空間鋼結(jié)構(gòu)概述

隨著中國(guó)鋼產(chǎn)量消費(fèi)的不斷增加，其中以鋼網(wǎng)架及網(wǎng)殼為代表的空間網(wǎng)格得以迅速發(fā)展，現(xiàn)每年竣工網(wǎng)架結(jié)構(gòu)工程在1000萬(wàn)平方米以上。

從2008年看到奧運(yùn)那美輪美奐的會(huì)館鳥(niǎo)巢，我對(duì)鋼結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)就充滿了好奇，在武漢看到了世界城、楚河漢秀、名流會(huì)所、雨潤(rùn)廣場(chǎng)、輕軌車站、長(zhǎng)江大學(xué)、武漢火車站等空間鋼結(jié)構(gòu)工程，對(duì)空間鋼結(jié)構(gòu)的好奇促使我來(lái)到了名流會(huì)所的建造者——湖北弘毅建筑裝飾有限公司，在相關(guān)技術(shù)人員的指導(dǎo)下，我對(duì)空間鋼結(jié)構(gòu)有了初步的認(rèn)識(shí)。

空間鋼結(jié)構(gòu)指結(jié)構(gòu)構(gòu)件三向受力大跨度、形式復(fù)雜，采用特殊結(jié)構(gòu)解決傳統(tǒng)的梁、柱構(gòu)件受力的問(wèn)題。

主要分為網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、管桁架結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)等類型。

空間結(jié)構(gòu)能適應(yīng)不同跨度、不同支承條件的各種建筑要求。形狀上也能適應(yīng)正方形、矩形、多邊形、圓形、扇形、三角形以及由此組合而成的各種形狀的建筑平面，同時(shí)，又有建筑造型輕巧、美觀、便于建筑處理；主要用于車站、飛機(jī)場(chǎng)、體育館等大型公共建筑。

針對(duì)空間鋼結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、多樣性，優(yōu)化各種結(jié)構(gòu)的連接方式，并對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬分析，且根據(jù)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。弘毅鋼構(gòu)公司采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的XSTEEL軟件進(jìn)行整體建模，在鋼構(gòu)件加工前，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模深化，使之直觀易懂，讓作業(yè)人員充分了解結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，這樣操作起來(lái)就更加清楚明了了。

《空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計(jì)算與分析》內(nèi)容簡(jiǎn)介：ANSYS作為最為通用和有效的大型商業(yè)化有限元軟件，在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，成為我國(guó)空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域科學(xué)研究和工程應(yīng)用的主要工具之一。《空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計(jì)算與分析》通過(guò)8章內(nèi)容系統(tǒng)介紹ANSYS中參數(shù)化分析語(yǔ)言APDL及其在空間鋼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的應(yīng)用。工程實(shí)例涉及空間結(jié)構(gòu)領(lǐng)域最為活躍的兩類結(jié)構(gòu)——網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)與網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、近幾年應(yīng)用比較廣泛的新型空間結(jié)構(gòu)——弦支穹頂結(jié)構(gòu)及其工程設(shè)計(jì)比較關(guān)注的溫度場(chǎng)分析等內(nèi)容。另外《空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計(jì)算與分析》結(jié)合近年來(lái)ANSYS的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)ANSYS的應(yīng)用技巧。在內(nèi)容上安排由淺入深，兼顧到初學(xué)者、一般使用者以及科研和工程高級(jí)分析人員的實(shí)際需要。

《空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計(jì)算與分析》適合土木、力學(xué)、建筑等相關(guān)專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)使用，并且可作為高?；蚱渌嚓P(guān)CAE培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的參考教材。另外《空間鋼結(jié)構(gòu)APDL參數(shù)化計(jì)算與分析》特別適合希望利用ANSYS的APDL語(yǔ)言進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的讀者。

大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法適用范圍

《大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法》適用于雙向結(jié)構(gòu)跨度均不大于333米的大跨馬鞍型鋼結(jié)構(gòu)工程的支撐卸載施工，其他結(jié)構(gòu)體系的空間大跨度結(jié)構(gòu)卸載施工可參考執(zhí)行。

大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法工藝原理

《大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法》的工藝原理敘述如下：

通過(guò)卸載仿真對(duì)比計(jì)算分析，確定分圈同步、分階段整體同步的卸載步驟和由外向內(nèi)的卸載順序；采取控制支撐點(diǎn)接觸面摩擦系數(shù)措施以減小水平力作用；以計(jì)算機(jī)控制支撐反力、位移的集群液壓千斤頂同步卸載系統(tǒng)為核心。實(shí)現(xiàn)卸載指令、卸載操作的自動(dòng)化和集成化，輔以結(jié)構(gòu)應(yīng)力、變形等監(jiān)測(cè)工作以確保卸載安全順利進(jìn)行。

大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法施工工藝

• 工藝流程

《大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法》的支撐卸載工藝流程如圖1。

卸載時(shí)，為保證指令傳遞、信息反饋迅速、準(zhǔn)確無(wú)誤，應(yīng)建立以總指揮為核心、以作業(yè)層為指令對(duì)象的組織機(jī)構(gòu)，其指令及信息傳遞流程如圖2。

• 操作要點(diǎn)

《大跨度馬鞍型空間鋼結(jié)構(gòu)支撐卸載工法》的操作要點(diǎn)如下：

一、卸載仿真計(jì)算、卸載方案及操作手冊(cè)編制

1.卸載前，應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)通過(guò)仿真分析對(duì)卸載步驟和順序進(jìn)行優(yōu)化比選，最后確定卸載步驟和順序以及卸載過(guò)程中的變形、應(yīng)力控制點(diǎn)作為卸載位移和頂升力控制的依據(jù)。

2.根據(jù)分析結(jié)果編制卸載專項(xiàng)方案和卸載操作程序手冊(cè)，并據(jù)此對(duì)施工隊(duì)進(jìn)行全面的技術(shù)交底及培訓(xùn)工作，確保卸載工作的順利進(jìn)行。

二、卸載系統(tǒng)安裝調(diào)試

1.卸載設(shè)備地面單機(jī)調(diào)試。

2.卸載設(shè)備高空分區(qū)調(diào)試。

3.卸載系統(tǒng)全面調(diào)試：卸載前，應(yīng)對(duì)卸載系統(tǒng)進(jìn)行空載聯(lián)調(diào)和負(fù)載聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，檢驗(yàn)液壓千斤頂卸載系統(tǒng)的可靠性。實(shí)現(xiàn)對(duì)卸載操作人員的演練，檢驗(yàn)卸載方案和卸載組織管理的可行性、總結(jié)卸載組織管理過(guò)程中的不足之處，確保卸載過(guò)程的零風(fēng)險(xiǎn)。

三、卸載點(diǎn)水平位移消除

大開(kāi)口馬鞍型鋼結(jié)構(gòu)體系卸載時(shí)其卸載點(diǎn)的水平位移是相對(duì)較大的，該水平位移作用于液壓千斤頂則表現(xiàn)較大的側(cè)向力，其數(shù)值均超過(guò)液壓千斤頂?shù)目箓?cè)向力的能力。因此，必須采取措施最大限度地消除卸載點(diǎn)水平位移。

為消除卸載點(diǎn)水平位移，一般采取以下措施：

1.卸載時(shí)每個(gè)卸點(diǎn)應(yīng)采取支撐墊塊（片）與液壓千斤頂交替作用的方式進(jìn)行卸載。

2.通過(guò)加鋼斜楔子措施，使液壓千斤頂與結(jié)構(gòu)本體接觸面由斜面接觸改為平面接觸，并在鋼斜楔子與液壓千斤頂之間墊不銹鋼鋼板并抹潤(rùn)滑油，最大限度地減小接觸面的摩擦力，如圖3所示。

3.選擇帶可旋轉(zhuǎn)鞍座的液壓千斤頂，使卸載設(shè)備本身具有較強(qiáng)的抗側(cè)向力的能力，可旋轉(zhuǎn)鞍座如圖4所示。

四、卸載實(shí)施程序

卸載前，先將每一步的卸載量和計(jì)算頂升力要求輸入系統(tǒng)，然后按照確定的卸載步驟操作，每一卸載步進(jìn)行卸載結(jié)構(gòu)和支撐系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)和信息處理，以確定所完成卸載步是否正常、是否進(jìn)行下一步卸載。如所完成卸載步正常則按照既定程序進(jìn)行下一步卸載，如所完成卸載步異常則進(jìn)行卸載方案優(yōu)化并按照優(yōu)化卸載方案進(jìn)行下一步卸載。

卸載指令傳遞到卸載操作中心后，每一卸載步的指令傳遞程序如下：

1.當(dāng)卸載系統(tǒng)為全自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先由中央控制器向區(qū)域控制器發(fā)出欲執(zhí)行的卸載指令信號(hào)，然后所有區(qū)域控制器檢查所轄區(qū)域泵站和千斤頂工作正常后發(fā)出確認(rèn)信號(hào)，最后中央控制器向泵站和千斤頂發(fā)出卸載指令、進(jìn)行卸載操作。

2.當(dāng)卸載系統(tǒng)為非全自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，首先由中央控制器向區(qū)域控制器發(fā)出欲執(zhí)行的卸載指令信號(hào)，然后所有區(qū)域控制器檢查所轄區(qū)域泵站和千斤頂工作正常后發(fā)出確認(rèn)信號(hào)并油泵操作員按照卸載指令信號(hào)扳動(dòng)換向閥，最后中央控制器向泵站和千斤頂發(fā)出卸載指令，進(jìn)行卸載操作。

五、卸載過(guò)程監(jiān)測(cè)

卸載過(guò)程中應(yīng)設(shè)置支撐系統(tǒng)應(yīng)力及變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)本體應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)本體溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)卸載變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等全方位、全過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)卸載過(guò)程的信息化施工。

六、卸載應(yīng)急預(yù)案

對(duì)于卸載過(guò)程中各種突發(fā)事件，宜按表1確定對(duì)應(yīng)處理措施進(jìn)行處理。

參考資料：

構(gòu)件應(yīng)力水平是決定結(jié)構(gòu)安全的最重要因素之一。在我國(guó)，大量早期空間鋼結(jié)構(gòu)已服役數(shù)十年，現(xiàn)代大跨空間鋼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房和大型體育場(chǎng)館等標(biāo)志性社會(huì)公共建筑,監(jiān)測(cè)在役空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際應(yīng)力（而非相對(duì)變化量）用于結(jié)構(gòu)安全評(píng)估已成為一項(xiàng)迫切而重要的科學(xué)與工程任務(wù)。然而，目前常用的應(yīng)力/應(yīng)變監(jiān)測(cè)方法（如電阻式、振弦式、光纖式應(yīng)變儀或振動(dòng)頻率法）都無(wú)法或難以實(shí)現(xiàn)在役空間鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目擬基于鐵磁材料的磁彈效應(yīng)，應(yīng)用智能磁電層合材料作為信號(hào)檢測(cè)元件，通過(guò)理論分析、數(shù)值模擬、實(shí)驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等方法，研究在役空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件（鋼索、鋼棒、鋼管、型鋼、鋼板等）在拉、壓、彎、剪、扭及其組合受力下的應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法與裝置，探索旁路式多磁極磁路設(shè)計(jì)、最佳勵(lì)磁工作區(qū)間選擇、溫度補(bǔ)償及磁隙影響控制等關(guān)鍵問(wèn)題的有效解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)在役空間鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力的實(shí)時(shí)在線無(wú)損監(jiān)測(cè)，為空間鋼結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)。