2012年一级结构工程师大跨度空间钢结构辅导（1）

会计考友

近30年来，各种类型的大跨度空间钢结构在美、日、欧、澳等发达国家发展很快，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人文景观。如2000年的悉尼奥运会场馆、2002年韩日世界杯场馆、2004年雅典奥运会场馆和2006年德国世界杯场馆等都给人留下深刻印象。
我国大跨度空间钢结构原来基础较薄弱，随着国家经济实力的增强和社会发展的需要，近10余年来也取得迅猛发展。特别是2008奥运场馆建设为我国大跨空间钢结构的发展提供了巨大机遇，给我国建筑结构技术提供了一个展现机会，涌现出大量结构新颖、技术先进的建筑。同时也给施工单位带来巨大机遇和挑战。
随着国家游泳中心“水立方”、奥运会主体育场“鸟巢”等体育场馆主体结构的相继完工，其所展现出来的磅礴气势令人折服，充分显示了中国人的聪明才智。纵观这些现代大跨度空间钢结构的设计和施工，具有以下几个主要特点。
结构形式日益多样化和复杂化现代大跨度空间钢结构已不局限于采用传统的单一结构形式，新的结构形式和各种组合结构形式不断涌现。“水立方”采用了基于泡沫理论的多面体空间刚架结构：“鸟巢”采用复杂扭曲空间桁架结构；奥运会羽毛球馆则采用世界跨度最大的弦支穹顶结构；广州国际会展中心采用了张弦桁架结构。
钢板厚度越来越厚由于建筑功能的需要，现代空间钢结构跨度越来越大，短向跨度超百米已屡见不鲜，如“鸟巢”跨度296米，“水立方”跨度177米，广州国际会展中心跨度126.6米，南京奥体中心体育场跨度360米。以致国家超限专家审查委员会专门编制了大跨结构超限审查的规定。这些大跨度空间钢结构采用了大量高强度级别钢材如Q390C、Q420C、Q460E等高强度厚钢板，板厚甚至超过100毫米。
现代预应力技术的大量应用预应力作为一项新技术，得到充分应用，涌现了索穹顶、张拉整体结构和索膜结构等新型结构形式。奥运会羽毛球馆（北京工业大学体育馆）采用了世界跨度最大的弦支穹顶结构；国家体育馆采用了世界跨度最大的双向张弦梁结构。
结构复杂、设计难度越来越大现代空间钢结构大多采用仿生态建筑，为了满足建筑造型，采用了各种各样的节点形式，如铸钢节点、锻钢节点、球铰节点等。构件数量和截面类型越来越多，深化设计难度越来越大。一般而言，这类大型工程都由几万个构件，甚至逾10万个构件组成，并且这些构件的截面形式尺寸和长度均不相同，这样给施工单位放样带来极大困难，对于有些弯扭构件，还需进行专门试验和研究才能完成。