【文章內(nèi)容簡介】 4m)的圓球網(wǎng)殼，上海臨沂游泳館(72x5258m)的圓柱面網(wǎng)殼以及上?？萍汲遣捎玫臋E球體單層網(wǎng)殼等都是一些大型鋁合金網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼桿件材料選用美國6061—T6型材(相當(dāng)于我國LD30CS鋁材)，結(jié)構(gòu)自重僅為一般網(wǎng)殼的1/3。鋁材的抗拉強度可達(dá)295MPa，屈服強度246MPa。已超過Q235鋼的強度指標(biāo)，但其彈性模量E=104N／mm2，僅為鋼材的1/3，鋁合金材料輕質(zhì)美觀，不易腐蝕、便于加工、耐久性好，因而在國際上已有許多專業(yè)生產(chǎn)公司建成了較多的鋁合金結(jié)構(gòu)。我國天津大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、上海現(xiàn)代設(shè)計集團(tuán)、中國建筑科學(xué)研究院等已開始進(jìn)行基礎(chǔ)性研究和工程實踐，積極進(jìn)行產(chǎn)品研制、開發(fā)。不銹鋼材料(含鉻量12％的鐵基耐蝕合金)是隨著對裝飾與防腐要求的提高而在空間結(jié)構(gòu)中獲得應(yīng)用的，它集裝飾、受力、防腐于一體的特點而受青睞。國產(chǎn)不銹鋼中的OCrl8Ni9，ICrl8Ni9Ti等就是一些常用的不銹鋼材料。天津大學(xué)等高校與一些設(shè)計、研究單位研制成功在普通碳素鋼管筒、封板等零部件采用不銹鋼復(fù)合技術(shù)，開發(fā)出不銹鋼復(fù)合鋼管網(wǎng)架，并進(jìn)行了一些工程實踐。既保持了不銹鋼與普通碳素鋼的優(yōu)點，又大幅度降低了造價，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。膜結(jié)構(gòu)是當(dāng)前我國正在興起的一種空間結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用較多的是張力膜結(jié)構(gòu)。這是一種以玻璃纖維織物或聚酯纖維織物為基層，以聚四氟乙烯或PVC為涂層的膜材與不同類型的支承體系間的組合，而其支承體系可為索一支柱或索一桿結(jié)構(gòu),它們常在膜材獲得預(yù)應(yīng)力后協(xié)同工作。支承體系也可采用桿系結(jié)構(gòu)，如空間桁架，網(wǎng)殼等，即剛性骨架支承張力膜結(jié)構(gòu)。因此膜結(jié)構(gòu)的支承體系仍屬各類空間鋼結(jié)構(gòu)的范疇。在膜結(jié)構(gòu)興起的同時也必然為空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)用與發(fā)展提供了更廣闊的空間，上海8萬人體育場、虹口體育場、廣州新白云機(jī)場航站樓候機(jī)大廳和南京會展中心等工程所采用的膜結(jié)構(gòu)其支承體系都是一些不同形式的空間鋼結(jié)構(gòu)。，57個膜體單元就支承在沿徑向、環(huán)向布置的空間鋼桁架上。，結(jié)構(gòu)內(nèi)、外層設(shè)張力膜，形成了一個別具風(fēng)格的展覽主廳。浙江大學(xué)新校區(qū)訓(xùn)練館(45m150m)所采用的膜結(jié)構(gòu)也是以空間鋼結(jié)構(gòu)為其支承骨架(用鋼量23kg/m2)。近年來計算技術(shù)已經(jīng)有了長足的進(jìn)步，許多單位也研制開發(fā)了商品化專用設(shè)計程序，它們都是建立在理論研究與大量工程實踐的基礎(chǔ)上而推向市場的。浙大空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件MSTCAD，同濟(jì)大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)CAD軟件3D3S，上海交大空間設(shè)計系統(tǒng)SSCAD，中國建筑科學(xué)研究院空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)分析設(shè)計軟件MSGS，廣廈鋼結(jié)構(gòu)CAD系統(tǒng)，天津空間網(wǎng)架工程公司TJWJ909，海軍設(shè)計研究院GBSCAD、STSCAD以及北京云光建筑設(shè)計咨詢開發(fā)中心SFCAD等都是一些具有影響的大跨鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件。它們一般具有完善的前后處理功能，可在微機(jī)上進(jìn)行復(fù)雜的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計。有的軟件除用于空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)外，也可用于索、桿、梁體系的設(shè)計分析。這些程序的推出為大跨空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了有效手段，也為大跨空間鋼結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。其中不少軟件曾在國內(nèi)許多大型空間鋼結(jié)構(gòu)工程的設(shè)計中發(fā)揮了重要作用。它們大多具有友好操作界面，在功能上可以包括空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的三維建模、靜動力分析、桿件優(yōu)化設(shè)計、自動生成結(jié)構(gòu)平立面圖、桿件布置圖、節(jié)點詳圖、材料表及節(jié)點零部件加工圖。有的還可進(jìn)行非線性穩(wěn)定分析，與下部支承結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的分析等。隨著研究的深入，在功能上將更趨完善；涵蓋面會不斷擴(kuò)展。各種類型的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)在美、日、歐等發(fā)達(dá)國家發(fā)展較快。建筑物的跨度和規(guī)模越來越大，跨度超過150m以上的超大規(guī)模建筑已非個別；結(jié)構(gòu)形式豐富多彩，采用許多新材料和新技術(shù)，發(fā)展了許多新的空間結(jié)構(gòu)形式。例如1961年美國建成的匹茲堡會堂，是第一座開合結(jié)構(gòu)，直徑達(dá)127m。1983年建成的加拿大卡可里加體育館采用雙曲拋物面索網(wǎng)屋蓋，其圓形平面直徑135m，外形極為美觀，迄今仍是世界上最大的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。美國亞特蘭大為1996年奧運會修建的佐治亞穹頂（1992年建成）采用新穎的整體張拉式索膜結(jié)構(gòu)，其準(zhǔn)橢圓形平面的輪廓尺寸達(dá)192241m。1993年日本建成直徑達(dá)222m的福岡體育館，它的屋蓋由三塊可旋轉(zhuǎn)的扇形網(wǎng)架組成，扇形沿圓周導(dǎo)軌移動，可實現(xiàn)全封閉、開啟1/3或開啟2/3等不同狀態(tài)。英國倫敦于1999年建成的千喜穹頂，跨度達(dá)300m。這些宏偉而富有特色的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)已成為當(dāng)?shù)氐南笳餍詷?biāo)志和著名的人文景觀。我國的空間鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)比較薄弱，但隨著國家經(jīng)濟(jì)實力的增強和社會發(fā)展的需要，大跨工業(yè)廠房、候機(jī)大廳、會展中心、劇院、體育場館等大型工業(yè)、公共建筑不斷涌現(xiàn)，空間鋼結(jié)構(gòu)得到了前所未有的飛速發(fā)展，并且獲得了廣泛的應(yīng)用。從起初的平面桁架、平板網(wǎng)架、單層網(wǎng)架到現(xiàn)在的空間立體桁架、多層網(wǎng)架、各種網(wǎng)殼等等，特別是現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力技術(shù)的引入，使大跨空間鋼結(jié)構(gòu)體形更為豐富，也使其先進(jìn)性、合理性、經(jīng)濟(jì)性得到了充分展示。于是懸索體系、索拱、索網(wǎng)體系、張弦梁、張弦桁架體系、索膜體系、整體張拉體系等一大批新的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)運而生。第3章 大跨度鋼結(jié)構(gòu)選型所考慮的因素隨著社會的進(jìn)步，人們需要更大的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行公共活動。中國為2008年奧運會修建的國家體育場和游泳中心，跨度都在200米以上?？梢哉f正是由于人們對大空間結(jié)構(gòu)的需求，引起了各種不同大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式的出現(xiàn)。不同的大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式適用于不同的跨度。一般的一種大跨空間鋼結(jié)構(gòu)形式都有其比較適應(yīng)的跨度區(qū)間，超過該區(qū)間其結(jié)構(gòu)空間性能及剛度合適性就會變劣，例如對單層球面網(wǎng)殼，最適合的跨度約為30米至60米；對單層索網(wǎng)體系，最適合的跨度約為50米至100米。因此，在大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型中，跨度是結(jié)構(gòu)空間性能及剛度合適性最重要的組成部分之一。大跨空間鋼結(jié)構(gòu)是一種典型的空間受力的結(jié)構(gòu)形式，具有不宜分解為平面結(jié)構(gòu)體系的三維形體，具有三維受力特性，在荷載作用下呈空間工作的結(jié)構(gòu)。因此對大跨空間鋼結(jié)構(gòu)來說除了跨度因素影響外，另一向的長度對整體結(jié)構(gòu)的影響也不容忽視。因此本文把寬度作為影響大跨空間鋼結(jié)構(gòu)選型的另一重要因素。建筑的根本任務(wù)在于構(gòu)筑空間——能夠服務(wù)于人的空間。建筑的成果—建筑物具有功能、技術(shù)和藝術(shù)綜合特征。大跨空間鋼結(jié)構(gòu)建筑是由建筑師根據(jù)不同的功能（包括物質(zhì)功能和精神功能