超大跨度空间钢结构设计的发展趋势及现状
袁斌
【期刊名称】《《建材与装饰》》
【年(卷),期】2019(000)033
【总页数】2页(P101-102)
【关键词】超大跨度空间结构
【作者】袁斌
【作者单位】云南省设计院集团有限公司云南昆明 650000
【正文语种】中文
【中图分类】TU393.3
0 引言
超大跨度空间结构的设计能力是综合衡量一个国家建筑与制造科学技术水平的重要标准。

随着社会的飞速发展，我们对空间结构的使用提出的更大需求就是不断增大结构的跨度，向超大跨度结构发展。

似乎“超大跨度时代”已悄然来临。

在世界范围内，超大跨度空间结构技术的研究开发和工程应用，特别是新型超大跨度结构的三维空间结构体系，引起了人们的极大关注。

近年来，中国大跨度空间结构的技术水平超速发展，但与欧美国家相比仍存较大差距，最大表现在于缺乏结构创新与建筑理念的有机结合。

1 超大跨度空间钢结构是结构设计最有力的表现舞台[2]
林同彦先生在他的《结构的概念与体系》一书中指出，判断结构系统优缺点的标准是：是否要充分发挥材料的强度；是否妥善处理基础反应；建筑结构是否安全和经济；结构跨度是否足够大，建筑空间与结构空间能否协调一致；建筑与结构体系的艺术价值如何结合[4]。

细细体味我们发现这几个方面是根据建筑的三个要素（适
用性，坚定性和美感）准确地总结出来的。

随着建筑技术的发展，这些原则仍然具有相当普遍的适用性。

钢材是一种均质的高强度建筑材料，具有优异的可塑性、超高的韧性和优异的可焊性；同时，钢结构构件可高度工业化，可在工厂批量预制现场快速组装，施工精度高，质量稳定，施工周期短，能较快发挥投资的经济效益。

同时钢结构构件易于运输，易于在偏远地区和恶劣的环境条件下使用；钢结构施工也可根据需要灵活改造，扩建和拆除，是一种可持续发展和可重复利用的绿色建筑材料。

由于其优越的性能，钢结构在近百年来得到了充分发展和大量应用。

在各种大跨度结构设计系统中，它几乎总是不可或缺的主角。

在应用的初始阶段，主要采用由梁，框架和拱形结构形成的二维平面结构[2]。

这些二维结构的结构计算、分析、建造和安装相对简单，
水平构件只起到了传递分层荷载的作用，不能主要分担水平作用（如风，地震作用）荷载，因此平面结构仅适用于布局简单、跨度小的建构筑物。

由于空间结构体系的使用可以有效地克服平面体系的上述弱点，随着建筑形式的复杂化和多样性，建筑结构的跨度不断加大，各种各样的三维空间结构受力体系应运而生。

空间结构的内力是三维传递的，主要由多面内力和轴向力组成，具有清晰的三维特征[1]；分布上呈较均匀的连续变化，并且空间结构是以整个结构形体抵抗受力，
结构的内力分散传递较快。

随着理论分析的完善、施工安装技术的突破与创新、高强新型特种钢材的不断涌现，超大跨度空间钢结构必将迎来高速发展的时机，将来必会展现更多受力安全合理、造型新颖、跨度意想不到的建筑结构精品。

2 超大跨度空间钢结构的分类及现状
（1）分类：超大跨度钢结构是近20年来最活跃的结构体系，可分为刚性和柔性
两类。

①刚性结构体系：大跨度空间钢结构刚体系统（可分为桁架、网架与网壳、预应力网架网壳、预应力桁架结构等）结构设计分析理论与计算机设计软件很成熟并已广泛使用。

②柔性结构体系：现代大跨度空间钢结构柔性结构体系（索膜、索穹结构、张拉结构等）的结构设计分析理论和计算机设计软件已逐步成熟，已打破国外垄断基本可以满足设计需求。

（2）工程实践：我国超大跨度空间钢结构的发展经历了从传统的桁架、网架网壳、索结构体系，发展到新型组合和混合结构体系如张弦梁、弦支穹、预应力空间体系（预应力钢索加桁架、网架、网壳）[1]；最后扩展到张力结构体系，并从重盖系
统向超轻、超大跨度系统过渡，由刚变柔发展[1]，由二维向多维组合形式发展的
大趋势。

大量的工程实践成功案例，使结构体系具有自身的特点，形成了空间结构向多方向发展的态势[3]。

如昆明医学院体育馆屋盖采用双辐面张弦网壳，跨度达
到75m。

3 超大跨度空间钢结构基本安装方法
超大跨度空间结构常见的安装施工方法与传统方法一致，大概总结为：散装、提升顶升、吊装（整体或局部）、以及滑移等[1]。

最近几年已走上以上多种方式组合
施工的混合模式。

如：首钢水城钢铁混匀料场大棚（内弦跨度116m）施工采用整体滑移+高空散装结合局部分块提升吊装的方式，快速满足了业主方在线生产的需求。

新型结构形式的出现也促进了空间钢结构安装和建造新技术的发展。

合理选择施工技术对空间结构的安全，稳定和高效成形起着至关重要的作用。

近年来，随着一些著名的国家工程（如奥运会，世博会）新技术的应用，大大提高了钢结构建筑
的劳动生产率，并慢慢推动了建筑向高科技发展的方向发展。

施工技术的不断创新使得空间结构的受力状态在施工期间变得特别复杂，今后有必要对超大空间钢结构进行全过程力学特性进行施工仿真模拟分析。

4 超大跨空间钢结构的发展趋势
参考国内外空间钢结构的发展历史，简单描述超大跨度空间钢结构的发展趋势如下：
①跨度从大跨度发展到超大跨度。

②从单一结构体系到混合结构体系。

混合结构集合了各种单体结构的优点，最大化提高结构材料的机械特性和经济性，可组合成各种多变的结构形式，因此已被广泛应用于现代超大空间结构中。

如：首钢水城钢铁综合料场设计（结构内弦跨度
240m，采用三层预应力索空间网架）。

可以预测混合结构系统将是未来超大跨度空间钢结构中使用最广泛的结构体系。

③随着功能需求的增加，对更轻型的柔性大变形结构提出了新的要求。

④施工过程的多样多变，以及精细化程度不断在提高。

⑤在空间结构中应用超高强度新材料，轻质高强度铝合金，高强度钛合金和改进的木钢体系。

材料的进步将极大地推动工程技术的进步。

5 小结
超大跨度空间钢结构已向超大型、超轻型、可变方向发展。

与设计理论的发展相比，工程建设理论和技术的发展相对缓慢。

传统建筑组织和管理与施工技术的缓慢发展，在一定程度上制约了现代结构工程向高科技的发展。

随着超大跨空间钢结构的快速发展，传统的施工方式方法必将面临巨大挑战。

结构的最终性能与施工方法和步骤密切相关，因此施工也需要融入设计过程。

“土木施工已不是结构设计的终结，而必将变为设计的一个步骤”[2]。

而结构跨度越大，对施工安装缺陷越为敏感，缺
陷过大时，将会对结构安全造成很大的威胁，而要满足在线生产（如滑移结构、开合、行走等结构形式）的加工安装精度均达到很高的技术要求，否则将给结构的正
常使用带来极大不确定性。

因此，结构与施工一体化趋势明显，今后对施工全过程的综合仿真一体化设计将提出越来越多的要求[2]，需降低复杂性，提高精细化。

综合仿真设计施工一体化必将成为超大跨度空间结构设计的必由之路。

参考文献
【相关文献】
[1]沈祖炎.空间网格结构论文集.上海：同济大学出版社，1991.
[2]史洪泉.大跨度空间钢结构施工全过程力学分析及考虑施工影响的若干要素研究[D].东南大学，2005.
[3]贺拥军，周绪红，刘永健，等.超大跨度巨型网格结构.建筑科学与工程学报，2005，22（3）：28-29.
[4]林同炎.结构的概念与体系.。