钢结构住宅加强钢结构体系住宅成套技术研究.doc

钢结构住宅加强钢结构体系住宅成套技术研究ZT住宅产业化是我国住宅业发展的必由之路，住宅产业将成为推动我国经济发展新的增长点。而住宅产业化的前提是具备与住宅产业化相配套的新技术、新材料和新体系。如新型的墙体及楼板材料，新的结构体系等。钢结构体系住宅易于实现工业化生产，标准化制作，而与之相配套的墙体材料可以采用节能、环保的新型材料；钢结构建筑属绿色环保型建筑，可再生重复利用，符合可持续发展的战略。因此，钢结构体系住宅成套技术的研究成果必将大大促进住宅产业化的快速发展，而且该成套技术是住宅产业化的核心技术之一，其研究成果的水平直接影响着我国住宅产业的发展水平和发展前途。 我国年钢产量已高达12亿吨，而钢材在建筑钢结构中的使用量却极少，所占比例不到1，距发达国家相差十几倍甚至二十几倍。国家建设部及国家冶金工业局成立了建筑用钢领导小组，其主要任务就是促进在建筑上用钢的比例。因此，钢结构建筑，尤其是占建筑比例较大的钢结构住宅建筑是我国重点发展的对象。国务院72号文件也特别提到了钢结构体系住宅的发展。钢结构具有重量轻、抗震性能好、工业化生产程度高和施工速度快等重要优点。虽然我国将钢结构已经用于高层、超高层建筑、轻钢厂房以及大跨度的空间结构中，并且制订了相应的规范、标准，但在住宅建筑中还极少甚至可以说还没有完整的钢结构体系住宅，属国内空白，没有相应标准。因此，经济合理、安全可*的钢结构体系还没有进行系统的研究，例如对不同层数和高度的住宅应采用不同的结构形式，是采用纯钢框架或支撑框架，还是采用钢框架加混凝土剪力墙以及钢骨混凝土结构或钢管混凝土结构，其钢构件的截面型式是采用热轧H型钢，还是采用焊接H型钢，还是采用箱型截面更合理等等。结合住宅的可改造性，灵活分隔的特性，加强采用巨型结构加子结构，主结构构件与非主结构构件相结合可以拆移重新组装的结构体系的研究也十分必要。研究钢结构新的防火措施，研制并应用耐火钢也具有重要的经济和社会效益。新型的节能墙体材料可在我国目前现有的产品基础上进行技术改造，提高技术含量，生产出高品质的墙体板材，现场施工便捷，施工质量易于保证。楼板型式应是与钢结构体系相配套的研究内容。然因各国的情况不同，在节能环保型钢结构体系住宅的发展途径和方式各有所不同，在欧洲及美国，该住宅主要用于多层结构，因为其高层住宅较少。而在日本由于地震的经常发生，故而大量采用这种结构体系的住宅。据悉，台湾大地震调查结果表明，在强地震带附近凡是没有倒塌的建筑几乎全部是钢结构建筑，因此在新建的住宅及其他建筑中几乎全部是钢结构方案。从住宅建筑的发展来看，钢结构住宅具有以下技术优势：1比起传统的结构，可以更好的满足建筑上大开间、灵活分隔的要求，并可以提高使用面积率58。2与钢结构配套技术的轻质墙板、复合楼板等采用新型材料，符合节能建筑的要求。3钢结构构件及其配套技术相应部件绝大部分可以实现工厂化制做、产品化。4钢结构住宅体系可以实现住宅建筑技术集成化的产业化新思路。5钢结构住宅体系工业化生产程度高，现场湿作业少，符合环保建筑的要求。6钢结构体系自重轻（约为混凝土结构的一半），可以大大减少基础的造价。7钢结构体系施工周期短（约为混凝土结构的13至12），可以大大缩短投资资金的占有周期，可以大大提高资金的投资效益。8钢结构体系住宅直接造价略高于混凝土结构，但其综合效益却明显高于传统的住宅体系。经过对国内外该领域研究成果的查询及调研，我国目前虽然还没有完全成熟的成套技术及产品，但却有相当好的基础，而且经过技术引进和改造完全可以在较短的时间内建立起具有技术创新的成套技术和产品。由于过去缺乏技术引导，市场需求没有达到产业化程度，因此目前的相关产品功能性单一，工业化程度还不够高，产品质量还不能满足住宅产业化的标准。目前该技术零散而不系统，技术水平及标准参差不齐，不配套，需进一步研究创新并进行整合。钢结构体系住宅成套技术以新产品和新技术两种形式产出。新产品需在具备良好生产条件能满足需求技术水平的指定企业进行生产，由少量试生产到规模批量生产，形成完整的质量保证体系，确保质量的稳定性。新技术在试验研究的基础上，经过专家论证，并交施工企业联合探讨实施过程中的技术措施和技术保障，以及质量管理体系的建立，从而使该技术在实际使用条件下具有很好的可*性。虽然我国目前还没有钢结构体系住宅专门的技术规范，但可以参考已有的钢结构设计规程、高层民用建筑钢结构设计规程、建筑防火设计规程、住宅建筑设计规范等。节能、环保型钢结构体系住宅成套技术从主体结构体系到围护结构体系都应进行具有创新意义的研究开发，其研究成果将填补国内空白。具有绿色建筑美誉的钢结构，其材料可再生利用性、可改造性为我国实施可持续发展战略提供了很好的条件。节能环保型的墙体材料将开辟我国墙体改革的崭新一页。为了有利于钢结构体系住宅开发，应具体从以下几个方面进行研究开发：1首先要研究开发并设计出经济合理的，具有广泛推广价值的钢结构体系。2创立与钢结构体系相配套的产品及技术体系，如内外墙板产品系列、楼板系列及防火材料和防火技术措施体系。3建立企业的钢结构体系住宅成套技术标准。4形成符合企业标准的钢结构体系住宅成套产品的定点生产企业及厂家网络，按照不同的技术要求及产品标准安排相关企业进行生产。由于该技术产品最适用于规模生产，为住宅产业化提供技术条件，但是由于其技术产品的转化又依赖于住宅产业化的程度，所以该技术将伴随着我国住宅产业的发展而越来越显示其重要的价值。彩板门窗钢塑共挤复合门窗不锈钢门窗保温效果好为使我国的钢门窗产品质量进一步提高，从而进一步提高北京乃至全国的建筑整体质量，为建筑业出更多的优质工程而作出门窗行业的应有贡献。中国建筑金属结构协会钢门窗委员会于近日召开新型节能保温门窗推广会，会议强调下一步我国将大力推广节能、环保型建筑钢门窗。我国建筑用门窗是多品种、多系列、多种开启形式为一体的门窗产品，其用量可称世界之最。但是任何一种材质的门窗都要紧紧围绕两个大的方向来考虑：一是资源配置，二是建筑节能。以上两个方面同样可以给我国的钢门窗进行产品定位。彩板门窗是建设部、经贸委、国家质量监督局、建材局四部委联合颁发的295号文件中明文推广的具有节能、保温、隔音的产品之一。使用中空玻璃的彩板保温门窗，传热系数K值3.5W/(milk)，完全符合北京地区和我国大部地区的保温要求。彩板门窗的空气渗透值是0.5m3mh，这是因为无论开启形式是推拉窗，还是平开窗的密封材料都是橡胶条密封，所以能达到如此好的密封性能。彩板门窗的防雨水渗漏性能也比其它铝、塑门窗高出50pa。彩板门窗15年不褪色，而且有多种颜色可与建筑物外墙相匹配。彩板门窗的基材是冷轧镀锌钢板，并在大型钢铁厂生产而成，所以它具有钢的高强度，可以做大洞口尺寸用门窗，而且既可民用也可用于公共建筑。彩板建筑材料早已在全世界各地广泛应用。入关前日本、韩国、澳大利亚均看好中国大陆市场。钢塑共挤复合门窗是钢窗的一部分，也是国家295号文件所推广的产品。其刚性高，门窗的组装工艺采用了许多彩板门窗的组装工艺，与彩板门窗一样可以上高层，可以解决防雷击问题。其仿木纹门窗近似木材做的门窗，更使人们有回归大自然的感觉。不锈钢门窗是我国20世纪90年代发展起来的新型门窗。因为不锈钢材料是合金钢种，其导热系数y值为16w/mK。而碳钢y值为58.2w/mK，铝材y值为203w/mK。所以同样结构的不锈钢门窗的保温性能高于普通碳钢和铝门窗的保温性能。 新型钢屋面更快、更省、更强随着科学技术的进步和应用水平的提高，在建筑领域内应运而生了许多新技术、新产品，拱型彩色钢屋面是建筑屋面技术发展的典型代表。这种新型彩色钢屋面最明显的特征有四种：更快移动式工厂，边制作边施工，1000m2屋面仅用2天就可制作完工；更新该新技术将塑性力学与屋面结构力学完美地结合起来，用在40米以下跨度的建筑上；更强该新技术所建造的新型彩钢屋面整体成形，经加工硬化处理后的屋面机械性能大幅提高；更省该新型彩钢屋面技术，无梁无檩、无对接缝、自重轻、表面经镀锌有机材料覆盖处理，可永久免维护，大大降低整体工程造价。经业内权威人士和有关管理机构介绍，这种新型彩色钢屋面将作为最新节能换代产品予以大力推广应用。目前，西南市场拥有该项技术的仅有1-2家，但也显示出广阔的市场前景。 银色弯弓”架浦江全钢结构卢浦大桥设计揭秘一张银色的巨型“弯弓”，滑出柔美的曲线，飞架浦江南北，成为黄浦江上独一无二的拱桥，这就是即将兴建的上海卢浦大桥的未来景象。已完成初步设计的卢浦大桥，从南北高架鲁班路中山南路立交越江后，与外环线济阳路立交相接，主跨度达550米，建成后将超过美国西弗吉尼亚州的大拱桥，成为世界第一大拱桥。然而，在决定设计方案前，围绕黄浦江上再造什么样的桥，怎么设计建造，却有一段鲜为人知的背景。去年8月，上海开始征集卢浦大桥设计方案，当时面对各种大跨度桥型的选择：一种观点是继续造斜拉桥；另一种是搞悬索桥；第三种选择就是建拱桥。专家组当时分析了利弊。如果再造斜拉桥，跨度超不过杨浦大桥，设计只能是简单地重复。而悬索桥要求跨度大，一般跨度在1000米左右，才会显出宏伟气势，造价则是斜拉桥的1.5倍。如果选择拱桥，尽管苏州河上有几座小拱桥，但跨度多在七、八十米，而卢浦大桥建成后的跨度将跃居世界第一，而且拱桥的结构有曲线的柔性美，可以改变黄浦江上斜拉桥的“钢性”感觉，拱桥的横向线条，还能与目前大桥的A字和H字型垂直桥塔形成对比。上海市政工程设计研究院院长吴之光告诉记者，去年底，市政设计院和城市建设设计院合作设计的系杆拱桥方案终于一举中标，随后就开始了进一步创新和优化。原先，大桥结构是贝壳状的钢筋混凝土结构，今年上半年被优化为全钢结构，使大桥更加简洁、挺拔，由于取消了混凝土的块面，增加了空间流通感，大桥看上去更为轻盈。值得一提的是，卢浦大桥首次将绿色引上大桥，设计师在6车道的大桥桥面两侧，各安了4块三角形绿地，既起分隔作用，又有景观效果。 美国钢结构焊接质量的平行检验及其启示本文介绍了美国钢结构焊接质量平行检验的情况，规范依据，并结合我国情况提出了几点建议。如有不当，请指正。1美国国家标准提倡平行检验在美国，钢结构制造/安装业普遍实行两种质量检验，即承包商（施工单位）的监造检验。这两种检验是各自独立的、并行的。监造检验。监造检验不可理解为承包商检测时，业主派员旁站监督，而应理解为业主聘请有资质的专业检测机构独立地进行检验。美国的法律和标准，和我国的一样，都认为承包商（施工单位）对其产品（工程）质量负全责。但美国在总结了无数钢结构惨痛事故的教训之后认为：单单追究承包商的责任是不够的，太笼统。必须采取有力措施，那就是给予业主监造检验的权力，有必要进行制造/安装和监造这两种检验。这两种平行的检验看来是重复的，但却是必要的。因为承包商质量检验的目的在于努力表征他的产品是合乎规定要求的，他把质量控制在可以交工的范围内；而业主质量检验的目的在于核实产品质量是否确有保证。从这个意义上讲，承包商的活动属于质量控制，而业主的活动属于质量保证。基于上述考虑，美国国家标准ANSI/AWSD1.1-98钢结构焊接规范明确地将焊接质量检验分为两大类，即承包商的制造/安装检验和业主的监造检验，称它们具有两种不同的功能，并指出前者是承包商的责任，后者是业主的权力。前者要贯彻施工全过程，后者的深度、广度由业主确定。实际操作起来，也有单独一种检验的情况。例如对不太重要的钢结构，或承包商的业绩、检验人员资质、检验设备、工具，业主很信得过，业主可以放弃监造检验的权力，施工中只进行制造/安装检验，但业主的营造管理负责人（类拟我国项目总监）对检验的监督是必不可少的。还有一种情况，即通过平行检验，证实制造/安装方的检验形同虚设或有意作弊时，业主有权取消制造/安装方的检验，用深度、广度覆盖全过程的监造检验代替两种检验。上述这些情况，规范是允许的，当然用监造检验代替制造/安装检验，相应的检验费用要从承包商的应得款中扣除。在美国，业主和承包商为了节省重复检验的费用，在合同条款中干脆明确制造/安装检验由业主聘用的专业检测机构进行。这样业主的监造检验也不必了。专业检测机构进行。这样业主的监造检验也不必了。专业检测机构在美国钢结构制造/安装业比较盛行。它的检验又称为第一方检验。美国钢结构焊接质量平行检验的情况，规范依据，并结合我国情况提出了几点建议。如有不当，请指正。1美国国家标准提倡平行检验在美国，钢结构制造/安装业普遍实行两种质量检验，即承包商（施工单位）的制造/安装检验和业主（建设单位）的监造检验。这两种检验是各自独立的、并行的、平行的。监造检验不可理解为承包商检测时，业主派员旁站监督，而应理解为业主聘请有资质的专业检测机构独立地进行检验。美国的法律和标准，和我国的一样，都认为承包商（施工单位对其产品（工程）质量负全责。但美国在总结了无数钢结构惨痛事故的教训之后认为：单单追究承包商的责任是不够的，太笼统。必须采取有力措施，那就是给予业主监造检验的权力，有必要进行制造/安装和监造这两种检验。这两种平行的检验看来是重复的，但却是必要的。因为承包商质量检验的目的在于努力表征他的产品是合乎规定要求的，他把质量控制在可以交工的范围内；而业主质量检验的目的在于核实产品质量是否真正达到了规定要求，安全可靠等性能是否确有保证。从这个意义上讲，承包商的活动属于质量控制，而业主的活动属于质量保证。基于上述考虑，美国国家标准ANSI/AWSD1.1-98钢结构焊接规范明确地将焊接质量检验分为两大类，即承包商的制造/安装检验和业主的监造检验，称它们具有两种不同的功能，并指出前者是承包商的责任，后者是业主的权力。前者要贯穿施工全过程，后者的深度、广度由业主确定。实际操作起来，也有单一种检验的情况。例如对不太重要的钢结构，或承包商业绩、检验人员资质、检验设备、工具、业主很信得过，业主可以放弃监造检验的权力，施工中只进行制造/安装检验，但业主的营造管理负责人（类拟我国项目总监）对检验的监督是必不可少的。还有一种情况，即通过平行检验，证实制造/安装方的检验形同虚设或有意作弊时，业主有权取消制造/安装方的检验，用深度、广度覆盖全过程的监造检验代替两种检验。上述这些情况，规范是允许的，当然用监造检验代替制造/安装检验，相应的检验费用要从承包商的应得款中扣除。在美国，业主和承包商为了节省重复检验的费用，在合同条款中干脆明确制造/安装检验，相应的检验费用要从承包商的应得款中扣除。在美国，业主和承包商为了节省重复检验的费用，在合同条款中干脆明确制造制造/安装检验由业主聘用的专业检测机构进行。这样业主的监造检验也不必了。专业检测机构在美国钢结构制造/安装业比较盛行。它的检验又称为第三方检验。2美国平行检验的人员资质在美国，不论是受雇于承包商还是业主的质量检验人员，都必须持证上岗，这似乎比强调“按专业上岗”又进了一步。无损检测人员，要持美国无损检测学会（ASNT）证书，从事相应级别的工作。就连进行焊缝外观质量检查的人员，也必须经过专业培训，资质评定，持美国焊接学会钢结构委员会（AWS）或加拿大焊接局颁发的资格证书、才能上岗。业主的代表，即营造管理负责人资质审查。美国规范给检查员很大的权力。D1.198规范第6.6.2条是这样规定的：“承包商应根据检查员（不论是受雇于哪一方检查员）的要求，对材料和加工质量的差错进行纠正，以符合合同文本的要求。”尊重知识、尊重专业、持证上岗，这似乎是工业发达国家的特点。在美国，你可能是营造管理工程师（类拟我国的监理工程师），但如没有检查员证，你就没有检查焊缝外观质量的资格。美国早期的规范也是较多注意了工程技术人员的职称资格，这是对的，但后来发现工程质量的好坏，检测、检验数据的真实、准确性，来自焊接和检验的操作者，于是便规定焊工要资格证，检测人员要资格证，检查员要资格证了。3美国平行检验中的无损检测无损检测是制造/安装和监造这两种平行检验的重要内容，这也是最偷工减料的承包商心惊胆战的手段。一条板厚为10mm的对接焊缝，如采用CO2气体保护焊（或手工电弧焊），在外表面焊缝宽度相近的情况下，开坡口（或反面清根）的与不开坡口（或反面不清根）的相比，大约多使用焊材近1倍，综合工效为后者的1/3。在未执行监造检验的时候，有些承包商对局部探伤部位开坡口（探伤比例小于100）的焊缝，在探伤部位开坡口（或反而清根），焊接时比较注意，焊缝质量较好，但是在不探伤的部位，就是另一回事了。如果不探伤部位出现了问题，承包商会说：“我是抽检的，没有抽到那个部位怎么办呢？你又没要求我100的检查，或按商定比例扩探。”这就是说，监造检验中的无损检测可以抽查焊缝的任何部分，而不限于制造/安装已抽查过的部分。这一规定对局部探伤的钢结构焊接质量的提高是至关重要的。在美国还有这种情况：即使该结构焊缝未要求进行无损检测，但业主发现承包方有作弊现象（如未开坡口、焊条未烘干等等），而采用无损检测方法得到证实的，承包商应负担由此引起的一切消失费用。还应该指出的是，在美国不论是制造/安装，还是监造，使用的无损检测方法不限于超声波探伤这一种方法，角焊缝一般要作磁粉探伤检查，对接接头和全熔透的T形接头，虽以超声波检查为主，但“当在扫查灵敏度范围内显示平面特性时，可能需要用其他更详细的评判方法”，例如射线，另一处超声技术等等。这局限性是规范要求的。4相关启示（或建议）相对而言，美国关于钢结构焊缝质量的具体合格标准，和许多国家相比（包括我国）是宽松的，但美国钢结构事故率在全世界是最少的。这是为什么呢“笔者以为美国行出益于平行检验。受此启发，笔者提出如下几点建议，以供国内有关人士参考：（1）我国法规应大力提倡平行检验。美国平行检验得以进行，是美国规范的提倡。我国规范不能只限于技术要求方面内容，还应有质量检验管理方面的要求。希望我国规范尽快修订，早日和世界先进规范接轨。在我国规范尚未修订的情况下，建设行政主管部门应该倡导平行检验，请第三方抽检，对工程质量进行客观、公平的评价，这对钢结构工程是非常必要的。（2）监理单位应将“平行检验”视为不可缺少的责任。国务院今年发布的建设工程质量管理条例将“平行检验”作为“对建设工程实施监理”的一种形式。笔者以为“对建设工程监理”的一种形式。笔者以为受建设单位委托的监理单位代表建设单位进行平行于施工方的监造检验，是一种不容推辞的责任。钢结构项目监理人员应强调专业对口，应有焊接工程师。由于无损检测的特殊性，监理应推荐或联合有资质的专业检测机构进行检验。我国大跨度空间钢结构的发展与展望浙江大学 董石麟 摘要本文阐述了我国大跨度空间钢结构应用与发展的基本情况。这些空间钢结构包括有大跨度、大面积网架结构、大跨度、大悬臂网壳结构、组合网架结构、组合网壳结构、预应力网架与网壳结构、斜拉网架 与网壳结构、铝合金、不锈钢等材料的网架与网壳结构、特种网架与网壳结构等。最后本文展望了二十一世纪的大跨度空间钢结构。关键词大跨度结构；空间钢结构；空间网格结构；应用与发展；展望1.前言本文所指的大跨度空间钢结构主要是指网架、网壳结构及其组合结构(两种或两种以上不同建筑材料组成)和杂交结构(两种或两种以上不同结构形式构成)。这是一类结构受力合理、 刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便的空间结构体系，在近一二十年来获得蓬勃发展，并在大跨度、大柱网的公共和工业建筑中得到广泛应用。它不仅可用于屋盖结构，而且可用于楼层结构、墙体结构和特种结构。我国自1964年建成第一幢网架结构-上海师范学院球类房屋盖以来，据不完全的统 计，至1999年底我国已建成各类网架、网壳结构10000幢(其中网壳结构占4为400幢)，复幢建筑面积约1200万平方米。目前，年增长的复盖建筑面积为80100万平方米。我国网架、网壳结构生产制造厂已超过100家，如徐州飞虹网架集团公司、杭州大地网架制造有限公司、常州网架厂等，逐步形成了一个新兴的空间钢结构制造行业，可进行批量规模生产。 2.大跨度、大面积网架结构众所周知的首都体育馆，平面尺寸99m1122m，为我国矩形平面屋盖中跨度最大的网架。上海体育馆，平面为圆形，直径110m，挑檐75m，是目前我国跨度最大的网架结构。1996年建成的首都机场四机位机库，平面尺寸(153十153)mx90m1，见图1；1999年新建成的厦门机场太古机库，平面尺寸(155十157)mx70m，是我国当前建筑复盖面积最大的单体网架结构，也是目前世界上最大的机库。如包括前几年建成的成都双流机场机库，(平面尺寸87mx140m)、上海虹桥机场机库(平面尺寸95mxl50m)等，表明了中国大型机场的机库都采用了大跨度网架结构。近十年来，网架结构在我国工业厂房屋盖中得到大面积的推广应用，其建筑复盖面积超过300万平方米，这在世界上是领先的。云南玉溪卷烟厂的连片网架厂房达12万平方米。工业厂房网架中跨度最大的为60m的上海江南造船厂新建厂房2。为增大结构刚度、降低内力峰值、小材大用、方便制作、运输和安装，我国在八十年代后期开始采用三层网架，至今共建成10 幢。首次建成的三层网架是长沙黄花机场机库屋盖3 尺寸48m64m，网架高5m，开口边为四层网架，高75m。前面提到的首都机场四机位机库，采用斜放四角锥焊接球节点三层网架，两块网架的实际平面尺寸为84m150m，网架6m，也是我国跨度最大的三层网架。 3.大跨度、大悬臂网壳结构 1994年建成的天津新体育馆，平面为圆形，直径108m，挑檐135m，总直径达135m，曾是我国圆形平面跨度最大的球面网壳。1998年初建成的长春体育馆，平面为120mxl66m枣形，连同支架的平面为146m192m，是当今我国跨度最大、复盖建筑面积最大的网壳结构4，见图2。我国长期以来网壳结构跨度未突破百米大关的历史已成过去。正在建设中的深圳市市民中心大屋顶采用了平面尺寸为(154-120)m486m大鹏展翅形 变厚度、双曲率网壳结构，在纵向分为三段，两翼支承在18个树枝形(双向W形)柱帽上，中部支承在36m大圆筒及36m48m大方筒的侧壁上，建成后使我国复盖建筑面积最大的网壳结构将再创新的记录。在电厂干煤棚工程中采用网壳结构是近几年来发展起来的，已建的工程有十多幢。嘉兴电厂干煤棚(跨度1035m，长度80m)和1998年建成的杨州第二发电厂干煤棚(跨度1036m，长度120m)5是我国矩形平面最大跨度的两幢三心圆柱面网壳。为增加网壳的刚度、改善受 力性能，台州电厂干煤棚(跨度801m，长度822m)采用了纵向带折线形的圆柱面网壳6，见图 3。1999年建成的漳州后石电厂干煤棚，采用了直径125m的超过半球的球面网壳，成为我国跨度最大的球面网壳。电厂干煤棚采用网壳结构的平均用钢量为50-70kgm2，比以往采用门式刚架或拱结构的平均用钢量80-125kgm2降低了40以上，其经济效益是十分明确的。大型体育场的挑篷采用空间网壳结构有日益增多的趋势。1992年建成的深圳体育场周 圈挑篷(沿环向分为12段)，采用变高度螺栓球节点双层正放四角锥网壳结构，挑篷宽度31m，悬挑255m。为昆明99世博会开幕用的昆明拓东体育场挑篷，首次采用周圈连续的变厚度双层正放四角锥网壳结构，挑篷宽度34m，悬挑26m。上海八运会八万人体育场挑篷采用了大悬臂大网格双向交叉桁架结构与支承模结构组合而成的杂交结构7，复盖建筑总面积36100m2，最大悬臂跨度为735m。两向交叉桁架共构成57个大网格，其上架立57个由8根拉索1根压杆组成的伞状拉索结构，并敷设美国进口的乳白色半透明膜材面层。这是我国悬臂跨度最大的外形呈马鞍形的交叉桁架-支承膜杂交结构。 4. 组合网架结构 以钢筋混凝土上弦板代替钢上弦杆的组合网架结构是近十多年来开发的新结构体系E89，它可充分发挥混合土受压、钢材受拉两种不同材料的强度优势，使结构的承重和围作用合二为-。我国已建成40幢组合网架结构，它用于屋盖结构，也用于多层和高层建筑的楼层结构， 形式之多、跨度之大、应用范围之广在世界上是领先的。1980年在我国首次建成了平面为21m 54m的蜂窝形三角锥组合网架，用于徐州夹河煤矿大食堂屋盖；跨度最大的组合网架是1987 年建成的455m58m江西抚州地区体育馆屋盖；用于多层建筑中跨度最大的组合网架1987年建成的35m35m新乡百华大楼(加四层)楼层结构，见图4；用于高层建筑楼层结构合网架的是平面24m27m长沙纺织大厦(地下二层、地上十-层、柱网10mxl2m及7x 12m)10。 5 组台网壳结构当在单层钢网壳结构上敷设的预制带肋混凝土面板在连接灌缝形成整体后不仅起围护作用，而且起承重作用，从而形成由钢网壳与钢筋混凝土带助壳两种不同材料与不同结构形式组合而成的新型空间结构-组合网壳。由于组合网壳的协同工作，大大改善了单层钢网壳的性能，通常情况下，组合网壳的设计不是由单层钢网壳的稳定性控制。这种组合网壳在我国已建成10幢，它应用于民用建筑，也用于工业厂房。早在1984年就建成18m24m三向型双曲组合扁网壳，作为山西汾西矿务局工程处食堂屋盖。1993年及1994年共建成四幢直径341m的肋环型组台球面网壳，用于山西潞安矿务局常村矿井洗煤厂倒圆锥台煤仓的顶盖；在施工拼装第三幢组合网壳时，未设置中心临时文撑(施工第一、二幢时是设置的)，曾发生单层钢网壳翻面失稳的事故，这是应该吸取经验教训的11。 6 预应力网架与网壳结构把现代预应力技术引用到网架与网壳结构中去，可起到提高整个结构的刚度、减小结构挠度、改善内力分布、压低应力峰值的作用，从而可降低材料耗量，具有明显的技术经济效果。因此，预应力网架与网壳结构是一种新型的有广阔发展前景的空间结构。我国已建的预应力网架与网壳结构工程约有10幢。1993年建成的上海国际购物中心七、八层楼，采用在下弦平面下20cm处增设四束高强钢丝铸锚束的预应力正放四角锥组合网架，平面尺寸27m27m，截去一个腰长为12m的等腰三角形，见图6，采用预应力后节省钢材用量3212。广东清远市体育馆，采用六支点预应力六块组合型三向扭网壳，见图7，平面尺寸为边长4682m正六边形，对角柱跨度890m，周边设六道预应力拉索，每索选用4索975，建立预应力值1600kN13。四川攀枝花体育馆，采用八支点预应力短程线型球面网壳，平面尺寸748m748m缺角八边形，对角柱跨度649m，周边设人道预应力索，每索建立预应力值700kN，比非预应力钢网壳可节省用钢量2514。 7 斜拉网架与网壳结构 斜拉网架与网壳结构通常由塔柱、拉索、网架与网壳结构组合而成，是大中跨度建筑一种形式新颖、协同工作的杂交空间结构体系，它具有增加结构支点、减小结构挠度、降低杆件内力、发挥高强拉索优势等特点，也是一种内部空间宽广、造型新奇、颇有景点特色的大跨度建筑。我国目前已建成的斜拉网架与网壳结构有10幢。具有代表性如1993年建成的新加坡港务局(PSA)仓库，采用4幢A型6塔柱平面为120m96m、2幢B型4塔柱平面为96m70m共 6幢斜拉正放四角锥网架，每塔柱设有四根斜拉索15。北京亚运会综合体育馆，采用双塔柱两块组合型斜放四角锥人字形剖面的圆柱面网壳，平面尺寸70m832m，屋脊处对每塔柱设8 根共16根平面单向拉索16。1995年建成的山西太旧高速公路旧关收费站，采用独塔式斜拉左右两块正放四角锥圆柱面网壳，总平面尺寸14mx64718m，共设有全方位布索28根17。 8 铝合金、不锈钢等材料的网架与网壳结构由于要减轻结构自重、抵御大气腐蚀作用和提高建筑美学效果，近年来在我国兴建了采用铝合金、不锈钢、耐侯钢等金属材料的网架与网壳结构。我国目前共建成四幢铝合金网壳、一幢铝合金网架。1996年建成天津市平津战役纪念馆为我国首幢铝合金三角形网格单层球面网壳，底平面直径456m，矢高3383m，最大球面直径48945m(34球面网壳)，网壳重344吨，连同铝合金屋面板的总重587吨18。作为上海八运会的体育馆之一的上海国际体操中心主馆，见图9，采用铝合金扇形三向型(K6-8型)一葵花三向型网格单层球面网壳19，平面直径68m，矢高1188m(连同柱子形成扁球体外形的最大平面直径773m，总高度265m)，球面曲率半径5537m，该网壳由262节点、1200根铝合金工字型截面杆件组成，网结构自重仅12kgm2(其中还包括13mm厚铝合金屋面板重364kgm2)。由见可见，铝合金网壳的自重要比同等跨度的钢网壳至少要轻50以上。1999年还建成了上海杂技馆，也采用铝合金扇形三向型-葵花三向型网格单层球面网壳。这三幢铝合金单层网壳均是美国TEMCOR公司设计制作的专利产品圆弯屋顶，这种圆弯屋顶在世界上已建成数千个。此外，上海浦东游泳馆屋盖也采用了美国TEMCOR公司的铝合金网壳结构，所不同的它是一种双层圆柱面正放四角锥网壳20，见图10，平面尺寸(540-580)mx720m(一边带圆弧形)，网壳厚24m，曲率半径l00m，连同铝合金屋面板总重量为92.63吨，即23kgm2。某航天实验研究中心零磁试验室，采用了我国自行研制、设计、制造的螺栓球节点铝合金全网架结构(包括屋盖与墙体)21，平面尺寸22m30m，墙体高度11m，由921个球节点近4000根杆件组成，按展开面积的材料用量仅856kgm2。上海新海关大楼高层屋顶，采用了不锈钢K6-9型焊接球节点单层球网壳，平面直径2206m，高矢60m，该网壳采用国产不锈钢，通过材性试验与Q235钢的抗拉强度相当，可焊性好，网壳由浙江大学设计、杭州大地网架制造有限公司制作、安装，系我国首例单层球面不锈钢网壳，现已使用四年，效果良好。作为装饰用的不锈钢小品网架、网壳现在国内已开始较多采用。 上海东方明珠二期工程-国际会展中心采用了大球直径为49m、小球直径为38m共两个耐侯钢方管杆件的肋环型单层球面网壳，于1999年五十周年国庆前夕建成，为上海浦东增添了一个新景点。该网壳结构工程由上海冶金建设有限公司等单位研究、设计、制作、安装完的。 9 特种网架与网壳结构我国的网架、网壳结构除广泛用于工业与民用建筑的屋盖和楼层外，还用于形态新颖、功能各异的特种结构，兹分述如下：9.1 塑像骨架塑像骨架已用于1997年建成的广东南海大佛的12支点多层多跨网架骨架，见图11。佛像结构高度46m，最大平面尺寸为30m35m曲多边形，网格尺寸3mx3m，每层高度2m，整个网架共由1118个节点(支座及一层为焊接球节点，其余为螺球节点)和5218根杆件组成，材料用量约200吨22，这是世界第一个塑像网架骨架。9.2 标志结构标志结构可作为某一地区、某一城市的表征，如温州市地标，采用总高408m，跨度30m的螺栓球节点网架结构23。9.3 各种用途的整个球面网壳结构1991年建成的北京中国科技馆球幕影院，采用直径35m短程线型双层球面网壳；1990年建成的徐州电视塔塔楼，采用直径21m单层联方型全球网壳，并采用地面组装、整体提升到99mm设计标高就位的施工安装方法24；上海东方明珠电视塔，选取装饰用的单层联方型全球网壳；大连友谊广场中心采用直径为25m、镶嵌镜面的水晶球网壳；杭州满陇桂雨公园寒宫，用29m直径整球面螺栓球节点双层球面网壳等。 9.4 高耸塔架 除通常用于输电塔架外，合肥金斗城大型高志高层部份的第17至24层采用螺栓球节点两向正交正放高层网架塔楼，1994年建成，使用效果良好。大连电视塔塔身采用双层圆柱面正放四角锥网关塔筒结构。 9.5 网架墙体 已用于张家港钢铁厂竖炉电炉炼钢及连铸车间侧墙(柱距24m，个别12m，檐口标高 384m)和山墙(两跨27m十30m)，用钢指标分别为230kgm2及262kgm2，比传统墙壁骨架案分别节省90kgm2及218kgm225。此外，还用于徐州通域集团空间结构制造厂新建8000m 网架车间的侧墙。 9.6 网架桥梁 已用于上海阂行区新梅人行天桥，桥长110m、宽40m，由上、中、下三层螺栓球节点网架组合而成，下层网架采用正放四角锥网架，它和盖梁相连，且支撑桥面系供人行走；中层网架为桥梁造型的主要立面；上层网架与中、下层网架协同工作，且支撑屋面板；此座网架桥梁的用钢量为64吨，比采用钢箱梁方案为202吨有大幅度的节省。此外，还用于贵阳大十字过街人行环形天桥。 9.7 装饰网架 在亭、廊、天井、门厅等形态各异的采光或非采光屋盖结构中广泛采用，也在各种网架小品中采用。 10展望空间网架与网壳结构在我国应用和发展的历史虽仅有三十多年的历史，但已充分表明这是一类很有活力、适应性强、方兴未艾的空间结构。展望未来的二十一世纪，应在以下重点、热、难点的科技领域和前沿课题展开工作，大力开拓和发展各类新型、适用、美观的空间钢结构。10.1 总结经验，抓住机遇，迎接挑战，随着我国经济建设的蓬勃发展和人民生活水平的不断高，根据实际需要在我国研究、设计、制作和安装150m-200m，甚至大于200m的大跨度与超跨度的空间钢结构。10.2 在取得已有成果的基础上，进一步发展和完善具有我国特色的组合、斜拉和预应力网和网壳结构，并扩大它们应用范围。10.3 积极研究和开拓应用当前空间结构中最热门的索一杆(梁)杂交结构体系和索穹顶，以 填补我国的空白。10.4 开展研究和推广应用各类开启式和展开式空间钢结构体系。10.5 研究和开发空间钢结构的新材料、新结构、新技术、新节点、新工艺。10.6 研究大跨度与超大跨度空间钢结构的抗风、抗震计算理论与方法及其结构控制按提供实用的设计计算方法和公式。 目前网(壳)架及轻钢工程中一些技术问题的信息与探讨中国建筑金属结构协会钢结构委员会专家组 丁芸孙 摘要本文探讨了网(壳)架与轻钢结构的杆件拼装：超大直径空心球；空心球壁厚薄不匀；焊接标准；螺拴球锥头，封板；横向力；悬挂吊车疲劳；橡胶支座及其支座假定；风载；验收的标准檩条下缘失稳，面板掀起，门架设计，拱板壳等问题。关键词网(壳)架，焊接空心球，螺栓球，悬挂吊车，橡胶支座 网(壳)架结构发展推广十多年来，轻钢门架，拱板也发展多年积累了一些大家关心并有争议而急待解决的技术问题。现根据我们参预设计的千座网(壳)架轻钢工程的经验，从工程角度提出粗浅看法与解决的办法，只代表个人观点抛砖引玉，错误之处请指正。 一、杆件的拼接 杆件的拼接在规程中不明确，由设计定。有些设计不允许拼接，钢材损耗就很大，一般预算耗10就打不住。根据我们的经验，压杆拼接应该允许，但拼接要求在杆件二瑞13L范围内，这考虑此范围没有的影响，相对应力小一些，拉杆拼接完全取决于施工质量。如果质量能保证，拉杆也是可以拼接的，但要慎重。一根杆件只允许一个拼接，相邻节间最好不要再有拼接，这是考虑万一拼接断裂，力即重分布到相邻杆，相邻杆不会因拼接连锁破坏。具体拼接数约为节间数20-25，此数难以科学确定，工程实践此数基本解决损耗控制。拼接接头的做法规范对型钢已有标准接头，对钢管无明确规定。等直径的钢管不论拉、压，理想的是横切对接焊接，随焊接技术发展与基于焊接应力分析，正对接焊是能等强的。当然应按I级焊缝要求并逐个超声波检查。对接焊可靠性完全决定于对施工水平的判断，如对施工无把握，应采取加强措施。工字钢对接焊采用斜拼接来加长焊缝的补强，由于腹板与翼缘交接处无法保证焊接质量，而钢管无此问题，用斜对接反而焊缝应力集中。对受压杆件可以采用加连接垫板的办法，虽然增加焊缝工作量，毕竟压在垫板上心理上放心，这种做法也是有争议的。认为双面焊接也是难度较大，这样做也是多余的。这种连接垫板的形式绝对不允许用于受拉杆件，因为受力方向正好与加工方向垂直，而许多杂质均是沿加工方向延伸，如有气孔延伸与分层，那是极其危险的。 受拉杆对接焊应慎重对待，如担心焊接质量，可采用三条加强板均布焊于钢管外侧；但必须避免十字交叉焊缝形成复杂应力。对于等直径但不同厚度的钢管对接焊，必须在焊缝边上做成1：2.5坡度，也可以做成台阶型衬管保证质量。对于等直径不同厚的受压杆对焊接质量，担心的也可采用连接垫板方式。对于不同直径的钢管受压杆件，也可以采用加连接垫板，但垫板厚度d要根据不同直径差a所产生弯距及剪力验算。对于不同直径的受拉钢管理想的办法是加锥形管。国外用得多，并有锥形管计算方法，市场有标准锥形管。国内由于锥形管要专用模子中工，造价高，基本未用。目前不同直径的受拉钢管尽可能通过焊接球过渡。如超过球承载力，则可以与球的肋焊接加强。如不同直径的受拉钢管受力很大，通过球有困难时，建议在球外小管处拼接，钢管加节点板传力，由于节点板造成钢和断面削弱与应力集中，根据国外经验承载力将削弱15，大钢管如有15富余(因在小管处拼接内力已减少)，则不需加强。而小钢管则在节点板与钢管相交处用加强板加强，节点板面积应大于小钢管面积20。 二、超大直径焊接球由于焊接空心球适应国情，在大跨度受力大的结构中比高强螺栓板节点、相贯节点等都优越。尤其可以与螺栓球节点混合使用取长补短，更为有利。因此对扩大空心球承载力要求很迫切，而规范中焊接空心球仅限于500。目前对超大直径空心球进行了很多试验研究原规程焊接球公式，拉压是不同的，解释是受压失稳破坏与钢材强度无关，拉为剪切破坏。现有的公式拉压统一，解释是拉压均为复杂应力破坏。回归后正好可统一公式。最