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浅议大跨度结构方案审核

发布于:2024-08-01 10:50:01 来自:建筑结构/钢结构工程

来源:钢结构

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作者:木子青见

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大跨度结构,顾名思义,是指跨越空间而无需中间支撑的结构体系,它们如同自然界的桥梁,连接着两岸的未知与可能。从古老的罗马万神庙到现代的北京鸟巢体育馆,从轻盈的悬索桥到壮观的穹顶建筑,大跨度结构以其独特的魅力和无限的潜力,不断刷新着人类对于建筑美学的认知与想象。

然而,大跨度结构的设计与实施并非易事,它要求设计师们不仅要具备深厚的理论基础和丰富的实践经验,更要有敢于突破常规、勇于创新的勇气与智慧。每一个方案的提出,都是对材料性能、力学原理、施工技术乃至环境保护等多方面的综合考量与平衡。在这个过程中,任何一个小小的疏忽或错误,都可能导致整个项目的失败,甚至对公共安全造成不可估量的影响。

因此,大跨度结构方案的审核工作显得尤为重要。它不仅是对设计方案本身合理性与可行性的严格把关,更是对设计团队专业能力与责任心的全面检验。在这个过程中,我们需要以结构工程师严谨的视角,审视方案的每一个细节,从结构的稳定性、安全性、经济性到美观性、可持续性等多个维度进行综合评估与优化。

0 1      
可行性论证      

  • 大跨度结构的方案需结合建筑适用、经济合理、安全可靠、施工可行、工期可控等方面进行比选(至少两个可行方案)
  • 针对不同的跨度可选混凝土、钢结构、钢骨混凝土、预应力混凝土等方案比选
  • 各种方案结构适用情况,适用跨度及高跨比

0      
一般要求      


  • 挠度/裂缝控制标准是否合理(需关注是否过渡设计,比如裂缝宽度是否可适当放松),钢结构较多情况是挠度/刚度控制截面,可以通过起拱解决。特别是悬挑结构是否应组合风荷载,应与设计协商
  • 起拱要求不能直接按照设计总说明,对于大跨度结构应有单独的要求(比如单跨跨中、悬挑端)
  • 大跨混凝土屋面建议采用结构找坡方式减小结构自身荷载
  • 关注关键节点合理性,比如施工便捷(涉及钢骨应注意与纵筋连接做法)、概念清晰(传力直接合理、预应力束的线形、加劲肋的设置、钢筋锚固合理)、经济合理(多方案比选)
  • 关键构件加强(混凝土适当加大跨中底筋,悬挑面筋,保证节点有效;钢结构适当降低应力比;预应力适当加大普通钢筋比例)、次要构件优化(注意次梁的支座是否与假定相符,截面尽量优化减小自重)
  • 舒适度分析,自振频率及加速度是否满足规范限值要求

   


0             预应力方案审核要点            

  • 预应力方案的经济跨度
             
             
  • 预应力张拉尽量在加强板处,柱宽尽量比梁宽各边大20cm以上,方便后期张拉
  • 预应力筋的布设方案及范围
    • xx小学运动场连续跨主梁预应力线形可通过降低矢高,可减小配筋
    • xx中学单跨报告厅主梁预应力线形采用较高矢高导致柱配筋过大,针对单跨可考虑直线型+抛物线形布置
    • xx音乐厅大跨度屋盖环梁直线型预应力方式不合理,后优化调整
  • 预应力度设置是否合理,普通钢筋是否超配?
  • 预应力作用是否回代计算,单跨结构应注意适当加大柱纵筋

 
0       4      
        钢骨混凝土方案审核要点    

  • 确认钢骨方案是否必选项,主要是对抗弯和抗剪能力的提高,但钢骨施工对工期影响较大
              xx幼儿园仅有部分转换结构考虑了钢骨做法,在施工阶段优化钢骨,缩短工期接近10天,且优化费用约20w
  • 钢骨混凝土方案的经济跨度,钢骨截面尺寸、钢板的厚度合理性(越厚越贵,尤其是>40mm后需要Z向性能)
  • 钢骨截面宜设计为窄翼缘,保证梁纵筋尽可能少的与翼缘连接,方便现场施工
  • 节点表达是否详尽,应考虑各种不同类型的节点做法,比如梁柱节点、悬挑做法、转换梁柱节点、梁梁节点等
              有项目因为偷懒未考虑罗列不同节点做法,导致后面深化工作不明确、预算阶段算量遗漏引起结算争议
  • 梁柱两端不能皆为套筒连接,可考虑一端套筒一端连接板,否则将导致现场深化超量

 
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            钢结构方案审核要点        

  • 钢结构方案的经济跨度(根据不同跨度选用合理的结构形式,比如实腹梁、平面桁架、空间桁架、网架等形式)
  • 连接节点是否合理并与计算假定相符(支座节点做法及主次构件的节点做法),传力直接、连接有效
  • 大跨梁/桁架平面外应设置次梁或是其他措施保证平面外的刚度/稳定
  • 大跨钢结构应对整体进行屈曲分析,满足规范对于屈曲因子的要求
  • 大跨钢结构应关注施工阶段的安装方案,避免安装阶段的稳定失效

     
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            预应力/钢骨梁/钢结构比选          

  • 在承载力方面,由于型钢混凝土梁截面配钢(筋)率上限值相比预应力混凝土梁(配筋率一般按普通钢筋抗拉强度设计值换算)有所增加,其抗弯承载力大于预应力混凝土梁;另外,型钢混凝土梁的型钢腹板参与抗剪计算,抗剪承载力一般也大于预应力混凝土梁。

  • 在控制挠度方面,型钢混凝土梁刚度计算时考虑型钢作用,由于型钢配钢率较大,弹性模量约为混凝土的7倍,可大幅度提高梁的抗弯刚度,减小跨中挠度。预应力混凝土梁由于预应力筋对受拉区混凝土的预压作用,使得更多受压区混凝土参与梁的抗弯刚度计算,提高梁的刚度。另外,预应力筋张拉反拱作用能有效降低梁的等效弯矩作用,进而减小跨中挠度,其效率比型混凝土梁更高。

  • 在裂缝控制方面,型钢混凝土梁由于配钢(筋)率较大,相同荷载条件下,受拉区型钢和钢筋拉应力则会减小,进而减小梁受拉区混凝土拉应变和裂缝宽度;预应力混凝土梁直接给预拉区的混凝土施加压应力,进而减小混凝土拉应变和裂缝宽度。相比而言,预应力混凝土梁对于减小梁的裂缝宽度更加直接有效。

  • 在构造和施工方面,钢结构施工较为简单,且为装配安装方式,对工期有较大优势;型钢混凝土梁中型钢与钢筋混合配制,施工吊装、节点连接、混凝土浇捣受到一定影响,另外,梁端如果刚接,需要在柱中同样埋入型钢。预应力混凝土施工时预应力筋需要焊接定位支架、铺放波纹管、预应力穿束,待混凝土强度达标时进行张拉、灌浆和封锚,需要张拉锚固设备,张拉端施工时应预留张拉空间。二者施工工艺均较普通混凝土梁复杂,相比而言,缓粘结预应力混凝土梁在施工工序、施工质量方面更具优势。

  • 在抗震性能方面,钢结构优于型钢混凝土梁优于预应力混凝土梁。

  • 在造价方面,钢结构费用最高且后期维护繁琐,型钢混凝土梁材料费、施工措施费稍高,加之与型钢混凝土梁连接的柱内也需配置型钢,综合造价较高。预应力混凝土结构成本最低。

  • 综上,当大跨度混凝土梁设计的主要目标为减轻自重、控制挠度和裂缝时,相比而言,预应力混凝土梁更具优势。对于承载力需求大、抗震要求高的大跨度混凝土梁,如转换梁或9度区的框架梁等,建议采用型钢混凝土梁。跨度上有更大要求且平面较为规整的结构可采用钢结构屋面做法。



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  大跨度结构设计案例          

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    2024-08-08 08:25:08

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