构吗？其实从严格意义上来说，索膜结构就是我们平时所说的张拉膜结构，也是膜结构的常见形式之一，外表轻巧、美观、柔美，寿命也很长，很受人青睐。要说一个完整的索膜结构需由膜材、索结构、支架结构三部分组成，缺一不可。其实索膜结构有很多我们不了解的好处，今天我们就来详细了解一下。 （索膜结构-图例） 【索膜结构介绍】 大家对索膜结构了解多少呢？它也被称为张拉膜结构，是膜结构三种常见形式之一，其以膜材、钢结构支柱、拉索等共同作用，使膜面形成一定的张力从而形成承受外载荷的某种稳定的空间结构，与骨架式、充气式结构相比索膜结构是很能体现膜结构精髓的形式，由于其强度决定于受拉构件的承载能力而不是结构的稳定性，所以能够充分发挥钢索和膜材受拉工作时强度高、自重轻的特点，更加适合于大跨度结构中。 其造型也更加的灵活、轻巧、柔美，对于索膜结构来说不需要多余的支撑体系也不需要多余的装饰，其结构本身就是一种艺术造型。所以索膜结构非常适合用在标志性建筑上，如体育场馆、商场、交通设施、娱乐设施、文化景观设施等，不仅如此因为造型感强、制作简单、安装便捷、节能环保、安全性好所以索膜结构现在应用范围非常广泛。
【索膜结构组成】 一个完整的索膜结构一般由三部分组成：膜材、索结构、支架结构，下面我们简单说下这三部分。 1.形成曲面结构的张拉膜材，膜材作为结构材料，要能够抵抗一定的载荷而不致引起过大变形，同时作为结构中的覆盖材料，需要满足一定的建筑功能，如遮蔽、防火、耐久等，常用的为PVC/PVDF 膜材。 2.用于加强膜面的脊索、谷索以及将膜内力传向支撑结构的边索，索结构除了对膜面受力方面有加强作用，更重要的是它们起到了改变建筑造型的作用，尤其是脊索和谷索的灵活设置可能对整个建筑带来奇妙的视觉效果。 3.索膜结构体系中的支架结构，支架结构中常用的是钢结构，也可以采用混凝土结构，一些情况下甚至可以使用木结构或其他结构，支架结构除满足将索膜体系的内力传递到基础这一要求外，其构造形式也直接影响了索膜结构的整体造型。 【索膜结构特点】 一个好的索膜结构就需具备以下特点： 1.造型自由灵活艺术感强 因为索膜结构整体构造非常简单，支架结构、索结构以及膜材的灵活搭配组合，打破了传统以直线为主的建筑结构形式，可以创造出各种富有时代气息的优美曲面造型，特别是夜晚配合灯光更容易形成
大跨度空间钢结构的结构形式浅析 大跨空间钢结构是目前发展最快的结构类型，本文通过对大跨度空间钢结构几种主要形式：网架结构、空间网壳、张力结构的分析和讨论，通过几个大跨度空间钢结构的工程实例，讨论大跨度空间钢结构各种结构形式力学模型以及优缺点。 标签：大跨度；空間网架；张力结构；膜结构 空间结构是指具有不宜分解为平面结构体系的三位形体，具有三维受力特征，在荷载作用下成空间工作的结构。其主要的结构类型有：平面网架、网壳结构和张力结构。世界各国为大跨度空间结构的发展投入了大量的研究经费。这些研究工作为各国大跨度建筑的蓬勃发展奠定了坚实的理论基础和技术条件。 1、结构形式 1.1网架结构 由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的空间结构，具有空间受力、重量轻、刚度大、抗震性能好等优点：可用作体育馆、影剧院、展览厅、候车厅、体育场看台雨篷、飞机库、双向大柱距车间等建筑的屋盖。缺点是汇交于节点上的杆件数量较多，制作安装较平面结构复杂。 1.2网壳结构 网壳结构是一种与平板网架类似的空间杆系结构，系以杆件为基础，按一定规律组成网格，按壳体结构布置的空间构架，它兼具杆系和壳体的性质。其传力特点主要是通过壳内两个方向的拉力、压力或剪力逐点传力。 网壳结构主要应对使用阶段的外荷载（包括竖向和水平向）进行内力和位移计算，对单层网壳通常要进行稳定性计算，并据此进行杆件设计。此外，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载，应根据具体情况进行内力、位移计算。 1.2.1强度、刚度分析 网壳结构的内力和位移可按弹性阶段进行计算。网壳结构根据网壳类型、节点构造，设计阶段可分别选用不同的方法进行内力、位移计算：双层网壳宜采用空间杆系有限元法进行计算；单层网壳宜采用空间梁系有限元法进行计算；对单、双层网壳在进行方案选择和初步设计时可采用拟壳分析法进行估算。 1.2.2稳定性分析 网壳的稳定性可按考虑几何非线性的有限元分析方法（荷载认一位移全过程
膜结构车棚有什么特点 1、耐用：由于高强度的膜材出现，再加上张拉技术的应用，使膜结构车棚抵御风雨的能力是一般雨蓬之类不可比拟的。有的车棚采用永久性膜材，可使用三、四十年。特别是遇到剧烈的暴风雨天气，膜结构建筑巍然不动，毫发不损。 2、艺术性：除了一般雨蓬不可比拟的实用、耐用、遮风挡雨的功能外，膜结构雨蓬更是一座雕塑，一件艺术品，给人美的视觉享受。其柔美，其曲线，其刚柔并济，其丰富造型，其洁白无瑕，让人眼前一亮，回味悠长。 3、经济性：研究表明，长期露天停放的车辆，性能损耗速度比车棚内停放车辆快一倍。而采用膜结构雨蓬更能真正呵护您的爱车,减缓您爱车的老化速度。从经济角度来说，投入不多却大大延长您座骑的寿命。 4、透光性：透光性能好（透光率20%）。在阳光下曝晒不会产生黄变、雾化、透光不佳。 5、耐候性：表面有防紫外线的共挤层，可防止太阳紫外线引起的树脂疲劳变黄。表面共挤层具有化学吸收紫外线并转化为可见光。对植物光合作用有良好的稳定效果（极适合保护各类车、贵重艺术品及展品，使其不受紫外线破坏）。
6、抗冲击性：建筑膜才的冲击强度是普通玻璃的250-300倍，是亚克力的板材的20-30倍，是钢化玻璃的2倍，几乎没有断裂的危险性，有“不破玻璃”和“响钢”之美称。 7、阻燃性：据国家GB8624-97测试属阻燃B1级，无火滴，无毒气。 8、耐温性：在摄氏族-40度至120度温度范围内不会引起变形等品质劣化。 9、轻便性：重量轻，绝对保证棚下人和物的安全。 10、隔音性：隔音效果佳。 河南国星膜结构有限公司，是一家从事膜结构车棚、空间膜结构、张拉膜结构、索膜结构、膜结构停车棚、景观膜结构、体育场膜结构、收费站膜结构、看台膜结构、加油站膜结构、游泳池膜结构等膜结构的设计、制作、安装。公司注重产品质量，价格厚道，服务客户。凭
6-6 生物膜的组成和性质上册P589 细胞的外周膜（质膜）和内膜系统统称为生物膜。生物膜结构是细胞结构的基本形式。 生物膜主要由蛋白质（包括酶）、脂质（主要是磷脂）和糖类组成。生物膜的组分因膜的种类不同而不同，如P589（表18-1），一般功能复杂或多样的膜，蛋白质比例较大，蛋白质：脂质比例可从1:4到4:1。 （一）膜脂：有磷脂、胆固醇和糖脂。 （1）磷脂：构成生物膜的基质，为生物膜主要成分。包括甘油磷脂和鞘磷脂，在生物膜中呈双分子排列，构成脂双层。 （2）糖脂：大多为鞘氨醇衍生物，如半乳糖脑苷脂和神经节苷脂。 （3）胆固醇：对生物膜中脂质的物理状态，流动性，渗透性有一定调节作用，是脊椎动物膜流动性的关键调节剂。 为膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度。磷脂分子成膜后头膜分子的相变温度T C 以下时，尾链全部取反式构象（全交叉），排列整齐，为凝胶相； 基排列整齐，在T C 以上时，尾链成邻位交叉，形成“结”而变成流动态，为液晶相。见P597 图而在T C 18-15。 ，胆固醇阻扰磷脂尾链中碳碳键旋转的分子异构化运动，胆固醇的作用是：当t>T C 阻止向液晶态转化，使相变温度提高；而当t 大跨度空间钢结构施工及预算 由于现在越来越多的工厂建立，钢结构厂房的应用也是相继广泛，但是不同的商家和不同的材质价格却有着千差万别，对于其中多少的水分，很多非专业的甚至专业的人士都很难计算出这样一个钢结构厂房的造价是多少，不过这个也是相对比较复杂的，各种成本都需要计算，很多细节都很容易造成疏忽，一个不小心就会出现很大的失误，所以对于它的预算分析很重要。 现在假设如果单做一个简单的单层钢结构厂房，首先就是一个材料费，现在钢的价格是落差不大，平均价位保持在3700每吨的幅度左右徘徊，估计也能在这个水平保持一段时间，相对比较便宜的；其次造价和厂房的跨度高度有关系，如果是不超过8米,跨度不超过30米，带5吨吊车的厂房，且外围护采用保温的做法，那么平米造价要500元左右。如果不带吊车，造价会下降，跨度的变化对造价的影响则分几种情况：超过15米的厂房，随着跨度的增加单位面积的造价会下降，但是从15米开始，随着跨度减小单位面积的造价反而会上升；再次就是厂房的人力成本问题，像这种简单钢结构厂房就大概二十个人力左右3个月的时间可以完工，平均每个人每月的开销是3000元左右；还有就是厂房的技术成本，在前期的设计和制图相对于普通房屋过程要复杂，必须找到实力相对较强的，这种准备工作务必做到精确否则会造成很大的浪费，保守估计的成本也至少是上万元；另外还有其他很多工程方面出现问题的代价成本，综合考虑后还是在至少7000每平方左右的价位了。 商品经济化的今天，对于物价的估算也是比较难的，尤其是类似于这种工程细的项目更是无从下手，所以必须先严格的作出各项成本参考逐一分析。不过以后这方面会制定出更好的标准，规模化统一化管理，钢结构厂房的造价问题也会很轻松的估算得到。 大跨度空间钢结构的特点： 近30年来, 各种类型的大跨度空间钢结构在美国、日本、欧洲、澳大利亚等发达国家和地区发展很快,其跨度和规模越来越大, 新材料和新技术的应用越来越广泛, 结构形式越来越丰富。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性或标志性的人文景观。如 2000 年的悉尼奥运会、 2002 年的韩日世界杯、2004 年雅典奥运会和 2006 年的德国世界杯等各种体育场馆给人留下了深刻的印象。 我国大跨度空间钢结构原来的基础比较薄弱, 但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要, 近10余年来也取得了迅猛的发展。特别是 2 00 8 奥运场馆建设为我国大跨空间 ××××××××工程 钢结构、网架与索膜结构安装工程监 理实施细则 北京赛瑞斯国际工程咨询有限公司 ××××××××项目监理部 201 年×月×日 ××××××××工程 钢结构、网架与索膜结构安装工程监 理实施细则 编制 审核 批准 北京赛瑞斯国际工程咨询有限公司 ××××××××项目监理部 201 年×月×日 1目录 前言 (4) 1专业工程的特点 (5) 2监理依据 (6) 3监理工作的流程 (8) 4工程质量标准及检查方法与数量 (14) 5监理工作控制要点及目标值 (42) 6钢结构、网架与索膜结构安装工程监理措施 (47) 7质量控制要点与预控措施 (59) 8常见质量通病与防治措施 (66) 前言 钢结构、网架与索膜结构安装工程就是建筑工程的一个特殊分部工程,在建筑工程地基与基础、主体结构、建筑装饰装修等分部工程中都有钢结构子分部工程。含钢结构焊接,紧固件连接,钢零部件加工,单层钢结构安装,多层及高层钢结构安装,钢结构涂装,钢构件组装,钢构件预拼装,钢网架结构安装,压型金属板等分项工程。 依据中华人民共与国住房与城乡建设部《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》建质[2009]87号文件的规定,以及《建设工程监理规范》(GB50319-2013)《工程建设监理规程》(DBJ01-41-2002)“对技术复杂的、专业性较强的工程项目,项目监理部应编制监理实施细则。监理实施细则应符合监理规划的要求,并应结合工程项目的专业特点,做到详细、具体、具有可操作性”的具体要求,本项目监理部以设计文件、《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》、《钢结构工程施工质量验收规范》GB 50205-2013、《钢结构工程施工规范》GB 50755-2012、《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 099-2013、以及施工单位编制的施工组织设计为依据,以及此项目《危险性较大的分部分项工程专项方案专家论证会》的报告。编制本监理实施细则。 监理工程师的工作目标为:在钢结构、网架与索膜结构安装工程施工中,依据监理规范、规程的要求,对钢结构工程的钢结构焊接,紧固件连接,钢零部件加工,单层钢结构安装,多层及高层钢结构安装,钢结构涂装,钢构件组装,钢构件预拼装,钢网架结构安装,压型金属板等分项工程施工质量及安全进行监理,协作参建单位,严格执行现行国家与地方相关规范标准、争取钢结构、网架与索膜结构安装工程施工技术先进、经济合理、安全适用,确保钢结构、网架与索膜结构安装工程施工质量及安全。 本监理实施细则的作用与目的就是:为了保证钢结构、网架与索膜结构安装工程安全可靠,在钢结构、网架与索膜结构安装工程施工全过程,监理工程师必须坚持“质量第一”、“安全第一”的原则。要以设计文件,专项施工方案、专家论证意见、施工验收规范,工程质量验评标准为依据,以质量预控为重点,对钢结构、网架与索膜结构安装工程的人、机、料、法、环等因素进行全面的质量控制及安全监督管理,采用巡视、旁站、检查、测量与试验等方法加强关键工序与重点部位的控制,坚持质量标准,遵守职业规范。运用标准化、规范化、程序化与科学化的管理方法,使钢结构、网架与索膜结构安装工程达到设计要求与有关标准,规范的规定,使承包单位全面实现工程项目合同约定的质量目标。 膜结构看台是近几年新兴起的一种建筑形式，我们经常见到的学校体育场的看台近几年基本上都是用膜结构建造的，也就是我们所说的膜结构看台了。这种看台是一种绿色建筑，符合我国低碳、环保的号召。很多人会奇怪，有那么多的建筑材料可以应用，为什么一定要用膜结构呢？就因为它是一种新型的建筑方式吗？这仅仅是一小方面的原因，看完本文，相信大家就能得出答案了。 （膜结构看台-图例） 膜结构看台介绍 众所周知，膜结构看台具有造型轻巧自由、美观；透光、节能、环保，优良的阻燃性能；防污自洁性能；安全、寿命长等优点。基于这些优点，建筑膜材脱颖而出，膜结构看台被称为"21 世纪的建筑"，而奥运会的成功举办，也意味着膜结构看台已经在国内发展迅猛了，也会预示着膜结构看台发展的潮流所在及发展的市场。 目前，人们不仅会满足物质所带来的满足，而且还要享受精神上面的愉悦，所以现在越来越多的高楼大厦不仅有了坚固的外表，而且还非常之美观，造型独特，比如说水立方，这就是一个用新型建筑材料即膜结构看台所建造的建筑，膜结构看台推动绿色建筑产业的发展，所以这也将是未来的发展趋势。膜结构看台优势详解 膜结构看台是以建筑织物，即膜材料为张拉主体，与支撑构件或拉索共同组成的结构体系。它以其新颖独特的建筑造型，良好的受力特点，成为大跨度空间结构的主要形式之一。膜结构看台是一种全新的建筑结构形式，它集建筑学、结构力学、精细化工与材料科学、计算机技术等为一体，具有很高技术含量。其曲面可以随着建筑师的设计需要任意变化，结合整体环境，建造出标志性的形象工程。总的来说，它具有以下诸多优势： 1.透光、自洁性 常用建筑膜材的表面为PVDF材料涂层，具有物理性能稳定与良好的自洁效果，膜表面粉尘一般情况下雨水可自行冲洗干净，同时保证建筑的使用寿命。 2.使用安全可靠 由于其自重轻，抗震性能比较好；膜结构属柔性结构，能够忍受很大的位移，不易整体倒塌；且膜材料一般都是阻燃材料，也不易造成火灾。膜结构看台可拆卸与重复安装使用，在一次使命完成后，可 基于性能下大跨度钢结构设计的分析许霞 发表时间：2018-08-13T14:43:36.510Z 来源：《基层建设》2018年第19期作者：许霞[导读] 摘要：随着社会经济的发展和建筑施工技术的不断进步，大跨度钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛，基于性能的大跨度钢结构设计也逐渐成为关注热点。 广州市设计院 510620 摘要：随着社会经济的发展和建筑施工技术的不断进步，大跨度钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛，基于性能的大跨度钢结构设计也逐渐成为关注热点。本文从基于性能的大跨度钢结构设计思路、大跨度钢结构性能设计以及几何非线性承载力的研究三个方面入手，对基于性能的大跨度钢结构设计展开论述，同时对基于性能下大跨度钢结构设计要点进行深入分析，希望能为相关设计工作的开展提供参考。 关键词：大跨度钢结构；性能设计；施工技术前言：大跨度钢结构在建筑工程中的广泛应用对于提高建筑结构的抗变形能力有着重要作用，但是由于大跨度钢结构比普通钢结构设计更为复杂，在实际设计过程中容易出现各种问题，所以需要在大跨度钢结构设计中严格遵循设计原则，正确选用科学的使用功能结构类型。同时，为了进一步提高钢结构的作用效果，还需要在基于性能的大跨度钢结构设计实践过程中，结合实际情况对设计方案进行不断优化。 一、基于性能的大跨度钢结构设计概述（一）基于性能的大跨度钢结构设计思路从当前建筑工程中钢结构设计的应用情况来看，基于性能的大跨度钢结构设计是应用最为广泛的一类设计方法，通过对建筑工程中设计需要的以及钢结构自身的基本特性的综合考虑，利用科学性的设计理念和严格的结构分析标准，对建筑过程中钢结构的整体性能进行客观判断[1]。从建筑工程整体设计方案的角度出发，基于性能的大跨度钢结构设计思路大致如下：（1）将钢结构中的某个横截面作为判断钢结构受力与基线荷载的基础；（2）重点关注大跨度钢结构设计中相关材料的延性性能；（3）在大跨度钢结构设计过程中应用充分考虑到结构荷载到达最大限度的同时，结构材料对于能量的吸收作用。（二）大跨度钢结构性能设计 大跨度钢结构性能的设计主要是指通过利用工程方法对钢结构设计目标和设计方案的确立过程。通常情况下，设计人员在进行大跨度钢结构性能设计时，会在充分掌握大跨度钢结构设计的实际性能需求的基础上，对其结构进行分析与计算，同时对大跨度钢结构在不同条件下的具体表现情况进行合理预测，从而帮助设计人员可以进一步了解大跨度钢结构的性能是否符合相关规定标准以及能否满足实际的设计需求，保证基于性能下大跨度钢结构设计方案的合理性与科学性。（三）几何非线性承载力的研究 大跨度钢结构设计中几何非线性承载力的研究是随着科学技术的发展和建筑工程中高强度材料的广泛应用而出现的，目前国内建筑工程中关于大跨度钢结构的应用逐渐向着轻质量的方向发展。从钢材料本身具有的特征与性能的角度考虑，钢结构设计在建筑工程整体中的应用在未达到屈服荷载之前，通常会出现一定程度的形变现象，进而呈现出较为明显的几何非线性性质。针对这种现象，设计人员需要在大跨度钢结构设计过程中，不断加强几何非线性与材料非线性两者之间的耦合双重非线性考量，灵活的借助有限元方法来实现对钢结构中位移弹性过程的分析与计算，从而为设计人员提供精准可靠的钢结构设计全过程计算分析方案。 二、基于性能的大跨度钢结构设计要点（一）大跨度钢结构设计需要面对的问题大跨度钢结构与其他材料结构相比，在整体的性能与结构稳定性等方面占有一定的优势，当前建筑工程施工中应用的钢结构最大跨度已经达到了百米以上。从当前材料市场的实际情况来看，钢材由于自身较强的实用性和多用性特点，其价格始终处于较高的位置，而建筑工程施工中的钢结构设计一般需要耗费大量的钢材，所以考虑到钢材材料价格和相关防火涂料价格相对较高的问题，设计人员会实际的设计中往往会延用传统的钢筋混凝土柱代替钢材，从而为建筑工程带来很大的安全隐患[2]。此外，大跨度钢结构设计在建设过程中的应用虽然为建筑物的设计与施工提供了可靠的支持，但是由于当前针对大跨度钢结构设计还缺乏完善的参数研究，也会在很大程度上为基于性能的大跨度钢结构设计工作增添难度。 （二）基于性能的大跨度钢结构整体受力特性分析基于性能的大跨度钢结构整体受力特性的分析工作，主要目的是为了进一步提高建筑结构的合理性。从传统的建筑工程钢筋混凝土柱与钢屋梁的设计方案分析来看，其拉杆设置显然存在很多问题，其中对于结构设计整体受力计算的不明确也会在很大程度上造成后期结构受力分析的难度增加。因此，为了保证建筑工程结构设计的科学性，需要对大跨度钢结构整体受力特性展开必要的分析。基于性能的大跨度钢结构受力特性分析大多依靠平面杆系计算软件来实现，具体操作流程如下：（1）充分掌握钢结构设计的实际需求，提出一个平截面假设，然后在不同构件持续受力的过程中保证平截面始终处于稳定不变的状态，同时严格控制杆件支架的夹角以及杆件受力过程中钢梁与钢柱之间夹角的位置不变；（2）在对门式钢架进行设计时，需要保持结构受力的合理性，在设置拉杆过程中应当尽量避免构件出现水平位移现象；（3）如果在受力分析过程中出现构件水平位移情况，会使软件计算结果与工程实际受力情况产生一定的误差，这时设计人员应用充分掌握计算误差与工程误差两种的差别，切实保证结构受力分析的准确度。（三）大跨度钢结构设计中的构件性能设计基于性能的大跨度钢结构设计中的构件性能设计主要包括以下两个部分：第一，钢结构设计中构件承载力性能的设计。从当前建筑工程施工中大跨度钢结构设计的实际作业情况来看，钢结构设计的整体稳定性与各个组成构件的实际性能和局部稳定性有着直接的关系[3]。因此，为了保证大跨度钢结构设计的质量，设计人员在具体的设计操作过程中需要严格遵守相关设计规范进行，（比如现行规范GB50017-2003等），通过对钢结构设计中钢构件开展的经验式指导性设计，进一步提高钢构件的自身的稳定系数，从而为大跨度钢结构设计奠定坚实基础；第二，钢结构设计中的钢构件变形性能设计。钢构件变形性能的设计需要遵循以下两种原则，一是不能对钢结构设计整体的实用性与美观性造成影响，二是需要将钢构件自身变形状态控制在额定范围之内。（四）大跨度钢结构设计中的荷载类型设计 我国大跨度空间钢结构的发展与展望 第6卷第2期空阃结构 [文章编号]1006-6578(2000)02—0003一n 我国大跨度空间钢结构的发展与展望 墼3 [摘要]奉文阐述了我国大跨度空间钢结构应用与发展的基奉情况.这些空间钢蛄拘包括 有大跨度大面积网架结构,大跨度大悬臂一壳结构,组合一架结构,组合同先蛄拘,顿应力网架 与一壳结构,许拉网架与网壳结构,船合叠或不僻钢等材料的网架与一壳结构,特种一架与一 壳结构等.最后,奉文展望了二十一世纪的大跨度空1日1钢结构. [关键词]大跨度结构;空间钢结构;空闻一格结构;应用与发展{展望 [中图分类号]TU393.[文献标识码]A 1引言 本文所指的大跨度空间钢结构主要是指网架,网壳结构及其组合结构(两种或两种以上不 同建筑材料组成)和杂交结构(两种或两种以上不同结构形式构成).这是一类结构受力合理, 刚度大,重量轻,杆件单一,制作安装方便的空间结构体系,在近一,二十年来获得蓬勃发展?并 在大跨度,大柱网的公共和工业建筑中得到广泛应用.它不仅可用于屋盖结构,而且可用于楼 层结构,墙体结构和特种结构 我国自l964年建成第一幢网架结构——上海师范学院球类房屋盖匕上来.据不完全的统 计,至l999年底我国已建成各类网架,网壳结构l0000幢(其中网壳结构占4为400 盖建筑面积约l200万平方米目前,年增长的覆盖建筑面积为80～100万平方米.我国网架, 网壳结构生产制造厂已超过lO0家,如徐州飞虹网槊集团公司,杭州大地网架制造有限公司, 常州网架厂等,逐步形成了一个新兴的空间钢结构制造行业,可进行批量规模生产. 2大跨度,大面积网架结构 众所周知的首都体育馆.平面尺寸99mX11Z.2m,为我国矩形面平面屋盖中跨度最大的 [收稿日期]ZOO0—02—10 [作者简介]董石晴(1932一),男,浙江杭州人,教授,中国工程院院士,浙江大学建筑工程学院院长,长期从 事大踌空间结构的教学,科研和设计工作. 3 网架上海体育馆,平面为圆形,直径1lOm,挑瞻7.5m,是目前我国跨度最大的网架结构. 1996年建成的首都机场哩机位机库,平面尺寸(153+153)m×90m口],见图1;1999年新 建成的厦门机场太古机库,平面尺寸(155-t-157)mx70m,是我国当前建筑覆盖面积最大的单 体网架结构,也是目前世界上最大的机库如包括前几年建成的成都双流机场机库,(平面尺寸 87cax14Ore),上海虹桥机场机库(平面尺寸95mx15Ore)等,表明了中国大型机场的机库都采 用了大跨度网架结构. 图1首都机场四机位机库 近十年来,网架结构在我国工业厂房屋盖中得到大面积的推广应用,其建筑覆盖面 污水池加盖膜结构工程 污水处理厂和垃圾填埋场恶臭气体污染一直是有关人员头痛的问题,大型池体（如污泥氧化沟、浓缩池、曝气池等）气体收集的常规方法无法解决大跨度、防腐蚀、结构寿命不耐久等问题。潍坊致彩膜结构工程有限公司采用的污水池加盖膜结构工程很好地解决了这些问题。接下来我们就请致彩膜结构公司专业人员为大家浅析污水池加盖膜结构工程。 【浅析污水池加盖膜结构工程】 钢支撑反吊UV膜结构的巧妙之处在于“反吊”，采用了抗腐蚀能力很强的氟碳纤膜把废气罩住，钢结构在外面将膜悬吊。这样既发挥了UV膜的抗腐蚀性能，又从根本上解决了钢结构由于与腐蚀性气体接触而带来的腐蚀问题，因而钢结构可以按普通建筑钢结构的防腐等级考虑进行设计，具有50年的使用寿命，发挥了钢结构的性能，实现了结构骨架与覆盖材料的结合。 【污水池加盖膜结构工程结构特点】 1、膜自身防腐性能好，自重轻，对大跨度池体具优势，造型多样，美观新颖； 2、适于大跨度的池体； 3、使用年限：膜部分10-15年，钢结构部分50年； 4、安装快捷：钢制成和膜体的加工都在工厂进行，加工质量得到可靠保障。现场安装时间短，减少了对场地的占用。尤其是旧池体改造项目可采取结构整体吊装，不影响池体内部的设备运转。 5、检修方便：由于工艺上的要求，需要定期对设备维修和检查，可以通过在边膜上预留门和通道的方式解决。 【膜结构在污水处理厂初沉池的应用优势】 1、防腐效果强 由于膜结构建筑结构的特殊性，可将钢架架设在外面，只有膜材部分接触初沉池，基本解决了腐蚀问题，而且将来也不用考虑维护问题。 2、加工制造施工安装快 膜结构施工比正常钢结构施工快一倍，而且施工现场要求不高。 3、景观效果甚佳 可以充分发挥建筑师的想像，膜结构的曲线曲率是其他建筑难以达到的，能充分体现自然美，艺术美，技术美，而且与周围建筑环境相容性很强。 4、造价低 由于初沉池的跨度一般较大，使含钢量增加，这样膜结构建筑的造价更具优势。 5、使用年限长 膜部分使用寿命可达20年以上，钢结构部分可达50年以上！ 【如何设计污水池膜加盖的排水】 膜结构介绍 一种适合建筑的新材料的出现，必然引建筑结构的革命，如历史上的混凝土和钢材，70年代以来，以欧美为中心发展起来的新型织物膜材，也是如此，用这种优良的织物，辅以柔性或钢性支撑，可绷成一个曲率互反，有一定刚度和张力的结构体系。这种全新的建筑结构形式，集建筑学、结构力学、材料学与精细化工、计算机技术等为一体，具有以下优秀的特点： 1、造型的艺术性。它既能充分发挥建筑师的想象力，又能体现结构构件清晰受力之类。 2、良好的自洁性。膜建筑中采用具有防护涂层的膜材，可使建筑具有良好的自洁效果，同时保证建筑的使用寿命。 3、施工的快捷性。膜建筑工程中所有加工和制作均在工厂内完成，现场只进行半成品组装，因此施工简便快捷，施工周期短。 4、较好的经济性。由于膜材具有一定的透光率，白天可减少照明强度和时间，因而比较节约能源，降低了长期使用费用，同时夜间彩灯透射形成的绚烂景观也能达到很好的广告宣传效益。 5、 结构自重轻，非常适合于建造大跨度空间结构。 膜结构的分类 膜结构按结构受力特性大致可分为充气式膜结构、张拉式膜结构（Tension/Suspension membrane structure）、骨架式膜结构（Frame membrane strcture，Cable dome membrane structure）、组合式膜结构（Compound membrane structure）等几大类。 充气式膜结构张拉式膜结构 骨架式膜结构组合式膜结构 膜 应 用 领 域： ★ 体育设施： 体育场、健身中心、游泳馆、网球馆、篮球馆等。 ★ 商业设施： 商场、购物中心、大型会展场所、餐厅、酒店（挑檐）等。 ★ 文化设施： 展览中心、剧院、会议厅、博物馆、植物园、水族馆、音乐广场等。 ★ 交通设施： 机场、火车站、公交车站、收费站、码头、加油站、天桥连廊等。 ★ 工业设施： 工厂、仓库、科研中心、处理中心、温室、物流中心等。 ★ 景观设施： 建筑入口、标志性建筑或景观性小品、广场休闲区、海滨娱乐休闲建筑、居住小区、游乐场、步行街、停车场、楼宇屋顶改造更新等。 与膜结合的结构大约有下述几类: 纯钢拱形结构 采用传统的梁柱系统，屋顶为圆拱式，柱梁间距一般为8m左右。 混凝土结构主体加钢拱 以上两种最简单的膜结构，依平面的形状，如方形、菱形等，可有许多变化，拱的间距依使用的膜材强度、设计荷载、风力等确定。 混凝土主体结构加钢索 脊素为上弯，位于膜布下面，谷索为下弯，位于膜上面。两种钢索的弯向相反张拉后造成相反方向的垂直力，使膜市受到垂直方向的张力，膜布中水平方向的张力直接张拉形成。 混凝土主体结构加钢柱 张拉式帐篷膜结构 大型（跨度在200m以上）气撑式膜结构 用扁钢作的钢索加上膜布，可以做成大跨度的巨型屋顶。这种建筑，结构简单，施工方便，经济效益高，无需维修。但因需常年维持封闭，进出较不便，现己不再新建，但仍不失为一种好的结构形式。由于膜结构需要精确的设计及剪裁，以达到理想的效果，大卫、盖格和哥伦比亚大学的同僚迈克、马克麦克和约塞夫、赖特共同开发了非线性钢索计算程式，为气撑式大型膜屋顶工程设计奠定了基础。自1973年至1978年，在世界各地一连建造了12座气撑式膜结构大型室内体育馆，与同时期落成的其他球场比较，这些膜结构的体育馆不但价格便宜，而且施工快。面积40000m2的银顶球场的屋顶只用了11.5个月即全部完成。为世界最大之室内体育馆。 生物膜 1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？ 2、从生物膜结构模型的演化谈谈人们对生物膜结构的认识过程。 3、何谓膜内在蛋白？膜内在蛋白以什么方式与膜脂相结合？ 4、比较主动输运与被动输运的特点及其生物学意义。 5、说明Na＋－K＋泵的工作原理及其生物学意义。 生物膜（bioligical membrane）：细胞和细胞器所有膜结构的总称，是镶嵌有蛋白质和糖类（统称糖蛋白）的 磷脂双分子层，起着划分和分隔细胞和细胞器作用，并有大量的酶结合位点，也是与许多能量转化和细胞 内通讯有关的重要部位。 流体镶嵌模型（fluid mosaic model）：针对生物膜的结构提出的一种模型。在这个模型中，生物膜被描述成 镶嵌有蛋白质的流体脂双层，脂双层在结构和功能上都表现出不对称性。有的蛋白质“镶”在脂双层表面， 有的则部分或全部嵌入其内部，有的则横跨整个膜。另外脂和膜蛋白可以进行横向扩散。 生物膜的功能： 跨膜运输 能量转换 信息识别与传递 运动和免疫 1答：生物的基本结构特征是膜的流动性和不对称性。生物膜的流动镶嵌模型：膜的共同结构特点是以液态 的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构，而具有不同生理功能的蛋白质。流动镶嵌模型主 要强调（1）膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动；（2）膜蛋白镶嵌在脂类中表现出分布的不对称性，有的镶嵌在膜的内外表面，有的嵌入或横跨脂双分子层。膜的流动性是表现生物膜正常功能的必要条件，如通过膜的物资运输、细胞识别、细胞免疫、细胞分化及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。膜的不 对称性决定了生物膜内外表面功能的特异性。 从生物膜结构模型演化说明人们对生物膜结构的认识过程。 2答：对生物膜的分子结构的认识经历了四个发展阶段： （1）脂质双分子层模型：研究人员通过实验发现易溶于脂类的物质易通过膜，所以推测膜由脂质构成，有 通过计算总面积，得出膜的模型是脂质双分子层，极性的亲水基团朝向外侧的水性环境。 （2）Davson-Danielli模型：即“蛋白质-脂质-蛋白质”三明治式的细胞膜分子结构模型，这个模型的提出是建立在人们对于蛋白质在细胞膜中作用有了初步认识的基础上。 （3）单位膜模型：即生物膜由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成，该模型继用了前两种模型的合理成分， 但未正确解释蛋白质的位置 （4）流动镶嵌模型：该模型强调膜的流动性，膜蛋白和膜脂均可侧向运动，膜蛋白镶嵌在脂类中并表现出 分布不对称性，而且是通过疏水和亲水相互作用维持膜的结构。该模型强调膜的流动性。生物膜的模型还 在不断的完善中，从这一演化过程中可以看出，人们是通过不断的研究，不断地从实验中发现新现象，在 前人的研究基础上不断地完善对于生物膜结构的认识。 1、生物膜的基本结构特征是什么？这些特征与它的生理功能有什么联系？ 生物膜的组成和特点： 膜主要是由脂类(lipid) 和蛋白质以非共价键相互作用结合而成的二维流动体系。 脂类分子呈连续的双分子层(bilayer)排列。 膜具有双亲性。 蛋白质相对于脂双层具有不同镶嵌方式。 大跨度复杂钢结构连廊的设计思考 阳耀锋 / 511023************ 【摘 要】近年来，随着我国城市化建设进程的不断加快，推动了建筑业的发展速度，各类建筑工程随之与日俱增。出于对建筑使用功能和外观造型的要求，一些建筑工程项目建设中需要采用连廊结构，其主要起连接作用。想要确保连廊结构的安全性和稳定性，就必须保证连廊的设计质量，特别是对于一些大跨度复杂钢结构连廊的设计其质量更为重要。若是设计中存在差错，很可能导致非常严重的后果。基于此点，本文首先对连廊结构的特点进行分析，并在此基础上提出大跨度复杂钢结构连廊的设计要点。 【关键词】高层建筑；大跨度；钢结构；连廊 一、连廊结构的特点分析 现代建筑结构学对连廊给出了如下定义：所谓的连廊是复杂高层建筑结构体系中的一种，其具体是指两幢及以上的高层建筑之间由架空连接体互相连接，进而满足建筑造型和使用功能的要求，这里的连接体即连廊。连廊的跨度少则几米，多则几十米。通常情况下，连廊都是按照建筑功能的要求进行设置的，它能够方便两个塔楼之间的相互联系，并且还能为建筑结构增添一定的特色。消防连廊是连廊结构中的一种特殊形式，其能够起到安全通道的作用，所有的消防连廊都对防火有着十分严格的要求，在结构设计中必须全部采用防火材料。由于连廊结构自身的特殊性，使其具有一系列不同于普通结构的特点，具体体现在以下几个方面上： （一）扭转效应 与其它的体型结构相比，连廊结构的扭转振动变形比较大，这使得该结构形式的扭转效应非常明显，这也是采用连廊结构时必须特别注意的问题之一。通常情况下，在风荷载或是地震荷载作用下，结构本身除了会产生出一定平动变形之外，也会产生出扭转变形，而扭转效应则会随着两个塔楼之间不对称性的不断增加而进一步增大，即便是对称双塔连廊结构，连廊楼板发生变形后，也有可能引起两个塔楼的相向运动，此时这种振动形态也会随之变得更加复杂，相应的扭转效应就会更加明显。 （二）连廊部分的受力情况较为复杂 在带有连廊的建筑结构当中，连廊是较为重要的部位之一，它的受力也相对比较复杂。这是因为连廊部分不但要协调两端结构的变形，从而在水平荷载的作用下需要承受较大的内应力，同时，当连廊自身跨度较大时，除了会受到竖向荷载的作用之外，竖向地震作用对连廊结构的影响也十分明显。为了确保结构的整体安全性，我国现行的JGJ3-2003规范中明确规定，连接体结构应当加强构造措施，其边梁截面应加大且楼板实际厚度不得小于150mm，并且应当采用双向双层钢筋网，每一层每个方向上的钢筋网配筋率不得小于25%。在建模过程中，由于连接体结构本身体型的特殊性，使得连接部位较为复杂，所以应当采用有限元分析法进行建模，而连体部位的楼板则应当采用弹性楼板进行计算。JGJ3-2003中还规定8度抗震设计时，连体结构的连接体应当充分考虑竖向地震作用的影响，这一点在实际设计过程中必须予以特别注意。 （三）连廊两端结构的连接方式 连廊结构与两端塔楼的支座连接是整个结构设计中最为关键的环节，若是该部分处理不当，会使结构的整体安全性受到严重影响。连接处理方式通常都是按照建筑方案与实际布置情况进行确定的，可以采用的方式主要包括以下几种：刚性连接、柔性连接、铰接连接以及滑动连接等等。由于每一种连接方式的处理方法均不相同，所以都需要进行详细的分析和设计，这有助于确保结构的整体稳定性。 二、大跨度复杂钢结构连廊的设计要点 为了便于本文的研究，下面以某工程实例为依托对大跨度复杂钢结构连廊的设计进行介绍。 （一）工程概况 该工程项目的开发功能为办公与商业综合体，其中具体包括3栋办公塔楼（1-3号楼）和一座多层商业楼（4号楼），四栋楼之间利用5座连廊相互连通，进而使整个建筑形成一个有机的整体，该工程建好后将会成为当地的标志性建筑之一。各塔楼之间均由连廊进行互相连接，连廊采用的是带钢拉杆的桁架结构形式，连廊结构与两端塔楼以滑动连接方式相连接。在五座连廊当中，2号连廊的跨度最大，为45.8m。下面对该连廊的设计要点进行详细阐述。 （二）连廊的结构设计 2号连廊为双层结构，宽7.5m，跨度为45.8m，属于比较典型的大跨度连廊，总体高度12m，主要负大跨度空间钢结构施工及预算
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