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大跨度结构建筑工程实例范文1
中图分类号 T323 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-（2012）112-0178-02
钢结构管桁架技术已经在国外流行多年，我国建筑业在经历着快速发展的同时，对建筑的屋盖体系逐步重视。在这个基础上，钢结构管桁架技术得到了深入的研究发展和运用。下面我们就对这种设计结构进行探究。
1 管桁架结构的初步认识
随着技术的发展，钢管结构在当今建筑的使用范围上，已经从大型建筑工程范围上扩展到了工业建筑以及民用建筑范围上。例如上海、长春的体育场，成都的机场航站楼、哈尔滨的滑雪场、扬州体育馆、上海洋子港大桥、广州国际会议展览中心以及北京奥运会老山自行车馆等等，在屋盖体系上都选择了钢结构空间管桁架的设计结构。
管桁架依据杆架布置的不同以及受力特征的不同，一般分为平面、空间两种管桁结构。顾名思义，平面管桁结构就是上、下弦以及腹杆全部处于同一平面。这种结构的外部刚度较差。空间管桁结构的上、下弦同腹杆通常处在三角形截面上，这种结构的跨度大，稳定性高，外观通常也比较富有美感。在外支撑不能布置的时候，采用稳定性高的三角形桁架来构建一个跨度大的空间。这种结构方式减少了支撑够件的数量，所以比较经济。
对于管桁架的连接件杆件截面的种类，一般常用的为圆形、正方以及长方形，选择不同图形的截面相应的桁架类型也有所不同：如果连接件截面是圆形，就选择C-C型桁架；如果连接件截面是正方形，就选择R-R型桁架；如果连接件截面是长方形，就选择R-C型桁架。
弦杆的类型决定了桁架的外形，基本上可以分为直线型桁架和曲线型桁架两种。这其中，曲线型桁架可以更好的体现建筑的美观程度，也被最常用于施工过程中。为了在最小的成本支出下获得最佳的建筑效果，在曲线型管桁结构设计过程中，杆件仍然使用直杆形式，将折线近似来替代曲线。
钢管桁架结构的外形优美，经济成本低，受力较其它材料合理，正是这些相对的优势使得钢结构管桁架在建筑中得到了最普遍的使用。大量的建筑工程实践可以证明，钢管结构的运用一方面满足了建筑的基本原则，另一方面也满足了建筑的基本要求，并且与最新的设计理念吻合。
2 空间管桁架结构的发展现状
现代很多大型的建筑均采用钢结构进行构造的，而且伴随着建筑业的不断深化与发展，建筑理念也发生了翻天覆地的变化与创新，在钢结构的应用和实践上，出现了许多类似跨度大、空间形状相对复杂多变的钢结构的建筑。这些新型钢结构建筑的设计，同时也对钢构件的优化与创新提供了基础。近些年我国出现的，比较著名的类似于水立方、国家大剧院以及中央电视台新办公楼等等大型的体育场馆、文化场馆、展览馆等无一例的使用了大跨度、复杂空间钢结构，来充当建筑自身的屋盖结构体系。
如今，建筑水平的科技含金量已经成为了衡量一个国家建筑水平的标准，其中，空间结构技术发展的好坏决定了建筑水平的科技含量。我国的建筑业从未停止过对于大跨度空间结构研究方面的脚步，相应的施工技术也有了质的飞跃。
大跨度空间管桁架在国家重要的场馆建设时，发挥了不可替代的作用。但是，由于在跨度、桁架截面以及规格上的不同，造成建筑相互间壁厚对接、K型节点等方面上或多或少的存在些差异。
3 空间管桁架结构问题的解决
3.1 主管不等壁厚对接问题及办法
大跨度变截面的主管对接口处，是不等壁厚对接问题主常出现的位置。设计单位往往要求所有的主管对接口，在工厂内实行打内坡口并且要求加折板已充当衬垫。但是，大量的内坡口构件应用到施工中会导致工期的延长、难度的增大。而且，由于国内的无缝管制造技术还与国外有一定的差距，必须要采用卷管制作的方法，这就造成了直缝钢管的圆度差异问题。
按照相关的规定，直缝钢管的外径偏差率不能大于或小于0.75%，弯曲度偏差不能大于3.0mm/m。焊接两个构件时，焊件的宽度与厚度不等同，其中，如果焊件的厚度在一侧上存在着4mm以上的差距，那么就要分别在宽度、厚度方向，沿着一侧或者两侧做成斜角，这个斜角的坡度应该控制在小于或等于1：2.5的范围内。此外，可以通过沿着焊件焊接的缝隙的垂直方向添加插筋板，还可以在焊缝位置加上箍圈对焊接构件进行固定。
3.2 K型搭接节点处不可视焊接问题及办法
搭接节点在节点构造上一共可分为间隙、部分搭接以及完全搭接，这些不同结构的节点在设计与施工的过程中，如何搭接就成了最为关键的问题，也会增加内隐藏焊缝的几率。而相关规定并未对这方面的问题有具体的规定。
通常情况下，主管与腹杆的直径比要控制在大于等于0.2、小于等于1的范围内，腹杆之间的搭接量要控制在大于等于25%的范围内。在节点的选择上，要多选择间隙节点替代部分搭接节点，因为间隙节点比部分搭接节点更容易被组装。对于部分搭接节点的隐藏部分一般是不焊接的，只有出现腹杆与主管之间的不平衡系数大于1.5的情况，那么部分搭接节点就必须要进行焊接。搭接节点的选择，要注意搭接管与被搭接管至少要将25%的宽度叠合在一起，最佳的选择是有一般的宽度叠合。另外，对于部分搭接的K型节点，如果主管垂直方向的内力与腹管内力之间存在低于五分之一的差距，那么被搭接杆件的趾部是不需要进行焊接的。
除此之外，搭接节点构件中，圆管外层直径同构件壁的厚度之间的比值不能大于100。K型节点构件的搭接率应该被控制在大于等于25%、小于等于100%的范围内。如果腹杆出现厚度不同的情况，那么在焊接时，要在厚壁管上方搭薄壁管。综上所述，空间管桁架设计时，不只需要考虑杆件以及杆件节点承受力，节点的构造也是很重要的环节，节点的结构设计可以有效地将各个构件联系起来，对于整个建筑设计起到承上启下的关键作用。
3.3 空间管桁架施工的步骤
“先点焊，后全焊”是管桁架施工的主要程序，在桁架施工中如果有搭接节点存在，就一定要事先明确需要焊接的搭接部位，这也侧面要求施工过程中要对各个构件安装的先后进行有效确认，以防因为构件安装顺序的颠倒导致建筑安全隐患。空间管桁架的安装步骤通常是：主管先行安装，接着安装只管，每安装一个只管后，对直管趾部进行焊接，最后进行支管与支管间的焊缝焊接。
3.4 如何进行相贯口补块
一个建筑工程的施工中，从设计到施工整个过程不可能完美，或多或少都会出现一些不足或者误差，特别是在施工过程中人为的失误会加大这些误差出现的几率。这些失误往往会造成相贯口出现缝隙过大问题，需要及时有效地进行查缺补漏。
1）如果桁架同主弦管相贯口间隙长度大于8mm，那么解决方法之一就是彻底替换相贯口，方法之二就是对相贯口周围部分结构进行切割，切割的要求是长椭圆形，长度要大于或者是等于500mm，针对切割的部分进行替换，在替换中应该打坡口焊接。
2）支管相贯口间隙过大，要对支管相贯口的局部构件补块，补块要求是长椭圆形，长度要大于或者是等于300mm，对于焊接的要求同样是坡口焊接。
4 总结
钢结构在建筑领域的作用日趋重要，因为钢结构的自身重量较小而且强度较高，可塑性和柔韧性都较其它材料强，加之钢结构无法比拟的抗震性能，是之成为公认的具有良好性能的结构。钢结构也被应用到了空间结构体系中，尤其是跨度较大，标高较高的大型场馆，空间钢结构管桁架设计做为其屋盖结构发挥着很多的优点，满足了场馆大跨度的要求，而且符合建筑设计的美观实用、经济安全的基本原则。这一设计结构在未来会被更多地运用到实际建筑中去。
参考文献
大跨度结构建筑工程实例范文2
关键字：预应力钢结构 普通钢结构 工程应用
中图分类号：TU394文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着社会与经济的发展，人们对于建筑的要求早已经不仅仅局限于建筑功能上的满足，更对建筑传递出的精神有了更高的追求。在一定程度上，一个城市的建筑水平可以反映出一个城市或者一个国家的经济与技术的发展水平。作为一个城市或者国家大型公共活动的举办场所，大跨度结构建筑通常会以一种标志性建筑的身份出现。
近些年，大跨度建筑是伴随着建筑材料和建筑结构方面的进步而得到迅速发展的，各种新型建筑材料与结构的结合，例如以钢结构为代表的网壳结构、悬索结构，钢材与各种高科技膜材料完美结合的膜结构，使大跨度建筑可以一次次打破结构对于建筑空间的局限，使灵活通透的室内大空间一次次成为现实。
作为重要的建筑材料，钢材在建筑革命中的贡献极大，第一次伦敦世界博览会上出现的水晶宫令世人眼前为之一亮，大而通透的空间使水晶宫成为19世纪英国的建筑奇观之一而存在；巴黎国际博览会上出现的埃菲尔铁塔，同样创造了一个建筑神话，埃菲尔用钢铁制造出一件高耸的艺术品，成为世界建筑史上的一件技术杰作。
预应力钢结构是作为钢结构性能的提升出现的，它的出现弥补了钢材性能上许多不足，从而将钢材的性能在很大程度上做出提高。
二、钢结构
钢结构是将钢材作为主要建筑材料的一种新型建筑结构形式，钢结构与传统的建筑结构相比，在空间的灵活和通透上有着很大的优势，钢结构的优点主要取决于该结构所使用的材料。钢材是现代建筑中常用的建筑材料，与混凝土一样，成为现代建筑的风格标志。能在建筑工程材料中拥有如此地位，是由钢材的特性决定的，钢材的优势具体表现在：
1、同样的荷载承受能力，钢材较其它建筑材料自重轻很多，这在很大程度上减轻了建筑静荷载；
2、与混凝土、石材、木材等材料相比，钢材具有更强的变形能力和更好的整体刚性。建筑结构对于荷载的承受能力存在极限状态——承载力极限状态和正常使用极限状态。我们对建筑结构的要求是建筑需要满足正常使用极限状态，钢材在结构整体刚性的优势，使其成为许多大跨度以及超高层建筑的首选材料；
3、钢材具有很好的匀质性，各向同性，这种特性避免了建筑受材料力学性能上木桶效应的限制。
三、预应力钢结构
预应力钢结构就是将钢结构中部分普通钢材用经过处理后得到的预应力钢材代替，并且结构中其他的构件承载力在一定程度上得到提高。它的原理就是在结构或者是构件受力相对较大的局部，以与之将要受到的荷载方向相反的预应力对钢材事先进行人为处理，从而可以在结构受到荷载作用时，钢材构件可以通过自身材料内部存在的应力与之平衡一部分，使钢结构在合理的变形范围之内可以承受更大的荷载，从而为建筑形式提供更大的可能性。
预应力技术简而言之就是事先使材料经过变形，从而减少其在使用过程中的变形，降低因为材料变形而带来的对于工程的破坏。预应力技术早就存在，只不过在预应力钢结构出现之前没有系统的计算研究，从而未能大范围推广。例如，在古代通过引入预应力，制造出来的雨伞和木桶，都能在强度比较高的情况下得到各自相应的使用功能。
四、预应力钢结构在工程中的应用
预应力钢结构一般都用于大跨度的建筑以及桥梁结构，在具体的工程实例中，预应力钢结构也随着工程技术的进步而有了很大的发展，它在工程中的应用具体为：
1、用于传统的钢结构，优化结构性能。例如预应力网架和预应力网壳等结构中，此类工程的代表为攀枝花市体育馆；
2、通过布置索系来提高结构的稳定性，例如悬索结构中的稳定索与承重索在结构中可以产生出一个反向曲率的索系，通过该索系，使结构在承受不同方向的荷载作用的时候更为容易，从而提高了结构的稳定性和刚度，此类工程的代表案例为北京工人体育馆；
3、用于张拉整体体系之中。该结构体系出现较晚，第一个真正的工程实践是1988年的汉城奥运会的竞技馆。在该结构体系中，预应力为各个但与提供所需的刚度，所以，刚度的增加是与预应力的增大相同步发展的，而预应力则是通过每个单元里面压杆和索件之间内在的压缩和拉伸来得到的；
另外，预应力钢结构在新型结构张力金属膜结构中以及吊挂型的悬索结构中都有广泛的应用。
五、预应力钢结构与普通钢结构之间的对比
钢结构在建筑中大范围应用较预应力钢结构早，但正是由于钢结构自身存在一定物理性能上的局限性，后者才顺势而生，所以预应力钢结构与普通钢结构相比有着自身无可替代的优越性，具体表现为：
1、预应力钢结构能够充分利用钢材的强度，优化钢材在承受荷载时的应力分布状态。钢材虽然具有强度高度特点，但同时在承受越来越大的荷载的同时，由于材料本身的高弹性以及高韧性，钢材会发生很大的变形，这会使钢材的强度得不到有效的利用，例如相同条件下，在允许的变形范围之内，预应力钢结构荷载承受能力是普通钢结构的2~3倍；
2、预应力钢结构与普通钢结构相比可以提供更高的结构稳定性。荷载作用下的预应力结构变形是与结构自身应力方向相反的，所以与普通钢结构相比，在结构自身内部应力得到平衡之前前者所能承受的荷载较后者大出很多，由此可以提高结构的稳定性。预应力的存在还可以优化结构整体的循环应力的特征，从而使钢材本身的疲劳强度大大提高；
3、使建筑自身形成的荷载更小，从而使结构的多项属性得到改善。例如，由于结构自身更为轻巧，在地震时建筑荷载会小很多，因此提高结构的抗震性
4、更为节省材料。预应力钢结构中受弯构件可以通过结构自身预应力将一部分弯矩转换为轴拉力，从而降低弯矩的峰值，使缩小结构构件的截面成为可能，因此相对于普通钢结构，预应力钢结构在钢材的使用上可以更为节省。一般情况下，单次张拉后，预应力钢结构比普通钢结构节省钢材10%~20%，经过多次张拉后，这一数值最多可能达到40%，而采用预应力创新体系结构后，该结构与传统的普通钢结构相比，甚至节省了几十倍的钢材。例如，在1984年建成的天津宁河体育馆中采用预应力钢结构后，省钢率达到11%~12%，而在四川攀枝花体育馆结构中，应为采用了预应力钢结构，整个工程钢材节省率达到了38%之多。
六、结语
由于符合建筑结构和形式的发展趋势，在传统钢结构的基础上实现材料性能上的弥补，预应力钢结构在近些年有了迅速的发展。在当今工程竞标十分激烈的情况下，更好的结构与更低的工程造价对于企业十分重要，所以对于每个建筑项目的结构形式都应当择优。预应力钢结构的发展，使建筑在形式上有了更大的选择空间，同时对于材料的节省，也使该结构成为符合生态建筑的结构形式。
参考文献：
[1] 宋少民,孙凌土木工程材料[M]. 武汉理工大学出版社 2010
[2] 张建荣建筑结构选型[M]. 中国建筑工业出版社 2011
[3]刘丽华,王晓天建筑力学与建筑结构[M]. 中国电力出版社 2008
大跨度结构建筑工程实例范文3
关键词：钢结构；优点；设计；方法
中图分类号：TU318文献标识码：A 文章编号：
一、钢结构的特点
随着社会经济的飞速发展,人们对生活质量的要求也越来越高,在现代建筑工程中钢结构是一种较为新型的建筑结构形式，近期发展迅速，其优势是尤为明显的，其特点主要体现在以下几个方面：
1.钢结构建筑质轻高强。钢结构与混凝土结构相比，质量轻，且强度高，用一个鲜明的例子来形容：对于跨度相同、承受荷载相同的屋架，一个是钢筋混凝土屋架，另一个是钢屋架，则钢屋架的自身质量仅是钢筋混凝土屋架1/3～1/4，从这个例子可以充分看出钢结构质轻高强的特点，基于这个优点，钢结构适合大跨度的建筑使用。
2.钢材的材质均匀，基本符合力学计算的假定。我们在进行力学计算时，首先要假定此刚体是材质均匀、各向同性的，而在钢结构力学计算时，无需假定此条件，因为钢结构的材料本身就满足这个性能，这一点非常难能可贵，优势较为明显。
3.钢材的塑性、韧性好。塑性好，表明材料抵抗静力荷载的能力较强，韧性好，说明材料抵抗动力荷载的能力强，钢材的塑性、韧性均较好，表明钢结构建筑既能抵抗较大的静力荷载又能提抗较大的动力荷载。基于这个特点，钢结构建筑抗震性能较为优越。
4.钢结构构件制作精度高、施工周期短。钢结构的基本构配件均在标准的钢结构厂房进行制作，制作精度可想而知，普通的钢筋混凝土结构构件是无法与其比拟的，施工单位只需从生产钢结构构配件的企业把构件运到施工现场，在现场进行连接，目前主要采用焊接、螺栓连接的方式进行构件组装，这样一来，既提高了结构构件的制作精度，又加快了施工进度，施工周期短。
此外，钢结构工业化程度高、综合效益高、属于无“湿作业”的环保建筑、符合我国提出的可持续发展的结构形式。对于缺点而言，钢结构建筑耐热不耐火，温度达到200℃，钢材会出现“蓝脆”现象，抵抗力下降，钢结构建筑目前造价较高、维护费用较贵等等，这些是钢结构的不利之处，随着社会的发展和技术水平的提高，相信这些缺点会得到逐一解决的。
二、钢结构设计心得
1.判别是否适合钢结构。做结构设计时，要事先结合钢结构的特点以及实际工程造价，看项目是否适合钢结构。
2.建筑的概念设计。概念设计是指不经数值运算，尤其对一些难以作出精确计算的问题，依据结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验数据和工程经验，从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。概念设计对一个工程的整体设计而言，举足轻重，如果不进行事先的概念设计，即便以后的设计计算再精确也不是一个好的设计方案。概念设计可以省掉后期设计的繁琐计算，具有较好的简捷性和经济可靠性，同时也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
3.结构选型与结构布置。进行结构选型时，应考虑不同结构形式的特点进行选择结构布置方案。在工业厂房中，当有较大悬挂荷载或大范围移动荷载时，可以选用钢网架的结构形式；对于基本雪压大的地区，在屋面的处理时尽量选用曲线明显的屋面形式，因为这样利于积雪滑落；建筑设计允许时，在框架中布置支撑会比简单的节点刚接的框架更经济。总之，结构的布置要考虑体系特征、荷载分布情况及性质等综合因素，一般来讲，刚度均匀，力学模型清晰，尽量限制大荷载或移动荷载的作用范围，使其以最直接的路线传给基础，柱间支撑的分布应均匀，其形心要尽可能的靠近侧向力的作用线，否则应考虑结构的扭转，结构的抗侧应有多道防线。
4.节点设计。节点设计是钢结构设计中重要的内容之一。在结构设计前，应当对节点的形式细致思虑。实际设计中，经常出现的一种情况是：节点设计完毕，设计的节点与结构分析所得模型中设定的形式不一致，如果不足以确定这种不一致带来的偏差在允许范围内，通常是5%，就应当提前避免。钢结构节点连接的不同对结构影响较大，例如，有些刚接点即便能承受一定的弯矩，然而其会产生较大转动，与结构分析中的假定相悖，这样会导致实际工程钢结构构件变形大于设计计算数据等不良后果，我们在具体设计时一定要充分注意这一点，避免不必要的误差和麻烦出现。此外，在钢结构设计时还要注意：结构截面的初步估算，主要是梁柱和支撑等的断面形状与尺寸；受弯构件的强度计算和整体稳定计算；轴心受力构件和拉弯、压弯构件的计算；弯扭屈曲与换算长细比；图纸编制；保温隔热；防火设计；防水；抗震设计等方面的问题，由于时间关系，在此不一一列举，这些将是我以后研究的重点和主要分析目标。
三、钢结构在民用建筑上的发展重点
钢结构用于民用建筑，主要发挥它的轻质高强以及良好的塑性和韧性，同时兼顷到其利于产品化、机械化。故钢结构主要用于民用建筑以下几个方面：
1.层民用钢结构。此类型多为大跨度的公共建筑，采用钢结构不但可提供较大空间、较美的造型，还为其改建和扩建提供方便。如单层钢结构的网架不但很容易跨越大空间，而且其经济性、安全性较好，适应性很强，制作、安装方便，设计、计算简便，网壳可设计成风格多变，立体美观的各种大跨度建筑。我国在这方面已有大量工程实例。
2.高层钢结构。高层建筑高度较高，如采用钢筋混凝土结构，不但向上运送混凝土不方便，而且庞大的躯体使得下部地基承受巨大压力，这就迫切需求钢结构这种轻质高强的材料。高层建筑采用钢结构时，构件并不是全部采用钢材，而多为混合结构，即下部可采用钢骨混凝土结构或组合结构，而上部一般都为钢结构。
3.中低层民用建筑。该类型多为民用住宅，层数一般在3 层到10 层之间。我国钢结构在中低层民用建筑，特别是住宅中的应用，目前还处于初步阶段。主要表现在：
（1）住宅产业仍属劳动密集型，住宅科技投入少，标准化体系尚未形成。（2）劳动生产率低，人均年竣工面积长期在20 多平方米徘徊。（3）产业化水平低，仅为15%，与美国、日本的70%~80%相差甚远。（4）住宅部件、产品配套性差，系列化产品不到20%。
综上所述，钢结构建筑是一种优点突出、新型的、环保的、性价比较高的建筑结构形式，这种结构在我国的发展可谓迅速，基于它的诸多优点，受到消费者的普遍欢迎，其设计也变得愈发重要，作为建筑结构设计人员，一定要注意几点：首先别结构形式是否适合钢结构，重视建筑概念设计，注意结构选型和布置，重视节点设计等方面的工作，只有这样，我们才能设计出既经济又可靠的钢结构建筑。
由于笔者能力有限，研究还较为肤浅，有不当之处，还请各位同仁专家给予批评指正，希望通过本文的研究，能为我们的结构设计人员尤其是钢结构设计人员提供一些理论依据和参考，也希望为研究本课题的同行起到抛砖引玉的作用。
参考文献：
[1]钢结构设计规范(GB50017-2003)[M].中国计划出版社.2003.
大跨度结构建筑工程实例范文4
【关键词】钢结构，建筑特点，建筑应用
以钢结构为主体的建筑是现代空间结构发展的主流，随着我国经济的高速发展，各种钢体工程建筑相继建设而成。钢体建筑已成为推动我国建筑行业快速发展的新型坐标。探讨现代钢建筑的特点及应用表现出了重要的意义和价值。
1.钢结构建筑的发展历史
最早在建造房屋中使用钢结构的国家可以追溯到18世纪末的英国，100年后法国工程师埃菲尔建造了著名的铁塔，人们也开始尝试建造钢结构的独户住宅，从此钢结构建筑彻底改变了以往建筑造型的模式，建筑设计的理念与方法亦随之改变。早期的钢结构仅是部分构件、配件用铸铁、熟铁制成，到了19世纪80年代结构型钢的出现加快了钢结构在建筑工程中的发展，使钢结构建筑在20世纪60年代实现了其第二次理论和实践的飞跃与创新的发展。近20年来，钢结构更加广泛地应用于土木工程的公共建筑中，我国目前不仅能生产各种类型的建筑钢材，同时钢材生产的新技术、新工艺、新产品也日益增多，如彩钢压型板、彩钢复合板、彩钢扣板、拱形厂房及彩钢制品等的生产，使建筑结构充满现代化时代气息，实践证明钢结构建筑在我国更具有广阔的发展前景，值得探讨和商榷。
2. 钢结构的种类
2.1 主钢结构钢结构建筑材料中分为轻钢结构和主钢结构两大类。轻钢结构的主要产品是单层大跨度系列,主钢结构系统多为多层重钢结构产品。现代化建筑的大型体育场馆. 车站码头. 大型工业厂房建设中常用的经济适用单跨在20~40m 之间, 钢柱间距在10~20m之间。主钢结构由柱和梁组成。其材料一般采用16m钢为主,也有采用Q235 号钢的,由腹板和翼板拼焊为‘H’型柱和梁。根据跨度荷载的不同, 其主钢结构的腹板厚一般为5~8mm, 翼板厚度一般为9~15mm.
2.2次钢结构.次钢结构主要是指围梁.支撑杆.连接件等。次钢结构是含钢量一般为7~8Kg/.一般的支撑杆件用圆钢作材料,特殊的支撑杆件采用主钢结构的‘H’型钢结构形式。钢结构建筑的围护结构由屋面内、外板,墙面内、外板以及相关的保温材料组成。屋面板和墙面板由0.47~0.6mm 的镀铝锌板压制成型,要求它的屈应力达到550MPa,对保温材料的要求很高,其材料一般由国外进口
3. 钢结构在住宅建筑中应用的优势
3.1是钢结构住宅功能区间布置合理。利用钢材的抗压、抗侧弯强度均比混凝土高的特点，设计可采用大开间布置，使建筑平面能够合理分隔，灵活方便，创造开放式住宅。改变了传统结构中由于材质限制了空间布置的自由，往往出现板厚、梁高、柱大的“飞梁胖柱’现象。从而增大住宅的有效空间，可以提高使用面积率5％一8％，同时增加了建筑物的抗震能力。
3.2是自重轻，施工方便且工期短。采用轻型钢结构体系，比混凝土用量降低50％，房屋整体重量比混凝土建筑重量下降75％。钢结构构件可以实行工厂化生产、现场安装，不需要现场绑扎钢筋，不需要制作模板。楼板现浇混凝土时，不需要临时支撑，这样，可大大地加快施工现场的拼装速度。据统计，同样面积的建筑物，钢结构比混凝土工期可缩短三分之一。对于轻型房屋，钢结构体系的建设周期可比传统结构模式缩短50―70％，可以大大缩短投资资金的占用周期，提高资金的使用效率。
4.钢结构建筑设计与技术表现
4.1钢结构建筑设计的技术表现。建筑形象的构思是一个概念形象的创作过程，是建筑创作的难点之一，也是建筑设计中备受关注的核心问题之一。回顾工业革命以来建筑与科学技术关系的发展，可以明显地发现建筑对技术变革反应的迟滞性，这从一个侧面反映了建筑学在社会文化当中的深层地位，以及建筑学与人的生活方式的密切联系。另外现代方兴未艾的信息革命正在广泛地渗透并涉及社会活动的每个领域，使现代科学思维被融人到建筑设计中，新项目的规划、建筑和景观设计方法发生了巨大的变化。建筑设计的宗旨也从单纯地追求美发展到追求问题的合理解决，从根本上改变了人们以往对建筑的认识和设计方式，并最终影响了人类千百年来形成的传统建筑观，如高技派建筑就是主要代表，以其精致的节点和精细的加工来体现高超的技艺，以更高的工艺水平来设计和“制造”建筑。
4.2钢结构建筑细部设计有较高要求。钢结构建筑设计的复杂化与精致度要求越高，对细部设计的要求也越高。因为细部设计决定一个地方最终是否得到确认及其质量。在现代钢结构建筑中，各种金属结构杆件，连接金属杆件的节点细部，常常暴露在外，使建筑带有强烈的科技感，对钢结构建筑来说细部质量保持较高的设计要求是非常重要的，在钢结构建筑中应受到特别重视。
5.钢结构的一些潜在危险
5.1耐火性能差
钢材本身不燃烧，却不耐高温，其机械性能如屈服点、弹性模量、抗压强度、荷载能力等均会因温度的升高而急剧下降。据理论计算，全负荷钢构失去静态平衡稳定性的临界温度为540摄氏度。而且钢构件由单一材料组成，导热系数大(是混凝土的40倍)，在高温作用下，热量会迅速传导至内部，温升快，科学实验和火灾实例均表明，钢构的耐火时间仅15分钟。
5.2跨度大、空间大，火灾蔓延迅速跨度大、空间大是钢结构建筑的显著特点，而且大部分钢结构建筑无明显有效的防火分隔，门窗多，内部空气流通好，可燃物料多，一旦发生火灾，热辐射强，烟雾浓，燃烧猛烈，在强大热气流的作用下，火势迅速向垂直、水平方向蔓延，形成大面积火灾。
5.3整体连接性强，易变形倒塌钢结构作为承重构件，在火灾状态下，遇高温受热膨胀，强度降低，再遇冷水急剧收缩，脆性增强i
极易失去支撑作用。由于钢结构整体连接性强，只要局部遭到破坏，，就能形成建筑物的整体坍塌和毁灭。
5.4大气腐蚀钢结构的大气腐蚀主要是由空气中的水和氧气等的化学和电化学作用引起的。大气中水汽形成金属表层的电解液层，而空气中的氧溶于其中作为阴极去极剂，二者与钢构件形成了一个基本的腐蚀原电池。当大气腐蚀在钢构件表面形成锈层后，腐蚀产物会影响大气腐蚀的电极反应。
5.5局部腐蚀局部腐蚀是钢结构最常见的破坏形态，主要包括电偶腐蚀、缝隙腐蚀。电偶腐蚀主要发生在钢结构不同金属组合或者连接处，其中电位较负的金属腐蚀速度较大，而电位较正的金属受到保护，两种金属构成了腐蚀原电池。缝隙腐蚀主要在钢结构不同结构件之间、钢构件与非金属之间存在的表面缝隙处，当缝隙宽度窄到可以使得液体在缝内停滞时发生，钢结构的缝隙腐蚀最敏感的缝宽为0．025―0．1mm。
5.6应力腐蚀即在某一特定的介质中，钢结构不受到应力作用时腐蚀甚微，但是受到拉伸应力后，经过一段时间构件会发生突然断裂。由于这种应力腐蚀断裂事先没有明显的征兆，所以往往造成灾难性后果，如桥梁坍塌、管道泄漏、建筑物倒塌等，带来巨大的经济和人员伤亡。
总之，钢结构建筑符合国家的建筑目标，符合可持续发展的战略，并对保护耕地，提高城市建设水平有较大的作用。
参考文献
1、夏天;季李通 轻钢结构的建筑特点及发展现状山西建筑2008(24)
大跨度结构建筑工程实例范文5
关键词：隐伏溶腔；防突岩墙；上限原理；强度折减技术；安全系数；Hoek-Brown准则
中图分类号：TU43 文献标志码：A
文章编号：1674-2974（2017）05-0122-10
Abstract：When the construction of tunnels encounters with the filled Karst cave， the instability of confining rocks normally causes the geological hazards like water or mud inrush. Based on the limit analysis theorem， a calculation method to investigate the stability of confining rocks was proposed. In view of latent filled karst cave existing in the circumferential direction of the tunnel， transformed strength parameters of Hoek-Brown nonlinear failure criterion were obtained by virtue of the generalized tangent technique， and the two-dimensional model was constructed as well. In order to characterize the stability of the confining rocks， safety factor was introduced into the energy dissipation analysis on the basis of upper bound theorem and strength reduction technique. The variations of safety factor with respect to the diverse parameters were then discussed through optimization analysis. The computed results show that the parameters， including thickness of rock plug， pressure in Karst cave， tunnel supporting pressure， diameter of the circular cross section， uniaxial compressive strength， and parameters of Hoek-Brown failure criterion had significant influence on the variations of safety factor. And it is found that the safety factor was insensitive to the change of unit weight of surrounding rock. Moreover， the proposed method was applied to engineering projects， and reasonable results were obtained， which verified the validity of the proposed method.
Key words： latent Karst cave；confining rocks；upper bound theorem；strength reduction technique；safety factor；Hoek-Brown failure criterion
我国卡斯特地貌分布相当广泛，约占全国总面积的11%.随着国家交通基础设施建设的大力发展，修筑于其中的隧道结构也越来越多.由于卡斯特地貌的特殊性质，受到地下水的溶蚀、冲蚀、补给等作用易形成高压富水溶腔.而当隧道穿越其附近时，为确保结构的稳定性和施工的安全性，必须与溶腔体保持一定的距离，以形成防突岩墙结构.否则可能导致隧道掌子面或环向初支的失稳，以至垮塌、突水、涌泥等严重工程事故.
目前，不少学者已对防突岩墙问题开展了卓有成效的研究工作.赖永标[1]基于突变理论提出了防突岩墙安全距离的研究方法，推导了岩墙的突变失稳判据、失稳力学条件和安全距离的计算公式.李利平等[2]将发生裂隙突水的防突岩墙划分为围岩松弛区、安全厚度区和裂隙带区三段，并分别推导了其半解析表达式.Pesendorfer等[3]则根据观测结果得到了岩溶地区深埋隧道的瞬态水压力变化规律.Meguid等[4]则利用弹塑性有限元分析了因碳酸盐层溶解形成的孔洞对隧道衬砌结构的影响.郭佳奇[5]运用Schwarz交替法，计算了隧道与中小尺度隐伏溶腔间的岩层防突厚度，并分析了各因素对安全厚度的影响规律.刘超群等[6]运用线性回归原理研究了影响岩墙安全厚度的因素，并给出了安全距离的3种定量计算方法.
归结来说，当前的研究工作主要集中在防突岩墙安全厚度的计算方面，对于其稳定性的评价涉及较少，而这种情况往往是真实存在的.例如，当遭遇隐伏溶腔时，隧道与溶腔的相对位置是固定的，也就是说岩墙厚度已知[7-8]，这时如何评价现有防突岩墙的稳定性成为解决问题的关键.因此，针对隧道环向存在充填型隐伏溶腔的防突岩墙稳定性问题，基于极限分析原理与强度折减技术，构建防突岩墙的破坏模式，推导岩墙安全系数的计算过程，并根据计算结果分析各个参数对岩墙稳定性的影响.最后将文中方法应用至岩溶隧道工程实例中.计算方法可为今后岩溶隧道的设计与施工提供一定的参考.
1 极限分析广义切线法与强度折减技术
1.1 极限分析上限法
上限法是极限分析原理的组成部分.其显著的优点在于，不论研究对象的几何形状与荷载情况复杂与否，总可以获得一个实用的临界解值.因此，拟用极限分析上限原理来研究隧道周围出现隐伏充填溶腔时的岩墙稳定性问题.上限法[9-11]的基本定义如下：若假设的机动速度场满足位移边界条件，则根据内能耗散与外力功率相等所确定的荷载必定大于或等于极限状态下的实际荷载，其数学表达式为：
1.2 基于Hoek-Brown准则的广义切线技术
适用于岩石的Hoek-Brown非线性破坏准则[12]自提出以来，受到了国内外学者的广泛认可并在诸多工程实践中得到运用[13-14].其表达式为：
由于非线性屈服准则所对应的强度参数不唯一，因此无法将其直接引入上限法的分析过程.为了考虑岩土材料的非线性特性，Yang等[16-18]提出了基于广义切线技术.该技术用应力空间中屈服曲线上的外切线来代替此非线性的强度准则，由此得到可用于上限计算的转换强度参数.切线技术示意图如图1所示.
从图1可观察到，过点M的切线方程所对应的强度均不小于同等应力条件下真实破坏曲线上的相应强度.也就是说，对于服从非线性破坏准则的岩土材料，运用外切线求得的解是真实荷载的一个上限值，这表明了广义切线技术在上限法中的可行性.设过M点的切线方程为：
1.3 极限分析的强度折减技术
强度折减技术最早由Bishop[19]在分析边坡稳定性问题时提出并用于边坡稳定性分析中.他将土体原始的剪切强度参数以比例Fs折减，Fs即为强度折减系数.而当经折减后的强度参数与维持机构平衡所需的最小剪切强度相等时，折减系数即可称之为最小安全系数或安全系数.将与切线方程对应的转化强度参数ct，tanφt进行折减，折减后的剪切强度参数（cF， φF）为：
文中运用折减技术的目的在于将安全系数引入极限分析上限法的功率计算中，并用安全系数的大小来描述防突岩墙的稳定性.当Fs≥1.0时，说明岩墙结构处于稳定或临界状态；而当Fs
2 防突岩墙安全系数求解
对于文中探究的防突岩墙稳定性问题，具体研究思路如下：首先，构建合理的岩墙破坏模式，确定岩墙结构破坏瞬时的内能耗散功率与各外力功率；其次，将转化强度参数按比例Fs折减后代入上限原理的能耗计算中，并根据虚功原理得到包含未知研究变量的目标函数；最后，采用序列二次优化迭代法（SQP）对目标函数进行优化，得到极限状态下防突岩墙的安全系数，从而对岩墙的稳定性做出评价.
2.1 二维破坏模式的构造
对于走线固定的隧道而言，隐伏溶腔的位置和大小可以认为是随机的，需要有所差异的计算模型予以区分.目前，根据隐伏溶腔的相对大小可将防突厚度力学模型划分为两大类：大跨度隐伏溶腔模型与中小跨度隐伏溶腔模型.对于大跨度情况，一般将溶腔和隧道间的岩层简化为梁板结构进行结构受力分析.而中小跨度模型则一般看作为平面应变问题，其研究方法和手段存在一定的差异，包括突变理论[1]、数值模拟[1]、Schwarz交替原理[5]等.本文的研究对象主要是这种中小跨度的隐伏溶腔-隧道组合结构.构建图2所示的防突岩墙二维破坏模式.
从图2的破坏模式看出，随着溶腔出现位置的变化，防突岩墙结构也会随之改变.一般而言，在溶腔充填物产生的压力，即p的作用下，隧道与溶腔之间的围岩发生整体剪切破坏.其破坏速度为vi，方向始终指向隧道断面的圆心，并与竖直方向呈θ角.图2中其它字母的示意为：d表示圆形隧道断面直径；qcr为环向支护压力；H是防突岩墙厚度；L为溶腔充填物压力的作用范围；α则表示岩墙结构所对应的圆周角，和φt一并都是需通过优化确定的未知参数.
由于采用广义切线技术，即通过优化算法将非线性Hoek-Brown准则用一条当前应力状态下的最合理外切线来替代.这种方法本质上是将非线性材料转化为线性的库伦材料.而库伦材料具有一个重要性质，即任何塑性变形必然会伴随体积的增加.反应到破坏模式中，就要求防突岩墙破坏瞬时的速度方向不能与间断线（AB，A′B′）延伸方向一致，而是需要与其呈一定的角度.对于满足关联流动法则的库伦材料，这个角度即为内摩擦角φt.从而，根据几何关系可确定点O′的位置，防突岩墙的几何形状也随之确定.另外值得说明的是，文中假设p均匀垂直分布在溶腔Y构表面，且将计算所需的受力面简化为平面，如图2中的虚线BB′所示.
2.2 能耗计算过程
为根据上限原理构建包含研究变量的目标函数，需分别确定防突岩墙破坏模式中的内能耗散功率和外力功率.岩墙结构体的内能耗散全部产生在AB与A′B′的速度间断线上；而机构中的外力则由作用在溶腔表面的充填物压力、防突岩墙的自重应力和隧道支护结构产生的支护压力三部分组成.
2.2.1 长度与面积关系
根据破坏模式的几何关系可确定所需线段的长度：
2.3 构建目标函数和优化
构建含有研究变量的目标函数，首先需将式（6）～（19）中出现的转化强度参数ct和φt按式（5）进行折减，以将安全系数Fs引入到上限原理的能耗分析过程中；再依据虚功率原理，即外力功率与内能耗散功率相等，可确定含安全系数Fs的目标函数：
3.2.2 参数mi，GSI和D的影响
mi，GSI和D的变化范围取值为：mi=5～40，GSI=5～100，D=0～1.0 m.计算结果见图6.
图6表明，岩墙安全系数随mi，GSI的增加呈曲线变化规律，而对于D大致呈直线型.且当D较大或mi，GSI较小时，各参数对岩墙安全系数的影响强度更明显.此外，比较图5和图6可发现安全系数随mi与σc， GSI与qcr的变化规律依旧相似.
4 工程应用
分别以“宜万铁路”、“忠垫高速”和“恩来高速”中的9座岩溶隧道为例，计算了防突岩墙的安全系数，以验证文中推导方法的有效性.计算中取最不利条件下的隧道参数，结果如表1所示.
由于缺少隧道研究段围岩的Hoek-Brown相关参数，这里直接将c，φ作为转换强度参数进行折减以引入安全系数.此外，根据隧道断面的最大高、宽将断面简化为圆形计算.根据强度折减法的描述，安全系数Fs≥1.0，表明岩墙结构稳定，而Fs
5 结 论
针对隧道环向遭遇充填型隐伏溶腔时的防突岩墙稳定性问题，基于极限分析原理提出了研究思路，构建了岩墙的二维破坏模式，推导了岩墙安的计算过程.并根据计算结果分析各个参数对岩墙稳定性的影响.最后将方法应用至“宜万铁路”、“忠垫高速”和“恩来高速”的岩溶隧道工程实际中.主要结论如下：
1） 岩墙厚度H、溶腔充填物压力p、隧道支护压力qcr、圆形隧道断面直径d、围岩重度γ、单轴抗压强度σci，Hoek-Brown参数mi，GSI和D，对防突岩墙安全系数的变化及趋势都有不同影响.其中，岩墙安全系数对γ的变化响应最不明显.
2） mi和σc，GSI和qcr对岩墙安全系数的影响有相似的规律.
3） 计算结果与工程实例吻合良好，验证了方法的有效性.可为今后岩溶隧道的设计与施工提供参考，对保证岩溶区隧道的安全性和降低工程造价具有一定意义.
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大跨度结构建筑工程实例范文6
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