浅谈大跨度钢结构的应用与发展

摘要

大跨钢结构的是经济和社会发展的需要。当今社会经济飞速发展，人民生活水平日益提高，世界各国、尤其是发达国家纷纷筹划建造更大、更高、更长的各种超大型复杂结构物，来满足人们对生活空间的追求，并定期举办年会和各种学术交流活动（IASS）来发展这种结构形式。

影响大跨空间钢结构选型的因素众多而且比较复杂，单独地考虑任何因素，都将导致大跨空间钢结构选型结果的不准确性程度的增加。

对一个空间钢结构而言，往往有多种可供选择的施工方法，每一种施工方法都有其自身的特点和不同的适用范围。施工方法选择的合理与否将直接影响到工程质量、施工进度、施工成本等技术经济指标。以下简要论述空间钢结构常用的施工方法。

关键词：大跨度；钢结构；选型；施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

1．概述

1.1钢结构的发展现状

改革开放以来，我国以经济建设为中心，国民经济取得了很大的发展，1996年我国钢产量首次突破一亿吨，跃居世界第一，为我国的钢结构发展奠定了物质基础。近20年的时间里，我国钢结构事业和其他行业一样，得到了前所未有的繁荣和发展，具体表现在以下几个方面。

1)在设计方法方面，以概率论为基础的一次二阶矩极限状态设计法[《钢结构设计规范》(GBJ17-88)]的设计法代替了半经验、半概率的极限状态设计法[《钢结构设计规范》(TJ17-74)]。完整的全概率法还有待今后的深入和完善。

2)高强度低合金钢的产量和品种有较大的发展，在钢结构中的应用有明显提高。

3)在高层建筑，特别是在超高层建筑中，钢结构得到了较多的应用。

4)平板网架结构在工业与民用建筑中达到了广泛采用，技术已经非常成熟。

5)冷弯薄壁型钢构件在工业与民用建筑中的应用(如檩条、墙梁、屋面板、墙板等)日益普遍。

6)钢与混凝土组合梁-板结构、钢管混凝土结构及预应力钢结构等，都得到了不同程度的应用和发展。

7)高强度螺栓在钢结构连接中得到了广泛的应用。

8)在桥梁结构、煤气柜、储液库等板壳结构及起重运输机械金属结构等非房屋类钢结构方面，也取得了非常大的成就。

1.2 钢结构的发展趋势

虽然我国钢结构的工程应用和技术水平都有很大的提高，但和发达国家相比，我们在许多方面还存在较大的差距。因此，在今后的时间里面我们必须从以下几方面进行研究，来不断提高我国的钢结构的技术水平。

(1)低合金等优质高强钢材的研制和应用

为了更好地满足我国钢结构发展需要，今后在钢材的研制和应用方面还需要加强以下几个方面：

1)研制强度更高、综合性能更好的低合金新钢钟。

2)提高低合金钢的产量和在钢结构中应用的比率。

3)改善和提高低合金钢的质量。

(2)结构设计理论和方法的研究

(3)轻型钢结构的研究和应用

轻型钢结构主要指薄壁型钢结构及由圆钢和小角钢组成的轻型钢结构。1975年制订了我国第一部《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(TJB18-75)和现行的《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-75)，总结和推动了我国轻型钢结构的发展。

(4)钢与混凝土组合构件的研究和应用

钢与混凝土组合构件充分利用了钢材抗拉和混凝土耐压的特性，且使一个构件多种用途，因此是一种非常合理和经济的结构，目前在桥梁和房屋楼盖中已有应用。

(5)高层钢结构的研究

近十几年来，我国沿海各大城市建造了大批高层建筑，其中有些采用了钢结构体系或钢结构框架与钢筋混凝土筒体相结合的混合结构体系。

(6)空间结构的研究和应用

网架结构、网壳结构、张拉结构体系等均属于空间结构，这些新技术的应用，在减轻结构自重、提高结构的承载力，节约钢材等方面效果十分明显。

(7)钢结构的防腐和防火

钢结构的防腐和防火，一直是钢结构设计中需要认真处理的问题，还需要花费较大的资金投入，加大了钢结构的造价和维护费用。

(8)钢结构设计软件的开发与应用

计算机技术在土木工程中已经得到了广泛应用，计算机辅助设计(ComputerAidedDesign，简称CAD)对结构设计优化和提高设计效率起到了巨大的作用。

2．大跨度钢结构选型所考虑的因素

2.1跨度因素

随着社会的进步，人们需要更大的空间结构进行公共活动。因此，在大跨空间钢结构选型中，跨度是结构空间性能及刚度合适性最重要的组成部分之一。

2.2宽度因素

大跨空间钢结构是一种典型的空间受力的结构形式，具有不宜分解为平面结构体系的三维形体，具有三维受力特性，在荷载作用下呈空间工作的结构。因此对大跨空间钢结构来说除了跨度因素影响外，另一向的长度对整体结构的影响也不容忽视。因此本文把宽度作为影响大跨空间钢结构选型的另一重要因素。

2.3建筑功能

建筑的根本任务在于构筑空间――能够服务于人的空间。建筑的成果―建筑物具有功能、技术和艺术综合特征。大跨空间钢结构建筑是由建筑师根据不同的功能（包括物质功能和精神功能）组合形成的综合形象。所考虑的构成因素也比较多，主要包括：采光及通风，保温及隔热，与环境的协调美，建筑形象美，技术美等因素。本文综合考虑，从简化应用的角度出发，把建筑功能因素按照其所得分数分为：高，一般等二类。具体划分原则及方法有：（1）自然采光及通风。（2）保温及隔热。（3）与环境的协调美。（4）建筑形象美。（5）技术美。

2.4荷载类型

任何建筑物都必须保证其在结构的设计使用期内，具有足够的承载能力。大跨空间钢结构亦不例外。

2.5平面形状

大跨空间钢结构作为空间受力体系，现在大跨空间钢结构常用的形状包括：矩形、正多边形、圆形、椭圆形、菱形及组合形。

3．小结

土木建筑工程当中，钢结构近年来的发展十分迅速，钢结构已经逐步成为各类工程结构中被广泛应用的建筑结构，如工业建筑、文化体育建筑、城市现代化建筑及城乡住宅建设等。从钢材的力学性能和环境保护方面来看，钢结构目前是最理想的建筑材料。大跨度钢结构从一个方面体现了钢结构应用的极大优点，所以对于大跨度钢结构的了解和研究是很重要很有意义的。