2008年一級結構工程師輔導：大跨度空間鋼結構

　　近30年來，各種類型的大跨度空間鋼結構在美、日、歐、澳等發(fā)達國家發(fā)展很快，其跨度和規(guī)模越來越大，新材料和新技術的應用越來越廣泛，結構形式越來越豐富。許多宏偉而富有特色的大跨度建筑已成為當?shù)氐南笳餍曰驑酥拘匀宋木坝^。如2000年的悉尼奧運會場館、2002年韓日世界杯場館、2004年雅典奧運會場館和2006年德國世界杯場館等都給人留下深刻印象。

　　我國大跨度空間鋼結構原來基礎較薄弱，隨著國家經濟實力的增強和社會發(fā)展的需要，近10余年來也取得迅猛發(fā)展。特別是2008奧運場館建設為我國大跨空間鋼結構的發(fā)展提供了巨大機遇，給我國建筑結構技術提供了一個展現(xiàn)機會，涌現(xiàn)出大量結構新穎、技術先進的建筑。同時也給施工單位帶來巨大機遇和挑戰(zhàn)。

　　隨著國家游泳中心“水立方”、奧運會主體育場“鳥巢”等體育場館主體結構的相繼完工，其所展現(xiàn)出來的磅礴氣勢令人折服，充分顯示了中國人的聰明才智。縱觀這些現(xiàn)代大跨度空間鋼結構的設計和施工，具有以下幾個主要特點。

　　結構形式日益多樣化和復雜化現(xiàn)代大跨度空間鋼結構已不局限于采用傳統(tǒng)的單一結構形式，新的結構形式和各種組合結構形式不斷涌現(xiàn)?！八⒎健辈捎昧嘶谂菽碚摰亩嗝骟w空間剛架結構：“鳥巢”采用復雜扭曲空間桁架結構;奧運會羽毛球館則采用世界跨度最大的弦支穹頂結構;廣州國際會展中心采用了張弦桁架結構。

　　鋼板厚度越來越厚由于建筑功能的需要，現(xiàn)代空間鋼結構跨度越來越大，短向跨度超百米已屢見不鮮，如“鳥巢”跨度296米，“水立方”跨度177米，廣州國際會展中心跨度126.6米，南京奧體中心體育場跨度360米。以致國家超限老師審查委員會專門編制了大跨結構超限審查的規(guī)定。這些大跨度空間鋼結構采用了大量高強度級別鋼材如Q390C、Q420C、Q460E等高強度厚鋼板，板厚甚至超過100毫米。

　　現(xiàn)代預應力技術的大量應用預應力作為一項新技術，得到充分應用，涌現(xiàn)了索穹頂、張拉整體結構和索膜結構等新型結構形式。奧運會羽毛球館(北京工業(yè)大學體育館)采用了世界跨度最大的弦支穹頂結構;國家體育館采用了世界跨度最大的雙向張弦梁結構。

　　結構復雜、設計難度越來越大現(xiàn)代空間鋼結構大多采用仿生態(tài)建筑，為了滿足建筑造型，采用了各種各樣的節(jié)點形式，如鑄鋼節(jié)點、鍛鋼節(jié)點、球鉸節(jié)點等。構件數(shù)量和截面類型越來越多，深化設計難度越來越大。一般而言，這類大型工程都由幾萬個構件，甚至逾10萬個構件組成，并且這些構件的截面形式尺寸和長度均不相同，這樣給施工單位放樣帶來極大困難，對于有些彎扭構件，還需進行專門試驗和研究才能完成。

　　構件加工難度大，加工精度要求高這類工程都屬于國家重點工程，工程質量要求相當高。只有提高構件加工精度，才能滿足質量要求。并且大量焊縫要求一級焊縫標準，給施工帶來極大難度。現(xiàn)場焊接工作量大，施工技術難度高。為保證施工精度，這些工程都需要進行預拼裝，并且現(xiàn)場焊接工作量特別大。由于結構新、跨度大，為了保證經濟、安全，都必須采用先進的施工技術才能順利完成。

　　大跨度空間鋼結構施工中應重點考慮的問題大型空間鋼結構建造過程中施工技術至關重要，合理的施工方案和科學的施工過程分析才能保證結構的安全、經濟。目前一些大型空間鋼結構的施工，已突破傳統(tǒng)意義上的施工方法，而是向多學科、綜合化、高科技領域邁進，給傳統(tǒng)施工技術帶來前所未有的難度和挑戰(zhàn)，需要科研、設計、施工單位共同研究、開發(fā)，創(chuàng)造出新的更加科學的施工技術，來滿足不斷發(fā)展的需要。研究、開發(fā)、創(chuàng)造科學的施工技術時，應著重考慮以下方面問題。

　　CAD設計與CAM制造技術隨著計算機技術、信息化技術和先進數(shù)控設備的應用，空間鋼結構產品需要信息技術、設計技術、制造技術、管理技術的綜合應用，提高生產效率和實現(xiàn)定制化目標，從而提高空間鋼結構產品的創(chuàng)新能力和管理水平。鋼結構CAD設計與CAM制造技術屬于鋼結構輔助制造技術范疇，包括整體三維實體建模，桿件和板材的優(yōu)化下料，鋼管相貫節(jié)點和各類異型節(jié)點的設計、分析、制造等。

　　安裝施工仿真技術隨著工程的不斷大型化，結構施工階段的安全問題日益突出。實際上，有些工程在結構施工過程中的受力狀況完全不同于使用階段，甚至有些工程的結構最不利受力階段出現(xiàn)在施工期間。鋼結構施工安裝仿真技術主要包括五個方面：a.大型構件的吊裝過程仿真;b.施工過程各階段各工況仿真模擬;c.結構安裝的預變形技術，包括構件的起拱與預變位;最終實現(xiàn)結構安裝完成后的正確幾何位置;d.結構構件的預拼裝模擬;e.卸載過程模擬。通過仿真計算分析，能預先充分發(fā)現(xiàn)施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)和重點控制部位，能直觀實現(xiàn)對結構整個施工過程的控制并最終實現(xiàn)正確的形狀尺寸。

　　安裝方法的合理選用所謂選用合理的安裝方法，就是在安全、經濟、適用三方面找到一個最佳平衡點。傳統(tǒng)空間鋼結構的施工方法一般有：高空散裝法、分條或分塊安裝法、高空滑移法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法等?，F(xiàn)代空間鋼結構跨度大、體型復雜，無固定的安裝模式，并且使用大量新材料、新技術，若不對這些單一傳統(tǒng)安裝方法進行革新或創(chuàng)造，就不能順利完成任務，有時甚至很難完成任務。通過大量的工程實踐，涌現(xiàn)出許多具有創(chuàng)新性的施工技術，如高空曲線滑移技術、網殼結構折疊展開式整體提升技術、滑架法施工技術等?，F(xiàn)代空間鋼結構的安裝方法往往是幾種基本方法的巧妙組合或者再創(chuàng)造。同時由于機械設備、計算理論和計算機技術的快速發(fā)展，為鋼結構安裝方法的創(chuàng)新提供了有力支持。

?08年考試規(guī)范、標準: 申報一、二級注冊結構工程師執(zhí)業(yè)資格考試須知.