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体育馆钢结构特点(钢结构体育馆结构分析)

发布时间:2024-01-25 19:16:38人气:

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  钢结构是由特定体育馆钢结构特点的钢材组成体育馆钢结构特点的结构,是目前主要体育馆钢结构特点的建筑结构类型之一。钢结构主要由H型钢、工字钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成,其材料类型主要为Q235B和Q345B,各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻,且施工快捷,广泛应用于大型工业厂房、体育馆、加油站、超高层等领域。

  自重轻体育馆钢结构特点:钢材的强度较高,柔韧性也高,与传统钢筋混凝土建筑相比,其强度高、自重轻、全体刚框架刚性好、成形能力强。建筑物自重仅是砖混结构的五分之一,可每秒70米的台风,使性命财富能取得有力的维护。

  抗震性:钢结构房屋在地震中有很好的生命安全性能,钢结构的屋面大都为坡屋面,因而屋面结构根本上采纳的是由冷弯型钢构件做出的三角形型屋架系统,轻钢构件在封结束构性板材及彩钢板以后,构成了非常结实的板肋结构系统,这种结构系统有着更强的抗震及程度挂载的能力,实用于抗震烈度为8度以上的地域。

  耐久性:钢结构住房结构全部采纳冷弯薄壁钢构件系统组成,钢筋采纳超级防腐高强热轧镀锌板制造,有力防止钢板在施工和运用进程中的锈蚀的影响,增多了轻钢构件的运用使用寿命。主体结构使用寿命可达50年以上。

  经济性:钢结构建筑的形成非常简略,并且自重很轻,因此其全体造价是一般混凝土结构的三分之一,因此其全体造价是一般建筑结构的三分之一,运转利润是一般结构的三分之一。比照:混凝土结构:800-1500元/平方米体育馆钢结构特点;活动房:220元/平方米;钢结构:260-500元/平方米,大大的控制了成本。钢结构建筑的形成非常简略,并且自重很轻,因此其全体造价是一般钢筋混凝土结构的三分之一。

  灵活性:以灵活、丰富性。大开间设计,户内空间可多方案分割,可满足用户的不同需求,给设计者带来了巨大的设计空间。

  保温性:钢结构采纳的保温隔音材料以夹芯板为主,墙面产品主要有彩钢夹芯板、岩棉夹芯板等,存在优良的保温隔音成效。用以隔墙的保温板,达到了更好的保温成效。100mm内外厚的R15保鲜棉热阻值可相等于1m厚的M24砖墙。

  隔热性:隔热成效是评估住房的一个主打目标,轻钢系统安装的窗均采纳空心玻璃,隔热成效好,隔热达40分贝上述;由轻钢骨架、彩钢板材组成的墙体,其隔热成效可高达60分贝。是混凝土的三分之二、木结构的二倍。

  舒服性:轻钢墙体采纳高效节能系统,不需担心甲醛超标,同时透风性能好,能够使屋外部上空构成固定的气氛间,保障屋顶外部的透风及散热需要。

  成效性:全部干作业施工,不受环境时节影响,不受水电影响。一栋1000平方米内外的建筑,只要5个工人30个工作日能够实现从地面到装修的全进程。

  近些年了,随着随着经济的不断发展带来了建筑业的空前繁荣,建筑物中运用钢结构的种类越来越多。钢结构本身具有自重轻、强度高、施工快等独特优,因此对高层、大跨度,尤其是超高层、超大跨度的建筑物,采用钢结构是非常理想的。其中,钢结构优点主要有哪些?下面是建筑网带来的关于钢结构优点的详细介绍以供参考。

  钢结构之所以运用越来越广泛,这正是由于其自身巨大的优点所决定的。钢结构具有许多优点:首先,重量轻、强度高。其次,抗震性能好,其延性比钢筋混凝土好。从国内外震后调查结果看,钢结构建筑倒塌数量是最少的。

  (1)材料的强度高,塑性和韧性较好,塑性好,结构在一般条件下不会因超载而突然断裂;韧性好,结构对动力荷载的适应性强。良好的吸能能力和延性还使钢结构具有优越的抗震性能。

  (2)材质均匀,和力学计算的假定比较符合,钢材内部组织比较接近匀质和各向同性体,而且在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。因此,钢结构的实际受力情况和工程力学计算结果比较符合。

  (4)钢结构的质量轻。钢材的密度虽比混凝土等建筑材料大,但钢结构却比钢筋混凝土结构轻,原因是钢材的强度与密度之比要比混凝土大得多。

  (5)耐腐蚀性差,钢材耐热但不耐火,对钢结构必须注意防护。钢材长期经受100℃辐射热时,强度没有多大变化,具有一定的耐热性能;但温度达到150℃以上时,就必须加以保护。钢材不耐火,重要的结构必须注意采取防火措施。

  该场馆采用多功能技术的复合屋面解决体育馆钢结构特点了屋面雨点噪声问题体育馆钢结构特点,减少对体育馆正常使用的干扰。屋顶采用国内比较罕见的九层复合结构。 国家体育馆以中国“折扇”为设计灵感体育馆钢结构特点,充分体现“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的奥运理念和“节俭办奥运”的原则,注重功能设计、环保设计和美感设计相结合,体现了功能第一、技术第一、满足比赛、遵守规范、节能环保、赛后利用的设计原则。

  据国家体育馆业主单位国奥投资发展有限公司副总经理沈永山介绍,这是中国国内空间跨度最大的双向张弦钢屋架结构体系,它满足了结构设计的三个要素体育馆钢结构特点:1、结合建筑设计的美观要求,2、承载方式安全可靠,3、结构受力体系简洁合理且造价低廉。沈永山说,设计时充分考虑施工的要求。由于结构复杂、技术难度大,钢屋架安装采用纵向张拉后携带双向索进行整体滑移安装技术。高效的、节省工期的施工方法,使屋顶的钢结构一次成型,填补了中国国内空白。在施工中也采用了由第三方对主要受力杠杆,支撑架系统、所有焊缝进行监测,布置和安装健康监测点,提高整个工程在施工过程中的安全性。

  “这不仅保护了环境,更是变废为宝。”国家体育馆业主单位国奥投资发展有限公司副总经理沈永山介绍,国家体育馆根据设计要求要挖深20多米进行地基的浇筑,而地基浇筑后进行回填。以往回填的物质通常都是砂石料,而砂石料又是不可再生资料,国家体育馆需要的数量又非常多,如果这样回填将造成极大的浪费。根据多方面的考察国家体育馆地基尝试采用废钢渣代替传统砂石进行回填取得了成功。

  钢渣是利用首钢炼钢过程中产生的废弃多年、堆积如山的炼钢剩余钢渣,经过加工处理,各项技术指标均符合国家规范要求。国家体育馆使用钢渣回填既满足了施工需要,使35000立方米约8万吨的废料变废为宝,节约工期,贯彻了绿色奥运的精神。

  漫步奥运村的道路是用首钢堆积的废钢渣铺就的,地下室埋深约8米,抗浮水位负1米,需要大容重的材料抗浮压重,要是采用天然砂石料,至少需要8万吨。采用了首钢堆积的300万吨废钢渣,节约了能源。

  通行无碍方便残疾人走进该体育馆,观众席正北侧一片面积超过300平方米的平台.,无论角度还是高度都堪称馆内黄金地段,却没有设立任何座席,是专门为残疾人观众准备的轮椅看台。在国家体育馆,使用轮椅的残疾人朋友可以通过缓坡或者6部残疾人专用电梯直接来到轮椅看台。残疾观众可以坐在自己的轮椅上观看比赛。整个区域约可容纳120名乘坐轮椅的残疾人。

  在清除噪音方面,国家体育馆采用中国国内比较罕见的9层多功能金属复合材料的夹层设计,厚25厘米,由水泥板、玻璃棉、防水层、吸隔声材料组成,并在最外层喷涂吸音材料,最大限度地减少屋外噪音的影响,解决了目大多数体育建筑普遍存在的屋面雨点噪声问题,减少对体育馆正常的干扰。

  场馆四周的玻璃幕墙采用了中空low-E玻璃和金属板组合的形式,全部采用双层玻璃。双层玻璃间的空隙充有氧气,既起到了良好的保温隔热作用,也有效地降低了噪音影响。此外,场馆内的空调和制冷设备也进行了专门的消声减噪设计,最大限度为观众创造一个宁静舒适的观赛环境,即使室外是倾盆大雨,室内也不会听到任何噪音,提高了体育馆的声学设计品质。 2007年11月28日至12月3日,承办2007“好运北京”体操国际邀请赛。

  2008年5月29日,国家体育馆首次进行奥运转场演练。在17个小时里,420多名工作人员把摆满重型器械的体操馆“变”成了手球馆,而这一转场任务被国际体联称为一项艰巨的任务。

  拆卸完体操所用的设备后,工作人员要在预先铺在底下的手球地板上铺设2400平方米的地胶等。国家体育馆场馆副主任力航表示,工作人员虽然长时间工作,但工作有张有弛,能保证体力。总体来说,这个被国际体联看来不可能完成的任务,已经能在可控状态下完成。 奥运会后,国家体育馆将是北京座席最多的室内运动馆,成为能够提供多功能服务的市民活动中心。组织国际国内专业体育赛事和商业性大型体育、文艺表演活动,成为该馆的主导功能。

  2013年1月19日晚7点30分,“2012CCTV体坛风云人物”颁奖盛典在国家体育馆举行。

  2013年1月6日,“ONE DAY”黄韵玲作品群星演唱会在国家体育馆举行。刘若英、那英、罗大佑、齐秦、齐豫、林俊逸6位实力唱前来助阵,与黄韵玲本人一起完美地呈现出这位48岁唱作人的半生积淀。

  2012年12月31日中央电视台《启航2013——元旦晚会》在国家体育馆隆重开场,届时9博体育APP,中央电视台一套、三套、四套及高清频道、外语频道都将从晚上八点开始并机面向全球直播。

  2012年11月29日,据中国之声《新闻晚高峰》报道,由冯小刚导演,根据刘震云的小说《温故1942》改编的同名电影在全国上映,国家体育馆万人观影。

  2014年1月11日,北京国家体育馆又将迎来许多“第一次”体育馆钢结构特点:中国歌迷第一次现场聆听国际巨星Katy Perry演绎《Roar》、《Firework》等动人旋律,林志颖“第一次”公开演唱全新单曲《挚爱》。与此同时,亚洲音乐顽童庾澄庆、华语乐坛时尚先锋李宇春、百变海豚公主张靓颖等众多当红巨星也将倾情加盟,在开年之际带来震撼人心的精彩演出。音乐的澎湃和感性力量,都将在2014年的首场品牌大秀——“启释录”2014英菲尼迪万人盛典上尽情释放。

  2014年3月28日,韩国艺人Rain(郑智薰)在国家体育馆举行北京‘Rain Effect 2014 Showcase‘。在演唱会中他以主打歌《30 Sexy》和《La Song》展现30岁男人的魅力,并且俘获万千少女的芳心。Rain在举行北京演唱会的前一天也出现在深圳的“QQ音乐盛典上”为大家演出,同时Rain也在上海拍摄与刘亦菲合作的电影。

  2015年1月31日,“国民男神”***“峰狂2015” Fans Meeting北京站在国家体育馆举行。何炅做为嘉宾住持,和粉丝们一起分享了***在不同时期的照片和故事。 ***的父母和圈内好友张智尧、乔振宇等到现场观看了演唱会。

  钢结构的容重虽然较大,单与建筑材料相比,它的强度却高很多,因而当承受的荷载和条件相同时,钢结构要比结构轻,便于运输和安装,并可跨越更大的跨度。

  塑性好,使钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。韧性好,则使钢结构对动力荷载的适应性较强。钢材的这些性能对钢结构的安全可靠提供体育馆钢结构特点了充分的保证

  钢材的内部组织比较均匀,非常接近匀质和各向同性体,在一定的应力幅度内几乎是完全弹性的。这些性能和力学计算中的假定比较符合,所以钢结构的计算结果较符合实际的受力情况。

  钢结构由各种型材组成,制作简便。大量的钢结构都在专业化的金属结构制造厂中制造;精确度高。制成的构件运到现场拼装,采用螺栓连接,且结构轻,故施工方便,施工周期短。此外,已建成的钢结构也易于拆卸、加固或改造。

  钢材耐热而不耐高温。随着温度的升高,强度就降低。当周围存在着辐射热,温度在150度以上时,就应采取遮挡措施。如果一旦发生火灾,结构温度达到500度以上时,就可能全部瞬时崩溃。为体育馆钢结构特点了提高钢结构的耐火等级,通常都用混凝土或砖把它包裹起来。

  钢材在潮湿环境中,特别是处于有腐蚀介质的环境中容易锈蚀,必须刷涂料或镀锌,而且在使用期间还应定期维护

  在这实际的三维世界里,任何结构物本质上都是空间性质的,只不过出于简化设计和建造的目的,人们在许多场合把它们分解成一片片平面结构来进行构造和计算。与此同时,无法进行简单分解的真正意义上的空间体系也始终没有停止其自身的发展,而且日益显示出一般平面结构无法比拟的丰富多彩和创造潜力,体现出大自然的美丽和神奇。空间结构的卓越工作性能不仅仅表现在三维受力,而且还由于它们通过合理的曲面形体来有效抵抗外荷载的作用。当跨度增大时,空间结构就愈能显示出它们优异的技术经济性能。事实上,当跨度达到一定程度后,一般平面结构往往已难于成为合理的选择。从国内外工程实践来看,大跨度建筑多数采用各种形式的空间结构体系。

  近二十余年来,各种类型的大跨空间结构在美、日、欧等发达国家发展很快。建筑物的跨度和规模越来越大,目前,尺度达150m以上的超大规模建筑已非个别;结构形式丰富多彩,采用了许多新材料和新技术,发展了许多新的空间结构形式。例如 1975年建成的美国新奥尔良“超级穹顶”(Superdome),直径207m,长期被认为是世界上最大的球面网壳;现在这一地位已被1993年建成夏径为222m的日本福冈体育馆所取代,但后者更著名的特点是它的可开合性:它的球形屋盖由三块可旋转的扇形网壳组成,扇形沿圆周导轨移动,体育馆即可呈全封闭、开启1/3或开启2/3等不同状态。1983年建成的加拿大卡尔加里体育馆采用双曲抛物面索网屋盖,其圆形平面直径135m,它是为1988年冬季奥运会修建的,外形极为美观,迄今仍是世界上最大的索网结构。70年代以来,由于结构使用织物材料的改进,膜结构或索-膜结构(用索加强的膜结构)获得了发展,美国建造了许多规模很大的气承式索-膜结构;1988年东京建成的“后乐园”棒球馆,也采用这种结构技术尤为先进,其近似圆形平面的直径为204m;美国亚特兰大为1996年奥运会修建的“佐治亚穹顶”(Geogia Dome,1992年建成)采用新颖的整体张拉式索一膜结构,其准椭圆形平面的轮廓尺寸达192mX241m。许多宏伟而富有特色的大跨度建筑已成为当地的象征性标志和著名的人文景观。

  由于经济和文化发展的需要,人们还在不断追求覆盖更大的空间,例如有人设想将整个街区、整个广场、甚至整个山谷覆盖起来形成一个可人工控制气候的人聚环境或休闲环境;为了发掘和保护古代陵墓和重要古迹,也有人设想采用超大跨度结构物将其覆盖起来形成封闭的环境。目前某些发达国家正在进行尺度为300m以上的超大跨度空间结构的设计方案探讨。

  可以这样说,大跨空间结构是最近三十多年来发展最快的结构形式。国际《空间结构》杂志主编马考夫斯基(Z.S.Makowski)说:在60年代“空间结构还被认为是一种兴趣但仍属陌生的非传统结构,然而今天已被全世界广泛接受。”从今天来看,大跨度和超大跨度建筑物及作为其核心的空间结构技术的发展状况已成为代表一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

  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。例如,早在20年前美国土木工程学会曾组织了为期 10年的空间结构研究计划,投入经费 1550万美元。同一时期,西德由斯图加特大学主持组织了一个“大跨度空间结构综合研究计划”,每年研究经费100万马克以上。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。国际壳体和空间结构学会(IASS)每年定期举行年会和各种学术交流活动,是目前最受欢迎的著名学术团体之一。

  我国大跨度空间结构的基础原来比较薄弱,但随着国家经济实力的增强和社会发展的需要,近十余年来也取得了比较迅猛的发展。工程实践的数量较多,空间结构的类型和形式逐渐趋向多样化,相应的理论研究和设计技术也逐步完善。以北京亚运会(1990)、哈尔滨冬季亚运会(1996)、上海八运会(1997)的许多体育建筑为代表的一系列大跨空间结构——作为我国建筑科技进步的某种象征在国内外都取得了一定影响。

  种种迹象说明,我国虽然尚是一个发展中国家,但由于国大人多,随着国力的不断增强,要建造更多更大的体育、休闲、展览、航空港、机库等大空间和超大空间建筑物的需求十分旺盛,而且这种需求量在一定程度上可能超过许多发达国家。这是我国空间结构领域面临的巨大机遇。

  但与国际先进水平相比,我国大跨空间结构的发展仍存在一定差距。主要表现在结构形式还比较拘谨,较少大胆创新之作,说明新颖的建筑构思与先进的结构创造之间尚缺乏理想的有机结合,尤其是150m以上的超大跨度空间结构的工程实践还比较少;结构类型相对地集中于网架和网壳结构,悬索结构用得比较少,而一些有巨大前景的新颖结构形式如膜结构和索-膜结构、整体张拉结构、可开合结构等在国外已有不少成功的工程实践,在我国则还处于空白或艰难起步阶段。情况看来是,我国空间结构的发展经过十余年来在较为平坦的草原上的驰骋之后,似乎遇上了一个需要努力跃上的新台阶。这一新台阶包含材料和生产条件等技术问题,也包含尚未很好解决的一些理论问题。为促进我国空间结构进一步的更高层次的发展,有待科技工作者和企业家努力创造条件,以求得这些技术问题和理论问题较快较好地解决。

  大跨空间结构的类型和形式十分丰富多彩,习惯上分为如下这些类型:钢筋混凝土薄壳结构;平板网架结构;网壳结构;悬索结构;膜结构和索-膜结构;近年来国外用的较多的“索穹顶”(Cable Dome)实际上也是一种特殊形式的索-膜结构;混合结构(Hybrid Structure),通常是柔性构件和刚性构件的联合应用。

  在上述各种空间结构类型中,钢筋混凝土薄壁结构在50年代后期及60年代前期在我国有所发展,当时建造过一些中等跨度的球面壳、柱面壳、双曲扁壳和扭壳,在理论研究方面还投入过许多力量,制定了相应的设计规程。但这种结构类型日前应用较少,主要原因可能是施工比较费时费事。平板网架和网壳结构,还包括一些未能单独归类的特殊形式,如折板式网架结构、多平面型网架结构、多层多跨框架式网架结构等,总起来可称为空间网格结构。这类结构在我国发展很快,且持续不衰。悬索结构、膜结构和索-膜结构等柔性体系均以张力来抵抗外荷载的作用,可总称为张力结构。这类结构富有发展前景。下面按这两个大类简要介绍我国空间结构的发展状况。

  网壳结构的出现早于平板网架结构。在国外,传统的肋环型穹顶已有一百多年历史,而第一个平板网架是1940年在德国建造的(采用Mero体系)。中国第一批具有现代意义的网壳是在50和60年代建造的,但数量不多。当时柱面网壳大多采用菱形“联方”网格体系,1956年建成的天津体育馆钢网壳(跨度52m)和l961年同济大学建成的钢筋混凝土网壳(跨度40m)可作为典型代表。球面网壳则主要采用助环型体系,1954年建成的重庆人民礼堂半球形穹顶(跨度46.32m)和1967年建成的郑州体育馆圆形钢屋盖(跨度64m)习能是仅有的两个规模较大的球面网壳。自此以后直到80年代初期,网壳结构在我国没有得到进一步的发展。

  相对而言自第一个平板网架(上海师范学院球类房,31.5mx40.5m)于1964年建成以来,网架结构一直保持较好发展势头。1967年建成的首都体育馆采用斜放正交网架,其矩形平面尺寸为99mx112m,厚6m,采用型钢构件,高强螺栓连接,用钢指标65kg每平米(1kg每平米≈9.8pa)。1973年建成的上海万育馆采用圆形平面的三向网架净架110m,厚6m,采用圆钢管构件和焊接空心球结点,用钢指标47kg每平米。当时平板网架在国内还是全新的结构形式,这两个网架规模都比较大,即使从今天来看仍然具有代表性,因而对工程界产生了很大影响。在当时体育馆建设需求的激励下,国内各高校、研究机构和设计部门对这种新结构投入了许多力量,专业的制作和安装企业也逐渐成长,为这种结构的进一步发展打下了较坚实的基础。改革开放以来的十多年里是我国空间结构快速发展的黄金时期而平板网架结构就自然地处于捷足先登的优先地位。甚至80年代后期北京为迎接1990年亚运会兴建的一批体育建筑中,多数仍采用平板网架结构。在这一时期,网架结构的设计已普遍采用计算机,生产技术也获得很大进步,开始广泛采用装配式的螺栓球结点,大大加快了网架的安装。

  但事物总是存在两个方面。在平板网架结构一枝独秀地加快发展的同时,随着经济和文化建设需求的扩大和人们对建筑欣赏品位的提高,在设计日益增多的各式各样大跨度建筑时,设计者越来越感觉到结构形式的选择余地有限,无法满足日益发展的对建筑功能和建筑造型多样化的要求。这种现实需求对网壳结构、悬索结构等多种空间结构形式的发展起了良好的刺激作用。由于网壳结构与网架结构的生产条件相同,国内已具备现成的基础,因而从80年代后半期起,当相应的理论储备和设计软件等条件初步完备,网壳结构就开始了在新的条件下的快速发展。建造数量逐年增加,各种形式的网壳,包括球面网壳、柱面网壳、鞍形网壳(或扭网壳)、双曲扁网壳和各种异形网壳,以及上述各种网壳的组合形式均得到了应用;还开发了预应力网受、斜拉网壳(用斜拉索加强网壳)等新的结构体系。近几年来建造了一些规模相当宏大的网壳结构。例如1994年建成的天津体育馆采用肋环斜杆型(Schwedler型)双层球面网壳,其圆形平面净跨108m,周边伸出13.5m,网壳厚度3m,采用圆钢管构件和焊接空心球结点,用钢指标55kg每平米。1995年建成的黑龙江省速滑馆用以覆盖400m速滑跑道,其巨大的双层网壳结构由中央柱面壳部分和两端半球壳部分组成,轮廓尺寸86.2mx191.2m,覆盖面积达15000平米,网壳厚度2.1m,采用圆钢管构件和螺栓球结点,用钢指标50kg每平米。1997年刚建成的长春万育馆平面呈桃核形,由肋环型球面网壳切去中央条形部分再拼合而成,体型巨大,如果将外伸支腿计算在内,轮廓尺寸达146mx191.7m,网壳厚度2.8m,其桁架式“网片”的上、下弦和腹杆一律采用方(矩形)钢管,焊接连接,是我国第一个方钢管网壳。这一网壳结构的设计方案是由国外提出的,施工图设计和制作安装由国内完成。

  在网壳结构的应用日益扩大的同时,平板网架结构并未停止其自身的发展。这种目前来看已比较简单的结构有它自己广泛的使用范围,跨度不拘大小;而已近几年在一些重要领域扩大了应用范围。例如在机场维修机库方面,广州白云机场80m机库(199年)、成都机场 140m机库(1995年)、首都机场2Zmx150m机库(1996年)等大型机库都采用平板网架结构。这些三边支承的平板网架规模巨大,且需承受较重的悬挂荷载,常采用较重型的焊接型钢(或钢管)结构,有时需采用三层网架;其单位面积用钢指标可达到一般公用建筑所用网架的一倍或更多。单层工业厂房也是近几年来平板网架获得迅速发展的一个重要领域。为便于灵活安排生产工艺,厂房的柱网尺寸有日益扩大的趋向,这时平板网架结构就成为十分经济适用的理想结构方案。1991年建成的第一汽车制造厂高尔夫轿车安装车间面积近8万平米(189.2mx421.6m),柱网21mx12m,采用焊接球结点网架,用钢指标31kg每平米。该厂房是目前世界上面积最大的平板网架结构。1992年建成的天津无缝钢管厂加工车间面积为6万平米(108m x 564m),柱网36m x 18m,采用螺栓球结点网架,用钢指标32kg每平米,与传统的平面钢桁架方案比较,节省了47%。鉴于这类厂房的巨大圆积,它们确实为平板网架结构的发展提供了广阔的新领域。十分明显,包括网架和网壳在内的空间网格结构是我国近十余年来发展最快,应用最广的空间结构类型。这类结构体系整体刚度好,技术经济指标优越,可提供丰富的建筑造型,因而受到建设者和设计者的喜爱。我国网架企业的蓬勃发展也为这类结构提供了方便的生产条件。据估计,近几年我国每年建造的网架和网壳结构达800万平方米建筑面积,相应钢材用量约20万t。这么大的数字是任何国家无法比拟的,无愧于“网架王国”这一称号,难怪国外有关企业对这一巨大市场垂涎欲滴。

  如此大的发展势头自然也会带采一些问题。与国际水平相比,我国目前网架生产的工艺水平和质量管理水平尚有一定距离。尤其是在市场需求带动下,大量小型网架企业雨后春笋般成立起来,难免良莠不齐,设计也非总由有经验人士担任。因而大力加强行业管理,切实把握住设计制作和安装质量,是促进我国空间结构进一步健康发展的重要课题。

  中国现代悬索结构的发展始于50年代后期和60年代,北京的工育馆和杭州的浙江人民体育馆是当时的两个代表作。北京工育馆建成于1961年,其圆形屋盖采用车辐式双层悬索体系,直径达94m。浙江人民体育馆建成于1967年,其屋盖为椭圆平面,长径80m,短径60m.采用双曲抛物面正交索网结构。

  世界上最早的现代悬索屋盖是美国于1953年建成的Raleigh体育馆,采用以两个斜放的抛物线拱为边缘构件的鞍形正交索网。我国建造的上述两个悬索结构无论从规模大小或技术水平来看在当时都可以说是达到国际上较先进水平的。但此后我国悬索结构的发展停顿了较长一段时间,一直到80年代,由于大跨度建筑的发展而提出的对空间结构形式多样化的要求,这种形式丰富的轻型结构重新引起了人们的热情,工程实践的数量有较大增长,应用形式趋于多样化理论研究也相应地开展起来形势相当喜人。

  柔性的悬索在自然状态下不仅没有刚度,其形状也是不确定的。必须采用敷设重屋面或施加预应力等措施,才能赋予一定的形状,成为在外荷作用下具有必要刚度和形状稳定性的结构。值得称道的是,我国的科技人员在学习和吸收国外先进经验的同时,在结合工程具体条件创造更加符合中国国情的结构应用形式方面做了不少尝试和创新。

  例如,山东省淄博等地把悬索结构应用于中小型屋盖结构中,颇具特色。他们主要采用单层平行索系或伞形辐射索系加钢筋混凝土屋面板的构造方式。施工时先将屋面板挂在索上(使索正好位于板缝中),在板上临时加载使索伸长,然后在板缝中浇灌细石混凝土,待达到一定强度后卸去临时荷载,即形成具有一定预应力的“悬挂薄壳”。这种构造和施工方法不需要复杂的技术和设备,造价也比较低。

  为了提高单层悬索的形状稳定性,在单层平行索系上设置横向加劲梁(或桁架)的办法也是十分有效的。横向加劲构件的作用有二:一是传递可能的集中荷载和局部荷载使之更均匀地分配到各根平行的索上;二是通过下压横向加劲构件的两端到预定位置或通过对索进行张拉使整个体系建立预应力,从而提高屋盖的刚度。从安徽体育馆等几个工程的实践来看这种混合结构体系施工方便,用料经济,是一种成功的创造。

  由一系列承重索和曲率相反的稳定索组成的预应力双层索系,是解决悬索结构形状稳定性的另一种有效形式。其工作机理与预应力索网有类似之处。1966年瑞典工程师Jawerth首先在斯德哥尔摩滑冰馆采用由一对承重索和稳定索组成被称为“索桁架”的专利体系,其后这种平面双层索系在各国获得相当广泛刚用。我国无锡体育馆也采用了这种体系。作为对这种体系的改进,吉林滑冰馆采用了一种新型的空间双层索系,它的承重索与稳定索在不同一阵平面内,而是错开半个柱距,从而创造了新颖的建筑造型,而且很好地解决了矩形平面悬索屋盖通常遇到的屋面排水问题。这一新颖结构参加了1987年在美国举行的国际先进结构展览。

  我国悬索结构发展的另一个特点是在许多工程中运用了各种组合手段。主要的方式是将两个以上预应力索网或悬索体系组合起来,并设置强大的拱或刚架等结构作为中间支承,形成各种形式的组合屋盖结构。例如四川省体育馆和青岛市体育馆的屋盖是由两片索网和作为中间支承的一对钢筋混凝土拱组合起来的。北京朝阳体育馆由两片索网和被称为“索拱体系”的中央支承结构组成。中央索拱体系由两条悬索和两个钢拱组成,本身是一种混合结构,其概念也具有创新意义。采用各种组合式屋盖不仅进一步丰富了建筑造型,而且往往能更好地满足某些建筑功能上的要求,例如为体育馆建筑提供了“最优”的内部空间。单纯从技术经济角度,单片索网或悬索体系可以经济地跨越很大的跨度,本非必须采用中间支承结构。所以,采用组合式屋盖在很多场合毋宁说主要是出于建筑造型和使用功能方面的考虑。从我国这几年的实践效果来看,它在这方面是起到了预期作用的。

  将斜拉体系引用到屋盖结构中来,可形成一系列混合结构形式。这种体系利用由塔柱顶端伸出的斜拉索为屋盖的横跨结构(主梁、桁架、平板网架等)提供了一系列中间弹性支承,使这些横跨结构不需靠增大结构高度和构件截面即能跨越很大的跨度。前面提到的斜拉网壳也属于这类混合结构。

  尽管十余年来悬索结构取得了可喜的发展,但与网架和网壳结构比较其发展相对较慢,分析起来可能有两方面的原因:(1)悬索结构的设计计算理论相对复杂一些,又缺少具有较高商品化程度的实用计算程序,因而难于为一般设计单位普遇采用;(2)尽管悬索结构的施工并不复杂,但一般施工单位对它不够熟悉,更没有形成专业的悬索结构施工队伍,这也影响建设单位和设计单位大胆采用这种结构形式。

  与此同时,同属于张力结构体系、在国外应用很广的膜结构或索-膜结构在我国则处于艰难起步阶段。除了设计理论储备和生产条件方面的原因外,缺少符合建筑要求的国产膜材是一个主要的制约因素。从国外情况看,1970年大阪万国博览会上的美国馆采用气承式膜结构(俗称充气结构),首次使用以聚氯乙烯(PVC)为涂层的玻璃纤维织物,受到广泛注意,其准椭圆平面的轴线m,一般认为是第一个现代意义的大跨度膜结构。70年代初杜邦公司开发出以聚四氟乙烯(PTFE,商品名称Teflon)为涂层的玻璃纤维织物,这种膜材强度高,耐火性、自洁性和耐久性均好,为膜结构的应用起到了积极推动作用。从那时起到1984年,美国建造了一批尺度为138m-235m的体育馆,均采用气承式索-膜结构,取得了极佳的技术经济效果。但这种结构体系也出现了一些问题,主要是田于意外漏气或气压控制系统不稳定而使屋面下瘪,或由于暴风雪天气在屋面形成局部雪兜而热空气融雪系统又效能不足导致屋面下瘪甚至事故。这些问题使人们对气承式膜结构的前途产生怀疑,美国自1985年以后在建造大型体育馆时没有再使用这种结构形式。人们把更多的注意力转到张拉式的膜结构或索-膜结构。但如前面所提,日本在1988年建成的东京后乐园棒球馆仍然采用气承式索-膜结构,不过应用了极为先进的自动控制技术,而且采用双层膜结构,中间可通热空气融雪;中央计算机自动监测风速、雪压、室内气压、膜和索的变形及内力,并自动选择最佳方法来控制室内气压和消除积雪。

  张拉式膜(或索-膜)结构自80年代以来在发达国家获得极大发展。这种体系与索网结构类似,张紧在刚性或柔性边缘构件上,或通过特殊构造支承在若干独立支点上,通过张拉建立预应力,并获得确定形状。1985年建成的沙特阿拉伯利雅得体育场外径288m,其看台挑蓬由24个连在一起的形状相同的单支柱帐篷式膜结构单元组成。每个单元悬挂于中央支柱,外缘通过边缘索张紧在若干独立的锚固装置上,内缘则蹦紧在直径为133m的中央环索上。1993年建成的美国丹佛国际机场候机大厅采用完全封闭的张拉式膜结构平面尺寸305mx67m,由17个连成一排的双支柱帐篷式单元组成,每个长条形的单元由相距45.7m的两根支柱撑起。这两个工程是比较典型的大型张拉式膜结构的例子。另外还有一类骨架支承式膜结构。例如日本秋田县的“天穹”(Sky dome)是一个切去两边的球面穹顶(D=130m),其主要承重结构是一系列平行的格构式钢拱架,蒙以膜材后,用设在两拱中间的钢索向下拉紧,并在屋面上形成V形排水(雪)沟槽。这种骨架是支承式膜结构的例子也是很多的。然而由美国工程师Geiger根据Fuller的张拉集合体(Tensegrity)概念发展起来的所谓“索穹顶”(Cable Dome),也许是近10年来最为脍炙人口的一种新颖张拉体系。Tensegrity原是指由连续的拉杆与分散的压杆组成的自平衡体系,其指导思想是充分发挥杆件的受拉作用。然而严格意义上的Tensegrity体系未能在工程中实现。Geiger进行了适当改造,提出了支承在圆形刚件周边构件上的预应力拉索-压杆体系,索沿辐射方向布置,并利用膜材作为屋面,他称之为“索穹顶”,并首先用于1988年汉城奥运会的两个体育馆工程。美国的Levy进一步发展这种体系,改用联方形拉索网格,使屋面膜单元呈菱形的双曲抛物面形状,并用于1996年亚特兰大奥运会体育馆,其平面呈准椭圆形,尺寸达24lmx192m。这类张拉式索-压杆-膜体系,重量极轻,安装方便,在大跨度和超大跨度建筑中极具应用前景。

  与世界先进水平相比,中国在膜结构方面的差距是十分明显的。几年来在理论研究方面做了不少工作,应该说已建立起一定的理论储备。在膜结构应用方面近年来也开始呈现比较活泼的势头。上海为迎接八运会于1997年建成的体育场其看台挑篷采用钢骨架支承的膜结构,总覆盖面积36100平米,是我国首次在大型建筑上采用膜结构;但所用膜材是进口的,施工安装也由外国公司进行,价格较昂贵。值得指出的是,中国已出现了专门从事膜结构制作与安装的企业,他们已兴建了几个较小型的膜结构。国产膜材的质量也正在改进。各种迹象表明,膜结构这一族富有潜力的大跨空间结构新成员在我国的发展已露出桅尖。

  (1)空间结构的应用是同相应的理论研究同步发展的。应该说我们在空间结构理论研究大面做了许多工作。主要研究内容偏重于静力作用下的结构性状和分析方法,以满足一般设计工作的要求为主要目标。这些研究为我国空间结构的发展提供了基本的理论支持。早期的工作偏重于以连续化理论为基础的各种解析方法的研究,例如平板网架的拟板解法、网壳的拟壳解法;悬索结构在荷载作用下要产生较大位移,因而计算中应考虑几何非线性,当时发展了一系列适用于不同形式悬索结构的考虑大位移的解析方法。在一段时期内,当计算机尚未广泛运用于结构计算以前,各种解析方法曾对空间结构的发展起过重要作用,但解析方法终究有其局限性,它们具有不同程度的近似性,而且往往仅适用于某些特定的结构形式。

  从结构力学的角度来看,框架结构是将一榀一榀的平面框架纵向联系起来形成的结构体系,而空间结构则无法明确的拆分成一个个的平面结构来进行分析,必须用三维方法进行分析计算。例如网架结构、悬索结构、膜结构等等。薄壳结构是空间结构的一种。

  近年来我国的空间结构,诸如网架、悬索、网壳、薄壳、折板、薄壁结构以及各种形式的杂交空间结构和组合空间结构都获得了迅速发展,并在体育馆、车站、展览厅、礼堂、影剧院、飞机库、俱乐部、会议厅、食堂、工业厂房、仓库等建筑中得到了广泛的应用。

  钢材强度较高,弹性模量也高。与混凝土和木材相比,其密度与屈服强度的比值相对较低,因而在同样受力条件下钢结构的构件截面小,自重轻,便于运输和安装,适于跨度大,高度高,承载重的结构。

  适于承受冲击和动力荷载,具有良好的抗震性能。钢材内部组织结构均匀,近于各向同性匀质体。钢结构的实际工作性能比较符合计算理论。所以钢结构可靠性高。

  钢结构构件便于在工厂制造、工地拼装。工厂机械化制造钢结构构件成品精度高、生产效率高、工地拼装速度快、工期短。钢结构是工业化程度最高的一种结构。

  由于焊接结构可以做到完全密封,可以作成气密性,水密性均很好的高压容器,大型油池,压力管道等。

  屋面系统是由屋架、结构OSB面板、防水层、轻型屋面瓦(金属或沥青瓦)及相关连接件组成的。迈特建筑轻钢结构的屋面,外观可以有多种组合。材料也有多种。在保障了防水这一技术的前提下,外观有了许多的选择方案。

  轻钢结构住宅的墙体主要由墙架柱、墙顶梁、墙底梁、墙体支撑、墙板和连接件组成。建筑轻钢结构住宅一般将内横墙作为结构的承重墙,墙柱为C形轻钢构件,其壁厚根据所受的荷载而定。

  通常为0.84~2毫米,墙柱间距一般为400~600毫米, 建筑轻钢结构住宅这种墙体结构布置方式,可有效承受并可靠传递竖向荷载,且布置方便。

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