大跨度空间结构设计的要点探析

贾林毅+徐余

摘要：建筑行业的迅速发展及施工技术的不断成熟，使得建筑形式越来越多样化和复杂化，传统建筑结构已经无法满足现阶段公共建筑建设需求，大跨度空间结构已经成为主要建设方向。与一般建筑结构相比，大跨度空间结构具有施工难度高、施工工艺复杂、危险因素较多等特点，为了提高大跨度空间结构的稳定性及安全性，确保建筑建设质量，就需要加大对大跨度空间结构设计研究力度，加强施工控制，文章结合工程实例，对此进行了分析。

关键词：大跨度空间结构；设计要点；施工控制

引言

大跨度空间结构是指横向跨度超过60m的建筑结构，常用于体育场馆、火车站、博物馆等大型公共建筑物中，是以钢结构为基础发展而来的一种新型建筑结构，已经得到了广泛应用。大跨度空间结构设计质量是衡量一个国家建筑行业发展水平的重要指标之一，与发达国家相比，我国对大跨度空间结构的研究及应用起步较晚，处于落后地位，为了加快我国建筑行业的发展步伐，就需要提高对大跨度空间结构研究及应用的重视力度。

1大跨度空间结构类型

根据大跨度空间结构形式的不同，可以将其分为壳体结构、网架结构、悬索结构、膜结构等几种，不同形式的大跨度空间结构都有着自身特点。壳体结构呈曲面性网格状，可以根据建筑结构应力特性对曲面形状进行调整设计，覆盖面积可大可小，适用于多种形式大跨度建筑。网架结构主要分为骨架结构和围护结构，两者的作用分别是承载建筑结构重力各分割建筑空间，网架结构应力传输路线清晰明了，整体载荷会均摊到所有结构部件上，具有较强的抗震性性能，结构安装比较方便，结构部件可定性批量生产。悬索结构是以组成材料为高强钢丝的悬索作为承重构件，设计而成的一种大跨度空间结构形式，结构中不会出现弯矩和剪力效应，只需确定最为合适的悬索布置方向和层数即可，悬索强度较高，结构布置方便、灵活，可以空余更多的建筑空间，被广泛应用于多种建筑设计中。

2大跨度空间结构关设计要点

虽然大跨度空间结构类型众多，但是每一种形式结构的设计要点都基本相同，所以，要想确保大跨度建筑物的施工质量，就需要从大跨度空间结构设计要点出发，提高设计方案的科学性及合理性。

2.1大跨度空间结构计算。大跨度空间结构计算是进行结构设计的首要工作。在对建筑结构进行计算时，可以借助计算机技术构建结构模型，保证模型构件连接与实际工程构造连接方式的一致性，确保模型计算结果的准确性，大跨度空间结构设计提供可靠资料。同时，将多向地震作用效应引入到模型中，以保证上部结构和下部结构之间的协同性为基本原则，对整体结构进行全面分析，结合结构的受力情况以及抗震需求，计算结构中的重要构件及节点的应力情况。同时，应该在保证结构强度及稳定性满足工程要求的基础上，尽可能的简化下部结构。此外，在对结构整体应力情况进行分析、计算的时候，还需要将实际施工过程中可能出现的特殊应力考虑在内，对特殊构件设定一个应力变化范围，保证构件所承受的载荷不超过设定范围的最大值，避免出現结构变形甚至是断裂现象。在对大跨度空间结构模型进行计算的时候，需要选用精准度较高的计算方法，当前应用比较广泛的计算方法主要包括多向地震反应谱法、时程分析法、多向随机振动分析法等几种。

2.2大跨度空间结构布置。结构布置是影响大跨度空间结构应力及稳定性的主要因素，要想保证设计方案的科学性，就必须对其进行合理设置。保证结构质量及刚度分布的均衡性，是确保结构稳定性的基础，在设计上部结构和下部结构的时候，应该明确结构传力路径，优先选择空间传力体系，并以结构中轴线为参照，使两侧建筑构件能够呈对称状分布。

2.3大跨度空间结构防震缝设计。防震缝是大跨度空间结构设计中必须考虑的内容，在提高建筑抗震性能方面起到了重要作用。在对大跨度空间结构防震缝宽度进行规定时，是将下部支撑结构为框架形成的抗震墙进行考虑的，要求防震缝宽度至少为150mm。但是，在实际设计过程中，该标准经常无法满足大跨度空间结构防震需求，所以一般需要以结构在建防震要求范围内，两侧结构的极限相对位移为依据，科学设置防震缝宽度。如果建筑结构比较规则，可以将多遇地震下的最大相对变形值与不小于3的放大系数相乘，将两者的乘积作为最小防震缝宽度。

3大跨度空间结构设计实例

某建筑工程结构横向跨度为76m，总建筑面积为23482㎡，框架抗震等级为二级，属于大跨度建筑。在对混凝土结构及钢材结构进行分析后，决定采用大跨度空间钢结构，既可以保证结构具有较强我稳定性和防震性能，又可以节省建筑材料，提升建筑空间的利用率。设计人员结合建筑特点构建了结构模型，并使用先进的计算方法，对结构的整体应力情况及抗震性能进行了分析，决定采用空间传力体系及轻型屋面系统，在薄弱部位做好反震加固处理。同时，以二级震防设置标准下，两侧结构发生位移的最大差值为标准，设置结构防震缝。施工结果表明，大跨度空间结构具有较强的稳定性和抗震能力，并且还有效降低了工程成本。

4结束语

基于建筑需求的不断提高，以大跨度空间结构为基础建设完成的建筑变得越来越普遍，在提高我国建筑行业施工水平，促进建筑行业良好发展方面发挥了重要作用。通过对大跨度空间结构设计要点进行分析，可以为该建筑技术的科学、合理应用提供理论依据，具有一定的借鉴和参考价值。