大跨度结构建筑工程实例精选(九篇)

第1篇：大跨度结构建筑工程实例范文

关键词：大跨度空间；结构设计；分析

所谓的大跨度空间结构，通常是指跨度在60m以上的建筑结构，主要用于民用建筑的影剧院、体育场馆、展览馆、大会堂、航空港以及其他大型公共建筑。本文就公共建筑大跨度空间结构设计进行了探讨，并结合了实际的工程实例，简要介绍了有关该工程结构设计的特点和难点，以期能为公共建筑大跨度空间结构的设计提供参考。

1 工程概况

某公共建筑工程，建筑面积28210m2，地面共4层。建筑物总长90.9m，宽81.3m，室外地面至大屋面檐口高度26.8m，采用现浇钢筋砼框架结构体系（局部布置少量剪力墙）。建筑抗震设防类别为重点设防类（乙类），结构安全等级为二级，设计使用年限为50年。所在地区的抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，建筑类别调整后用于抗震验算的烈度为6度，用于确定抗震等级的烈度为7度，框架、剪力墙抗震等级均为二级。

2 基础设计

拟建场地位于江边冲积平地上，河岸已建有防洪堤和道路。场地平坦开阔，未见滑波、崩塌、泥石流等不良地质现象，地层变化较为均匀。场地主要岩土层工程地质综述及地基评价如下：

本次工程勘察揭示的岩土层，按其岩土工程性状划分主要分为8层：①吹填砂，②含泥中砂，③（含砾）细中砂，④淤泥质土，⑤细砂，⑥圆角砾、⑦碎卵石，⑧中等风化花岗岩。

结合拟建建筑物荷载情况，本工程最佳桩基持力层选用⑦碎卵石。

根据SATWE电算分析结果，柱底最大轴力（标准组合）为12351kN。根据地质报告，本工程基础可采用预应力砼管桩或冲（钻）孔灌注桩，相比冲（钻）孔灌注桩，管桩的优点是造价相对较低，工期较短，且桩身质量可靠。所以本工程基础选用锤击先张法预应力高强砼管桩，桩端持力层选用碎卵石⑦或根据地质情况选用圆角砾⑥。单桩竖向承载力特征值为2300kN，桩长约35～40m。锤击桩收锤标准以贯入度控制为主，桩长控制为辅，最后3阵每阵10击贯入度为20～50mm。根据现场试打桩的实际情况，桩长调整为约42m。经单桩竖向承载力静载荷试验验证，实际单桩竖向承载力满足设计要求。

3 电算分析

因建筑功能需要，本工程平面较为复杂，楼面标高变化较大，局部存在夹层、错层，楼板开大洞。计算采用了中国建筑科学研究院研制的SATWE程序，考虑扭转藕联及双向地震。

舞台、侧台、主会堂观众厅上空因层高需要，在2、3、4层楼板开大洞，形成越层结构，刚度削弱较大，为增强结构侧向刚度，洞口周边布置少量剪力墙，如（图1）所示。此外，因开大洞导致观众厅左右两侧结构联系薄弱，在舞台与观众厅连接处两台口柱边各布置一片剪力墙，且在前厅与观众厅连接处的中间柱位边布置两片横向剪力墙，这些措施有效增强了结构的抗扭刚度，扭转周期由第2周期降至第3周期，扭转周期与平动周期的比值由0.895降至0.483。对楼板开大洞问题，在电算分析中还采用了全楼弹性及分块刚性楼板等不同模型计算，进行比较，作为结构设计的参考。

有关计算结果表明：本工程结构刚度适宜，结构的层间位移可以满足规范的要求，结构抗倾覆验算，整体稳定验算及上下层刚度比以及楼层抗剪承载力比均满足规范要求。根据电算分析结果，对重要构件及薄弱部位予以加强。主要计算指标如下：

（1）考虑扭转耦联时的振动周期（秒）、X，Y方向的平动系数、扭转系数

扭转周期与平动周期比值Tθ/T1=0.483

（2）位移指标如（表1、表2）所示：

（3）楼层剪重比

X向剪重比1.43%（一层）

Y向剪重比1.38%（一层）

4 上部结构设计

本工程结构设计方面主要有以下特点：

（1）平面较为复杂，楼面标高变化较大，局部因存在夹层、错层而形成短柱。对这些柱采用控制框架柱轴压比、加强框架柱主筋、提高箍筋的体积配箍率以及箍筋全高加密等方法，以保证结构构件的延性，确保竖向构件安全。

（2）楼板开大洞，结构侧向刚度沿竖向布置不规则。主会堂为单层空旷房屋结构，层高约20m，一层300人会议室为跃层结构，该部分层高约11.25m。鉴于上述原因，楼板多处开大洞，且洞口沿平面及竖向布置不规则，如设置抗震缝将结构主体断开，形成多个独立的结构单元，会导致这些结构单元成为大跨度的单跨结构，不利于抗震，故本工程不设防震缝。建筑物总长90.9m×81.3m，体型超长，各层均设后浇带，以减少砼收缩、徐变的不利影响。

由于观众厅及舞台上空楼板开大洞，结构侧向刚度受到较大削弱，对抗震不利。在不影响建筑使用功能的前提下，沿前厅、观众厅及舞台周边角部布置了少量L型剪力墙，L型墙角部设框架柱。有效增加了结构的侧向刚度，形成多道抗震设防。

计算采用了中国建筑科学研究院研制的SATWE程序，对楼板开大洞问题，在电算分析中采用全楼弹性及分块刚性楼板等不同模型计算，进行比较，作为结构设计的参考。洞口周边楼板加厚，板面配双向通长筋，增加楼板整体刚度。

（3）跨度较大。

一层300人会议室顶板横向跨度23.5m，纵向跨度22.4m，纵、横向各布置2道预应力大梁，形成井字梁结构，预应力梁断面600×1400。横向预应力梁最大裂缝出现在支座，宽度Wmax=0.0145

观众厅楼座为悬挑结构，布置4道悬挑预应力大梁，悬挑梁跨度7.2m，断面为600×1500～800（梁高）。为了尽可能平衡楼座悬挑荷载，自挑梁根部向后延伸4.8m，布置一排框架柱，柱断面1000×1200。悬挑大梁采用后张法有粘结预应力结构，支座最大裂缝宽度Wmax=0.0871

主会堂屋面横向跨度39.8m，布置三道箱型钢梁，钢梁断面1200×2600～3100（梁高）。支承钢箱梁的柱断面为1400×1400，出屋面以后该柱断面收缩为600×1400。

舞台屋面25m×23.3m，采用现浇钢筋混凝土结构，按井字梁系布置，一道横向主梁跨度25m，断面为800×1500；两道纵向主梁23.3m，断面为700×1500，如（图2）所示。屋面梁下挂舞台栅顶钢结构，导致上述三道主梁受力较大，配置部分预应力筋，横向预应力梁最大裂缝出现在支座，宽度Wmax=0.0763

（4）采用多种结构形式。

本工程主体采用现浇钢筋混凝土结构。观众厅屋面尺寸39.8m（横跨）×35.1m，因跨度较大采用钢梁+钢承板的组合楼板体系。横跨布置三道箱型钢梁，钢箱梁断面尺寸1200×2600～3100（梁高），钢箱梁间布置H型钢次梁，与上铺压型钢板、叠合钢筋混凝土板组成组合梁、板受力体系。钢箱梁最大正应力与许用应力比为0.79，最大剪应力与许用应力比为0.10，钢箱梁设计考虑稳定性要求，除在次梁搁置处设置横向加劲肋外，在箱体上部布置通长纵向加劲肋，将截面分为上下双箱体，有效保证了腹板受压部分的稳定性。钢箱梁跨中弹性挠度为W=26.1mm，挠度与跨度比W/l0=1/1525

5 结论

综上所述，本文就公共建筑大跨度空间结构设计进行了探讨，结合了具体的工程实例，对公共建筑大跨度空间结构设计中的几个方面作了详细研究，并总结了几点结论，相信对公共建筑大跨度空间结构的设计有一定的参考借鉴作用。

参考文献：

第2篇：大跨度结构建筑工程实例范文

关键词：建筑工程；结构设计；转换层构造

中图分类号：TU323.4 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）06-（页码）-页数

1.转换层高层建筑结构的构造要求

转换层的结构应按“强化转换层及其下部、弱化转换层上部”的原则，使转换层上下主体结构的侧向刚度尽量接近，平滑过渡。抗震设计时。控制转换层上下主体的结构侧向刚度，当转换层设置在3 层及 3 层以上时。其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60%。将转换桁架置于整体空间结构中进行整体分析。此时，腹杆作为柱单元。上、下弦杆作为梁单元，按空间协同工作玻三维空间分析程序计算整体的内力和位移。计算时，转换桁架按实际杆件布置参与整体分析，但上、下弦杆的轴向刚度、弯曲刚度中应计入楼板的作用。整体结构计算需采用两个以上不同力学模型的程序进行抗震计算。还应进行弹性时程分析并宜采用弹塑性时程分析校核。转换层的结构设计中应按转换层“强斜腹杆，强节点”。桁架转换层上部框架结构接“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则，以保证转换层的结构具有较好的延性，确保塑性饺在梁端出现，能够满足工程抗震的要求。转换桁架的相邻层楼板宜双向双层配筋，每个方向贯通钢筋的配筋率不宜小于 0.25%，且在楼板边缘、孔洞边缘应结合边粱设置予以加强。转换桁架上、下弦杆的配筋应加上楼板平面内弯曲计算引起的附加钢筋。

2.转换层商层建筑结构实例分析

对于大跨度的钢桁架转换层结构的受力。各方面的影响因素较多，导致结构受力情况比较复杂，对它的受力影响因素进行探讨具有实际意义，可为实际工程的设计与施工提供理论依据。因此，通过对大跨度钢桁架转换层的受力影响因素进行分析，认识钢桁架转换层的受力特点。以期充分利用钢结构构件受力性能好的特点，使其承担较多的荷载作用。以调整端部混凝土结构的受力，减少混凝土结构的荷载作用，使整个结构体系的受力更为合理。下面结合工程实例分析高层转换桁架的受力影响因素及其受力特点，某高层建筑为地上 24层，地下 2 层，总建筑面积 72788m2，其中地上 58300m2，地下 14488m2。平面长 92.1M，宽 49M。结构檐口标高为 108.80m，中间有电梯、楼梯、机房等的高层建筑。

2.1梁式转换与精架转换的比较确定

与最为常见的转换结构形式粱式转换相比，本例中转换粱的跨度很大而且上部荷载较大，采用梁式的转换结构，转换梁的截面必然很大，一方面导致转换梁下部空间无法再利用、自重大、配筋多、不经济等缺点；另一方面导致沿竖向结构质量和刚度分布在转换层的变化不连续。发生突变，对结构的整体抗震性能不利。因此，需要另一种形式的转换构件来解决这个问题，而转换桁架具有传力明确，传力途径清楚，虽构造和施工复杂，但转换桁架不仅为开洞和设置管道创造了条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，可以充分利用该转换层的建筑空间，而且桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充甚至可以外露不填充，有利于减轻结构的自重；转换桁架的抗侧力刚度比转换粱要小，也就是说。具有桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变要比带转换粱的高层建筑缓和。因此带转换桁架的高层建筑其地震反应要比带转换梁的高层建筑小得多，由此可见，在本例工程的三层转换构件采用转换大粱的结构形式是不合适的，而采用转换桁架的结构形式将很好的避免了上述的多个问题且将节约混凝土用量近30%。将是一个较为合理正确的选择。

2.2转换桁架的具体形式的确定

在本例工程的三层转换构件采用确定桁架结构后，设计人员则需要进一步确定桁架的结构形式。根据前面的论述，转换桁架的结构形式有多种，但是根据本例工程的三层转换构件的具体情况，采用何种最合理的结构形式，则必须加以比较分析后方可确定。

1） 单层转换桁架与双层转换桁架的确定

采用精架结构作为高层建筑的转换构件时，一般情况是取出一层层高的高度作为转换桁架的高度。对于本项目，转换桁架位于结构的边缘，建筑师为了使转换桁架对于立面的影响降至最小，希望桁架仅在中庭设置，即取一层高度（4.00m）作为转换桁架的高度。在本例中各层的层高情况分别是：底层：6.44ml，二层：4.80m，三层以上：4.00mt，而结构的柱距为 9.0m，若仅取 4.00m 为桁架高度时，在柱与柱之间必须另设一个桁架节点以保证桁架斜腹杆与水平弦杆的角度在合理的450～550 之间。若取建筑的两层层高即 8.00m 为转换桁架的高度，则在柱与柱之间可以不必设置多余的桁架节点，使桁架的结构形式趋于简单。

2） 空腹桁架、斜杆桁架、无竖杆桁架的比较确定

作为高层建筑中的转换结构一桁架结构有如下的主要结构形式：空腹桁架、交叉斜杆桁架、无竖杆的交叉斜杆桁架。作为一种相对独立的结构形式，无论采用何种结构形式。应该说都是可以实现的。对于建筑师来说，空腹桁架如果在构件尺寸可以接受的条件下。当然是首选，当然，采用无竖杆的交叉斜杆桁架形式，结构上可以使桁架的构造节点趋于简单，在建筑师看来，也可以接受。

3） 单跨桁架与多跨桁架的确定

在确定了以交叉斜杆桁架作为本次项目的转换结构的结构形式后，结构工程师尚发现在这个计算模型中的框架柱的内力较大。作为抗震设计“强柱弱梁”的一般设计原则，框架柱中的内力相对越大，则在柱中率先出现塑性铰的可能性将越大。而在模型计算中同样可以发现，Z2 的内力较大。而作为相邻的柱 Z1 的内力则相对较小，尚有较大潜力。

综上所述，采用将转换桁架向外延伸一跨的做法，可以使本次工程的转换桁架各构件的内力分布更为合理，也即是说，采用向外延伸一跨转换桁架的结构形式在本次工程中是较为合理的选择。

3.结论

在大跨度、大荷载条件下应用桁架转换结构将比采用梁式转换更合理，且可以节约混凝土用量近 30%，用钢量可节约20%。在采用桁架结构作为工程的转换构件时，带竖杆的斜杆桁架中各构件的内力较为接近，可以取得较为一致美观而又经济的截面，而不带竖杆的斜杆桁架中各构件的内力差别较大，最大将达40%左右。总之，随着建筑业的发展，结构设计成为繁重而责任重大的工作，不但关系到建筑结构的安全性和耐久性，而且关系到建筑的适用性和经济性。从而，设计人员在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训，才能将设计工作做好。

参考文献

第3篇：大跨度结构建筑工程实例范文

（东北石油大学 土木建筑工程学院，黑龙江 大庆 163318）

摘 要：本文以悬索结构概述为主线，研究悬索结构的本质和美学气质，针对建筑形式美的六点原则分别找出不同实例加以论证鉴赏，从而挖掘悬索结构内在理性美和外在感性美之间的关联.

关键词 ：大跨结构；悬索结构；建筑艺术；建筑美学

中图分类号：TU-8文献标识码：A文章编号：1673-260X（2015）04-0061-04

引言

科技进步推动人类对物质生活的不断追求，而建筑作为人类生产活动的场所，正在努力尝试不同空间种类以跟进人类社会活动日益多样的步伐.近几十年大跨空间结构的涌现完成了诸如飞机场、展览馆、体育馆此类建筑的建造.悬索结构以优越的性能、优美的造型在大跨空间结构中脱颖而出，屡次被使用.

1 悬索结构概述

1.1 悬索结构的发展

在大跨建筑领域一展身手的悬索结构的产生源于桥的使用.早在公元前3世纪我国四川便出现竹索桥；明朝成化年间出现用铁链制成的霁虹桥；而四川泸定桥是全世界尚存最早的悬索桥.

最早出现的悬索结构建筑要属中东地区的黑帐篷（图1），其由位于中央的长拉索和位于周边的可调节边支柱组成.此时的悬索结构建筑跨度小，应用范围有限.直到1953年，美国的Releigh体育馆诞生了世界上最早的现代悬索屋盖，至此，悬索结构在建筑领域的应用和发展接近成熟阶段.能够展现悬索结构建筑早期特点的是1954年建成的位于美国佛罗里达州的保罗·鲁道夫（Paul Rudolph）小休假别墅，其跨度只有6.7米；随着技术的不断进步以及建材优良性能的不断挖掘，先后出现了耶鲁大学冰球馆、北京工人体育馆、亚特兰大奥运会主会场的佐治亚穹顶以及济南奥体中心体育馆，主跨分别达到了58米、94米、240米和120米.到本世纪悬索结构越发受到年轻建筑师的青睐，其发展也日益兴旺，这些都得益于建筑本身结构的合理构成和材料的正确选择.

1.2 悬索结构的组成

何为悬索结构？广义上讲是结构主要处于受拉状态的索结构；狭义上讲是由柔性受拉索、边缘构件和支撑塔架所组成的承重结构（图2），英文名称：cable-suspended structure.这一定义由全国科学技术名词审定委员会审定公布[1].其中，索只能承受拉力，不能承受压力，大多数应用于屋盖的造型设计.边缘构件所承受的屋盖压力和平衡来自索的侧向水平拉力，固定着屋盖索的形态.而下部支承构件属于受压结构体，承受来自上方索及边缘构件传递下来的所有荷载并将这些荷载传递到地面.因此，支承构件数量较多，形状简洁便于力的传递.上述三种构件缺一不可，协同作用，保证建筑骨架的有效存在.

1.3 悬索结构的特征分析

（1）受力合理，节省用料.在悬索结构中，柔性受拉索由钢材制成，恰好利用了钢材优良的抗拉性能.边缘构件既承受拉力又承受压力，用钢筋混凝土再合适不过.支撑构件只承受压力，用混凝土建造的情况比较普遍.各部分构件根据其合理的受力特点，都能找到适宜的材料加以建造，使材料性能得到充分发挥.

（2）跨度大，支撑少.预应力屋盖的产生使悬索结构建筑的跨度大大提高，同时屋盖也变得轻质高强，用压型钢板、薄膜板、轻质混凝土板等均可实现.屋面分有单片屋面形态和双片屋面形态两种.单片屋面形态室内空间无需支撑，而双片屋面形态中间有支撑，降低了单跨长度，这样形成的多跨空间结构从整体上看跨度变大，拓宽了适用范围.

（3）造型优美，表现力丰富.柔性索配合边缘构件的布局可以任意成形，创造出新颖别致的造型艺术.

（4）施工简便，安装快捷，可提高工效.由于悬索自重小，构件大部分都是预制的，可省去现场施工的许多模板操作，提高效率.

（5）若形式选择适当，可创造良好的采光和声学效果.例如大跨拱顶薄膜覆盖屋面，利用薄膜的强透气性和高透光率可获得良好的自然光.下垂的凹曲面屋顶可避免声聚焦现象，达到扩散声波的目的.例如：倒置的壳体单元以及悬索结构[2].（图3）

除上述优势之外，悬索结构带有自身的局限性：悬索屋盖结构稳定性较差，当索的荷载作用方向与垂度方向相反时，便失去了承载能力.因此常常附带一些索系而非单索来提高其空间稳定性，这样为负荷计算与材料加工带来不便.

2 建筑美学与建筑结构

2.1 结构形态与美学倾向

结构形态从总体上讲有线性形态和非线性形态两种.线性形态给人以刚劲有力、直接明了之感；非线性形态给人以柔美婉约、娓娓道来之感.这两种结构形态分别应用在悬索结构建筑中也会呈现出不同的美学倾向.

纵观我国建桥史，以巨大工程量著称的苏通大桥（图4），连接着江苏省苏州市和南通市，跨径1088米，是当今世界斜拉桥之最.这座桥的斜拉索结构形态是线性形态的完美演绎.在纤长的桥面上矗立而起的两座混凝土塔高达300.4米，这两座高塔将桥体空间限定成三部分，分别由塔尖顶向桥两侧放射出的斜拉索由近及远分布，最长拉索达577米.这些索形态呈斜直线，刚劲有力，长短不一，方向感极强，从远处观看犹如轻纱般将限定的三段空间笼罩成一个整体.

还有，1960年建成的美国耶鲁大学冰球馆（图5），整座建筑充满了非线性美.建筑由中心拱结构脊背和两侧低矮的圈梁组成索结构的骨架，流线型外观又是非线性结构形态的表达，彰显非线性结构形态柔美的气质.

2.2 结构与美学的关系

建筑结构的存在，使得建筑美学在形式美的基础上又多了一种美学类型：结构美.倘若建筑结构研究“怎么做”，那么建筑美学就是研究“为什么这么做”.如果将建筑比喻成一个躯干，若只有结构，无非是一个干瘪的空壳，有了美学概念的参与，空壳变得有血有肉、活灵活现，建筑也就被赋予了内涵与灵魂.尤其在大跨建筑结构（悬索结构）中，结构骨架作为主体部分，有的甚至直接暴露于外表.因此，结构美在整体美中占有举足轻重的地位，不可小视.

3 悬索结构建筑形式美建构原则的论析与鉴赏

3.1 建筑形式美法则

中世纪美学家、神学家圣托马斯.亚昆那（公元1226-1274年）曾在他的著作《神学大全》中写道：“美有三个因素：第一是一种完整或完美.凡是不完整的东西就是丑的；其次是适当的比例或和谐；第三是鲜明，所以着色鲜明的东西是公认为美的.[3]”这是对美的普遍认识.而事物有其独特性，对于建筑美我们的评判标准即建筑形式美法则是：变化与统一；主从与重点；均衡与稳定；对比与微差；韵律与节奏；比例与尺度.以下是应用六条形式美法则对悬索结构建筑实例的论析与鉴赏.

3.2 变化与统一

近代建筑巨匠勒.柯布西耶曾强调说：“原始的体形是美的体形，因为它能使我们清晰的辨认.[4]”在这里原始的体形可以理解成圆形、方形、长方形、正三角形等具有明显几何特征、简单几何属性的图形.古代许多建筑通过对上述基本图形的组合已经创造出高度完整统一的建筑形象.现如今，往往出于功能技术的要求，或形式的考虑，设计造型时一般在圆形、方形、正三角形、长方形等基本形式的基础上稍加变化，如大小、角度等，以求灵动，但整体上仍能够找到相同的几何原型，这便是变化与统一.

1998年日本长野冬奥会速滑馆是一悬索结构建筑（图6），以单索为基本单元，各个单索以渐变的方式排列，由小变大再由大变小，从立面上看，仿佛是一座日本本土山体的形态.每个单索单元虽说形状相同，但随着序列方向的推移，大小有所改变，这就回应了“变化与统一”的原则.

3.3 主从与重点

建筑物作为由若干要素组成的整体，每一个要素在整体中所处的地位和所占的比例不尽相同.如果所有要素都争相突显自己，那么从整体上看就毫无章法可言.例如绘画，如果整幅图无重点就会让观赏者视觉不集中，也难以留下深刻的印象.建筑也不例外，古代建筑主从关系多以对称的布局方式实现；近现代建筑由于功能日趋复杂或者地形条件的限制，延用对称构图的并不多，多采用一主一从的形式将次要部分从一侧依附于主体.

例如日本著名建筑师丹下健三于1964年建成的代代木体育馆就是对主从关系的很好诠释（图7）.其中较大的体育馆有两个“角”，它们由各自的螺旋形看台蜿蜒上升直至顶部成为焦点.而位于一侧较小的体育馆只采用单塔，构成方式和主体育馆相似，也是由单索逐个向上盘旋而成.这种主从建筑搭配的方式，与建筑场地完美融合.

3.4 均衡与稳定

所谓均衡，有两种基本形式：一是对称形式，二是非对称形式.对称形式天然就是均衡的.与对称形式相比较，非对称形式的均衡要轻巧活泼得多.例如：2009年建成的济南奥体中心在基地上就是以非对称形式分布的：三个体量围成一个内院，两个似豌豆形建筑和一个圆形建筑各占一角，相互间用空中天桥连接，体现了构图上的均衡美（图8）.

与均衡相关联的是稳定.如果均衡处理的是各建筑要素水平方向的平衡，那么稳定处理的就是竖直方向的平衡.据重力学原理，上轻下重、上小下大的形式比较稳定.同样在济南奥体中心，单个建筑物从底层外圈附属用房到中间看台再到顶层内圈穹顶的收敛聚集，无不遵循着重力学原理，这就是所谓的稳定感.

3.5 对比与微差

对比与微差研究的是如何利用技术手段、工程结构给建筑带来的差异性来求得建筑形式的完美统一.对比指各要素之间显著的差异；微差指各要素之间不显著的差异；二者缺一不可.通过对比，可使建筑各个要素更加突出其个性；通过微差，可使建筑要素之间更加强调其共性，以求和谐.例如，归类于悬索结构建筑的北京南站（图9），基地周围高楼林立，呈竖向构图居多.然而作为交通类建筑，庞大低矮的体量与周围的摩天大楼形成强烈反差.若俯瞰建筑整体似水波纹般从中央候车大厅向两侧扩散，无论是屋面细部雕琢还是椭圆平面尺寸都存在微小差别.北京南站的艺术特点就在于从建筑与外界、建筑与自身两个角度体现了对比与微差.

3.6 韵律与节奏

提及韵律，自然会想到节奏.就像一首好曲子，说其有韵律，那一定是音符编排得当，能够组织成悦耳的节奏.建筑被比作凝固的音乐，同样如此，人们通常将韵律分为以下四种类型：连续的韵律；渐变的韵律；起伏的韵律；交错的韵律.其中，连续的韵律在建筑中的使用最为常见.

美国华盛顿杜勒斯机场候机楼（图10）平面为长方形，单曲面单层悬索结构，两个长边布置若干单柱支撑构件.这些支撑构件沿长边方向均质排列（即保持恒定间距的反复出现），赋予立面系统一定的韵律与节奏.支撑构件营造的韵律美不仅展现在外部造型上，在内部空间也同样如此，Y形支撑经过有序布置创造出优美的视觉效果（图11）.针对悬索结构支撑构件的线性特征，在大体量建筑中有序排列加以点缀，不乏成为一道亮丽的风景线.

3.7 比例与尺度

威奥利特.勒.杜克（viollet-le-Duc）在他所著的《法国建筑通用词典》一书中，给比例下了这样的定义：“比例的意思是整体与局部间存在着的关系—是合乎逻辑的、必要的关系，同时比例还具有满足理智和眼睛要求的特性.[5]”“满足理智要求”是指良好的比例合乎一定的内在逻辑，“满足眼睛要求”是指良好的比例具有一定的美学价值.例如古希腊毕达哥拉斯学派提出的黄金分割比（1：1.618）以及勒·柯布西耶提出的“模数”理论都是对比例问题经过长久研究之后得出的著名结论.

和比例相关联的另一个范畴是尺度.尺度指的是要素给人感觉上的大小印象和真实大小之间的关系[6].良好的尺度二者应一致，出现的问题一般分为两种：即大而不见其大与小题大做.这两种情况，难免使物体失去应有的尺度感.本文主要提及正常尺度下所表现出来的建筑美.例如，德国乌柏特市游泳馆几何形态的比例尺度就拿捏得恰到好处（图12），立面从上到下依次为：下凹屋面悬索形成的弧线与依据看台被斜向切割成的楔形，以及镶嵌在其中用以连接上部体块和地面的方形，三者几何关系明了，与内部空间功能相呼应，仿佛游泳健将举起双手庆祝胜利，彰显了建筑的几何美.

4 悬索结构建筑的应用前景

大跨结构在目前及未来的相当时间内，仍被广泛应用.悬索结构作为大跨结构的主力军，有着其他结构形式无法比拟的发展潜因：国际性大型运动场馆的需求给予悬索结构跨度大的施展空间；易施工省材料使其备受结构施工方的青睐，例如当建筑跨度不超过160m时，每平方米的用钢量一般不超过10kg；再者，夸张的造型可能性带来建筑设计方设计城市地标的又一参考与挑战.近些年，由于生产和使用需要，悬索结构新的潜能被开发，例如斜拉索、张拉索通过锚具与地面或建筑地环梁锚固产生周边有约束的鞍形或帐篷形，上面覆以膜布，应用于景观小品工程.若将在建筑局部水平放置的悬索结构转为竖向放置，便可应用于大面积玻璃幕墙中.例如拉索式点接驳全玻璃幕墙采用预应力双层悬索结构，设计成对称型，用柔性索作为支撑和固定玻璃的构件，施工时先计算张拉预应力后铺设面板，保障悬索结构发挥正常功效.上述的各种优势和运用，开拓了悬索结构在我国甚至世界范围内的光明前景.

5 结语

本文将悬索结构建筑的技术认知跨越到艺术认知的高度，旨在通过这些尝试，使结构技术与美学艺术在悬索类建筑领域达到真正的融合，进而应用实践于未来的悬索结构建筑中.

参考文献：

（1）悬索结构Cable Suspended Structure[J].工业建筑，2010（8）：81.

（2）叶献国.建筑结构选型概论[M].武汉：武汉理工大学出版社，2003.4-5.

（3）朱光潜.西方美学史（上册）[M].北京：人民文学出版社，1982.131.

（4）彭一刚.建筑空间组合论[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，1998.35.

第4篇：大跨度结构建筑工程实例范文

关键词：接岸引桥 钢引桥 预应力箱梁

1.引言

随着国内水运工程的日渐发展和完善，项目建设主管部门各方都越来越重视对于项目建设改变现状的影响，要求越来越严格。其中，水利主管部门对于码头接岸跨堤结构非常重视，要求较高，通常要求一跨过堤以减少对现状防洪堤的影响，本文通过分析比较了几种跨堤形式的优缺点，着重对钢引桥跨堤举实例展示了钢引桥在跨越防洪大堤时的应用优势。

2.常见跨堤形式的简述

目前，国内的内河码头建设都会遇到码头与后方陆域接岸跨越防洪大堤的情况。一般引桥跨堤有以下几种常见形式：①堤两侧做桥台，桥面平接堤面；②预应力结构混凝土；③钢引桥。

堤两侧做桥台，桥面平接堤面，桥台具有多种形式，主要分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台、承拉桥台等。采用此形式时，桥面平接大堤有利于行车流畅，且整体美观，工程费用低。但是通常码头运输车辆载重较大，对防洪大堤稳定性影响较大，需要对大堤采取相应的加固措施。即使采取了加固措施，如今，主管部门通常都不再批复这种跨堤形式。

预应力混凝土结构一跨过堤，桩基落在堤脚外，通常有预应力空心板、预应力T梁、预应力箱梁等。预应力混凝土结构跨堤形式是目前最常用的，跨堤形式简单，技术成熟，对大堤影响较小。缺点在于由于大跨度影响主梁较高，在梁底高程受限时，将会使得桥面会大幅高出堤面，从而影响大堤上的行车流畅性，同时跨堤之后放坡较长较陡，影响陆域平面布置使用，而且施工受大堤附近地形影响，施工困难，施工成本高。

钢引桥一跨过堤，桩基落在堤脚外，有普通桁架式、空腹拱桁式和实腹板梁式结构。由于梁高比砼结构梁高要小，对大堤影响相对更小，施工方便，可以分块预制后现场拼装焊接，无需大型设备辅助施工。当受到外部条件制约时，是最有效的方案。

3.钢结构的发展及应用

钢材具有自身强度高、塑性和韧性好、材质均匀、强度与质量密度之比较大、制作简便、施工周期短、回收方便等混凝土结构所不具备的优点，经常被用于建造大跨度建筑物。钢结构具有其自身材质的特性，在应用于实际工程中具有明显优势：

①延性好、塑性变形能力强、具有优良抗震性能，能够大大提高建筑物安全可靠性；

②钢结构整体自重轻，便于运输和吊装，可减轻基础的负荷，降低基础造价；

③钢材可在工厂内制作加工成型后再运至工地安装，受气候及天气影响小，且加工迅速，施工工序简单，不需要复杂材料设备，对环境污染也小；

④钢结构在使用过程中易于改造，并且可回收利用，节约资源；

⑤钢结构适用范围广，工艺成熟，易做成大跨度结构。

钢结构具有诸多优点，因而在工程界中被广泛应用。但钢结构在具有许多优点的同时，我们也不能忽视其突出的缺点─易锈蚀。因此对钢结构特别是薄壁构件须注意防护，处于较强腐蚀性介质的建筑物不宜采用钢结构。采用防腐措施时，钢结构在涂油漆前应彻底除锈，除锈质量和涂层厚度均应符合要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在难于检查、维修的死角。

4. 实例比选

信义环保特种玻璃（江门）有限公司码头位于珠江三角洲西江西海水道天河～百顷头河段下段的右岸，建设1个3000吨级散杂货共用泊位，码头长138m。码头与后方陆域连接采用引桥结构，需跨防洪堤，跨堤段长约30m，引桥宽度8m，堤顶高程为5.00m。水利主管部门要求梁底标高在水位4.20m以上，要求一跨过堤。设计时主要考虑预应力小箱梁结构和钢引桥比选，最终采用钢引桥方案并已实施，详见图1～图3。

（1）方案比选。

采用预应力结构跨堤，如图4所示。本方案采用3根跨径30m预制的预应力箱梁现场吊装，单根箱梁重约108t，由于是跨堤段安装，外侧靠近堤防不允许开挖后浮吊作业。受地形条件制约，堤后回填上履带吊起重机作业，成本高且对大堤荷载较大，而直接用履带吊起重机在大堤内侧堤脚外起吊，吊幅较大，施工较困难，安装成本依然较高，且施工荷载对大堤稳定仍然有较大影响。且梁跨为30m，梁高和面层累积1.7m以上，高出堤顶面0.9m，必须在大堤面放坡0.9m使堤顶能满足大堤方向通车，放坡长度和坡度使跨堤结构整体外观效果不佳。跨堤后接路场放坡较长、较陡，对陆域布置使用影响大（如图4）。

采用钢引桥跨堤，如图5所示。本方案在满足水利部门梁底标高为4.20m时，桥面高程5.40m，大堤面放坡0.4m，放坡长度与坡度均较小，跨堤结构整体外观较好。可以分段分块预制好运至现场拼装焊接，施工简便。考虑到钢引桥跨堤段与引桥整体衔接美观流畅，其面层做了10cm混凝土铺装层，为防止开裂及与钢板连接牢固，浇筑前钢板面上焊设防爬钉40cm格形布置，并布置了钢丝网（如图5）。

综合比选，以上两种方案实施难度上，很明显钢引桥比预应力箱梁结构施工简便，且梁高要小，建成后接陆域放坡和沿堤走向放坡更有利满足使用要求。由于预应力箱梁需要大型设备辅助安装而钢引桥材料成本略高，综合投资相近。在施工条件受限时，需采用跨度大、梁高小、施工安装不受大堤地形限制的结构。因此，钢引桥是一种行之有效的跨堤结构型式。

（2）钢引桥计算。

30m跨径的钢引桥计算荷载为：两辆30t卸货车，梁高1.2m，整体现浇砼层0.1m（按自重荷载计），钢引桥立断面形式如图3所示（其中给出断面为支座处断面图），钢材材质采用Q235型，T梁翼板高160mm，厚20mm，每隔500mm布置一道，每150 0m m在T梁翼下布置腹板加劲板，腹板厚20mm，混凝土铺装层布设了防爬钉和钢丝网，人行道布置了构造钢筋，详见图6和图7。结构计算使用ANSYS结构有限元软件计算，采用SOLID92实体单元建模，详见图8。计算结果应力如图9所示，最大应力172Mpa≤205Mpa，最大挠度见图10所示，挠度值11.07mm≤L/600=50mm[4]。此外，通过软件对结构进行整体稳定性复核计算，该引桥结构稳定性也符合规范规定。

在30m跨度下，通常预应力箱梁结构需要梁高1.6m以上，而钢引桥结构以其轻质、高强度的特性，其梁高可以降低到1.2m，施工简便，综合施工措施费后总投资相近，钢引桥相比起预应力砼结构形式，在跨堤受施工外部条件限制时有明显适用性优势。

5. 结语

钢引桥以其轻质、高强度的特性，相比起预应力砼结构形式，可以大幅降低梁高，在梁高受限及施工条件受限制的实际工程中有明显适用性优势。并且钢引桥结构施工方便，不受地形条件限制，可以预先分部制作，然后现场拼装焊接，施工效率高。随着码头工程跨堤接岸要求越来越严格，为满足使用要求和施工方便，钢引桥将更为广泛的应用于跨堤结构。

参考文献：

[1]卢青法.某港口钢引桥荷载实验和技术状况评价[J]，水运工程，2008.

[2]王金方.浅议钢结构桥梁在我国的应用[J]，山西建筑，2009.

[3]易永会.关于建筑钢结构在我国的应用探讨[J]，建筑科学，2009.

第5篇：大跨度结构建筑工程实例范文

【关键词】加固；混凝土；拔柱；框架梁加固；有限元分析；监测

随着现代社会人们对生活水平要求的不断提高，建筑各项功能需求也越来越高，现代建筑已经越发难以满足人们的需求，但是这些建筑的服务寿命还不长，没有到达寿命期间，若要直接拆除，不仅浪费资源不说，其拆迁的费用也非常昂贵，同时也会对拆建建筑周边的居民和生活秩序带来巨大的影响。在无法进行拆除修建工程的情况下，各个建筑企业都将目光放在了已经在使用的住房进行维修加固和现代化改造之上。这种能够在原有建筑的基础之上进行改造的方法，能够在保证整个建筑自身的结构稳定性的同时，对建筑的内部制定部位进行加固或者现代化的改造，整个工程所需投入的资金相对于建筑工程来说，要小得多，见效快，其自身施工工程在具有良好的经济利益的同时，还具备着社会效益。

一、建筑改造介绍

在诸多的建筑工程改造中，钢筋混凝土结构的建筑进行内部空间扩大，增大立柱距离的改造工程师机器厂家的。但是这种改造方法因为需要完全移动建筑内部的承重力，使其受力位置发生变化，如果建筑主体自身在移动主体承重的过程中，不能够荷载自身的重量或者荷载超标，就必须要对房屋建筑结构的各个承重结构先进行加固，然后再实施对立柱的挪移工程。

目前我国的各个建筑工程队伍将研究的目光以及建筑的改造领域主要放在了一些陈旧厂房加固和改造之上，这种施工方法就是完全改变其建筑的承重体系，但是我国的工程改造队伍对于这类大跨度建筑结构进行拔柱改造以及框架梁加固技术进行理论研究的课题并不多见，所以需要对以往的已经有的建筑加固和改造经验进行研究，整个改造研究的过程中，必须要针对大跨度建筑在拆除立柱或者承重体系移动的详细过程中，并且将这一现象进行模拟分析，从实验以及测试的数据中，找到正确的施工方案、施工措施、监测方法，这项研究理论具有极其重要的作用。

1、工程概况

本文中的案例工程的地理位置处在一个外滩之上，其建筑主体的主要框架结构为剪力墙支撑体系，改建筑的地平线之下建有两层，地平线之上建有20层房屋结构。该建筑的主体结构在建设完工之后，才发觉位于顶层的会议室3-A轴的1050mm的立柱由于所处位置不当，遮挡住了室内的拆光以及实现，所以为了能够满足会议室内的需要，扩大视线和采光，就需要将该立柱进行拆除，其主要施工需求是：将框架梁由现目前的两个10.2米和8.6米的跨度，合并成为一个单独的18.8米的跨度，这样一个跨度，在目前的工程项目中属于个大跨度的框架梁改造工程，在施工的过程中由于受到结构自重以及墙体荷载等原因，必须要先对框架梁中的承重主梁先进行加固之后才能开始使用，以保障安全施工。

2、数值仿真计算

根据结构施工图，在Midas软件中建立三维模型，框架梁、柱采用beam单元模拟，核心筒的剪力墙采用plane单元模拟，楼板也采用plane单元模拟。建立18，19，20层和屋顶的结构模型。对于电梯井剪力墙和立柱为C60混凝土，对于梁和楼板采用C30混凝土，主筋采用HRB400 级钢筋。

对模型的底部采用固端约束。梁柱的节点处也为固定约束。荷载取值：屋面活荷载2.0kN/m2，擦窗机轨道自重3kN/m，擦窗机自重250kN。考虑挂篮对荷载的影响，外侧轨道支点力为66.7kN，内侧轨道支点力为57.8kN。

荷载组合效应值取以下两公式计算结果的最大值：荷载值=1.2×恒荷载+1.4×活荷载；荷载值=1.35×恒荷载+1.4×0.7×活荷载。根据擦窗机移动的位置，将计算分为9个工况，分别考虑擦窗机行进在轨道不同的位置，考虑对结构的最不利影响。根据有限元计算分析结果，在拆除1050mm圆柱前后各构件受力状况如表2所示。

根据截面配筋和《混凝土结构设计规范》GB50010—2010的要求，对结构的承载能力极限状态进行核算：梁1跨中、支座处弯矩承载能力不能满足要求；梁2受梁1的影响，在电梯井端弯矩承载能力不能满足要求；柱1、柱2的承载能力满足要求。对梁1进行加固后，梁2将满足规范要求。

3、结构加固设计

《混凝土结构加固设计规范》GB50367—2006[5]规定的加固方法主要有： 外包型钢法、置换混凝土法、体外预应力法、屋面增设支点法、粘贴钢板或纤维复合材料法、增大截面法等。

考虑到加固后的结构可靠性强、施工方便、维护简单等因素，决定采用增大截面法，在屋面加设高600mm的反梁，则意味着擦窗机轨道梁升高，在900mm×900mm梁底面加设厚300mm的托梁，通过箍筋连接和混凝土凿毛处理，在柱1和柱2之间形成900mm×1800mm的大梁。在设计过程中，为保证加固反梁、托梁与原梁柱结构协同受力，在相关节点上进行了特殊处理。

通过以上框架梁1的加固和两端柱1、柱2节点处理，经承载能力极限状态核算，满足规范要求。

4、信息化施工

为保证拆柱改造与主梁加固施工过程的安全，整个施工过程都处于数值仿真模拟、信息化监测、格构柱分批卸载的控制下。

4.1信息化监测布点。根据正常使用极限状态的荷载条件，采用ANSYS仿真软件计算得到加固后框架梁将产生7mm的下沉。

根据仿真软件的计算结果，框架结构上应力测点和变形测点，应力测点主要布置在梁1、梁2和柱1、柱2的受拉区，立柱割除周边格构柱上，采用表面弦式应变计做应力测试；变形监测点布置在梁1、梁2跨中部位、主次梁相交位置，采用徕卡全站仪和反光膜片配合变形测试。

4.2格构柱设计与布置。采用2根[28a组成截面尺寸为220mm×280mm的格构柱，其缀板为10mm×150mm×150mm的Q235级钢板，间距700mm，与槽钢采用8mm高角焊缝焊接。格构柱两端设置10mm厚500mm×500mm钢板，上端与主梁、下端与楼板均采用4个化学螺栓固定。

在正常使用极限状态的荷载条件下，格构柱在立柱切割后，最大轴力为628kN。取上述参数能够满足格构柱强度、绕实轴稳定性、绕虚轴稳定性、分肢刚度、缀板焊缝强度、柱脚焊缝强度和柱身对接焊缝强度的规范要求。

第6篇：大跨度结构建筑工程实例范文

[关键词]大开间；大跨度；多高层建筑；结构设计；问题

中图分类号：TU208文献标识码： A

一、前言

在当前建筑设计过程中，无论是多层建筑还是高层建筑，结构的设计是至关重要的，合理的结构设计对整个建筑工程的质量都有重要的影响。在多高层建筑结构设计的过程中基础的合理设计、纵横刚度与主梁受扭问题、杆件轴向变形、次弯矩问题的影响问题都是设计的重点，我们在设计的过程中要根据相关的标准进行设计。

二、高层建筑结构设计原则

1.选择合理的结构方案

在当前建筑结构设计的过程中，方案的选择是至关重要的，不同的建筑，在选择方案时也会有不同，在选择方案时要遵守经济合理、安全实用、节能环保等原则。在不同的地域对施工材料、施工工艺、施工技术有着不同的要求这就要求方案的设计者和施工者要对当地的具体施工情况进行详细的了解，通过论证选择出最佳的结构设计方案，满足工程建设的需要。

2.选择合适的基础方案

对建筑进行结构设计，要充分考虑建筑所在地的周边环境，要对工程的地质条件以及周围建筑的施工及特点做好调研，充分保证后续建筑过程与周边环境的和谐统一。建筑结构设计中要选择合适的基础方案，基础方案要体现结构设计的方方面面，要尽量显示建筑的全貌。同时，要考虑建筑的经济成本和效益，最大限度发挥建筑周边条件的作用，保证建筑的正常实施。

3.选择合适的计算简图

高层建筑的结构设计要选择适当的设计简图，由此可以防止由于计算简图选择不当，导致建筑安全隐患的发生概率增大。建筑结构计算是以计算简图为基础，所以结构设计中要特别注重计算简图选取问题，从而可以保证后续结构计算的准确性和建筑设计的安全性。当然，建筑实际结构与选取的计算简图之间允许存在合理误差，但是要尽量把工程实际控制在计算简图精度要求范围内。

4.分析所得到的计算结果

当下，信息技术飞速发展，由此也带动了建筑结构设计对计算机软件的应用。由于不同计算机软件会产生不同的计算结果，所以要对不同结果进行分析处理。由此，建筑结构设计人员就要具备专业的建筑结构设计理念和知识，更要对计算机软件有充分详细地了解，便于对计算机计算结果进行客观分析。由于操作人员自身的问题或者计算机软件具有的自身误差，使得计算结果与实际情况出现一定的差异，这时就要求结构设计人员客观判断，并予以纠正。

三、常见的问题分析

1、纵横刚度与主梁受扭问题

在大跨度多高层建筑结构设计的过程中，要有预应力次梁的设计，一般情况下预应力次梁设计在大跨度方向，主梁设计一般放在开间方向，要根据具体的情况考虑是否在主梁上施加预应力，这样就将在框架设计过程中的习惯改变，由于设计习惯的影响，总觉得横向刚度存在一定的问题。但是通过计算能满足相关标准的要求，在结构设计的过程中只要能满足相关标准的要求就能满足设计的要求，在使用的过程中也不会出现文艺问题。

2、次弯矩问题

超静定结构张拉时,在次反力作用下产生的截面弯矩称为次弯矩。在静定构件中,验算跨中截面抗裂性时,计算混凝土应力只是把混凝土取为脱离体。而计算跨中强度时,是把混凝土和钢筋共同取为脱离体,计算弯矩就等于荷载弯矩。若左端铰支不变,右端为两跨连续梁的中间支座,就成为超静定结构。两跨连续梁配筋,张拉钢筋时梁的变形将受到约束,中间支座处有一个力要把拱起的梁拉回原来的位置。左端支座产生的次应力在跨度各截面上产生次弯矩。在进行跨中截面混凝土抗裂验算和截面强度计算时,所取的脱离体完全与前述静定构件相同,只是按连续梁计算的支反力和荷载弯矩值将有所不同。

3、杆件轴向变形的影响问题

施加预应力的杆件要产生轴向变形,其中的徐变收缩变形很难准确计算,差别可能很大,但一般考虑长期变形为短期变形的2倍,人们往往能够接受。种种条件有利时,长期变形值可以再少取一些。杆件轴向变形引起整个超静定结构的内力变化,要认真分析。当轴向变形很大时,一般是在施工时采取让杆件可以自由变形的措施。张拉后,等一段时间再做成整体连接,但这样处理比较麻烦。

四、高层建筑结构设计问题与策略

1、高层建筑结构设计高度问题及解决。

我国有关部门对于高层建筑结构体系的最大高度问题，出台了一系列的规章制度，对其进行了严格的规定与规范，其中之一便是《高层建筑混凝土结构技术规程》。该《高层建筑混凝土结构技术规程》对于高层建筑结构体系的高度问题规定，主要是从经济性以及适用性等方面进行规范的。《规程》适宜高度，不仅仅与我国建筑施工技术水平以及建筑水平相关，而且还与我国国民经济发展水平，与建筑工程规范体系相协调。但是在实际的高层建筑结构设计以及施工中，出现了许多与《高层建筑混凝土结构技术规程》规定相违背的高度。举例来讲，在有些建筑物设计以及施工过程中，甚至出现了高达四百多米的组合机构大厦以及三百多米的混凝土结构体系的广场。尤其是近几年来，建筑物的高度不断增加，建筑物自身的参考系数已经超出了《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，例如在安全指标、荷载取值以及延性要求、材料性能、力学模型选择等方面。为此，对于这些高层建筑结构设计高度问题，设计单位需要严格根据高层建筑混凝土结构技术规程》等有关规定，对设计高度保持科学严谨的态度。

2、钢筋混凝土梁承载力问题及解决。

一般来讲，城市高层建筑主要是以写字楼以及其他办公场所为主，因此，在实际的高层建筑结构设计过程中，设计单位需要着重考虑到空调、消防等设备。这些设备不同于其他设备，它们往往是布置于楼层的梁底之下的，如果没有梁底开洞，就没有办法进行设备的安装。因此，在设备安装之前，设计单位需要对梁的承载力进行分析以及计算，避免出现由于梁底承载力不足而出现安全结构问题。对于梁底开洞之后的承载力，设计单位可以通过孔洞周边补强筋以及开孔梁挠度、裂缝宽度等数据进行分析。对于钢筋混凝土梁腹部开孔，国家出台了有关政策，例如《高层建筑混凝土结构技术规程》《混凝土结构构造手册》等，对于钢筋混凝土梁腹部开孔的位置、流程、环节以及大小等进行了科学的规范。设计单位在进行钢筋混凝土梁承载力计算时，还需要参考不同种类腹部开孔方式，提高钢筋混凝土梁承载力计算的精确度，这对于提高建筑物的稳定性以及安全性意义重大。除此之外，还可以对钢筋混凝土梁承载力进行有效地计算。我们在对钢筋混凝土承载力进行计算的过程中还要对腹部的开孔方式进行考虑，不同的开孔方式对钢筋混凝土的承载了是不同的，例如，在南京国际会展中心工程设计的过程中，横向和纵向的长度分别我292米和158米，横纵向都没有设置缝，这就不能满足承载力的需要，在不同的工程建设过程中，我们要根据工程设计的特点和需要对承载力进行计算，可见承载力的计算对建筑结构设计有着十分重要的作用和意义。

五、结束语

在大开闸大跨度多高层建筑结构设计的过程中要根据建筑的实际情况，采取相关的措施，保证建筑的结构设计能符合相关标准的要求，提升建筑结构设计的水平，促进大开闸大跨度多高层建筑结构设计的快速发展。

参考文献

[1]阴杰,曹京华,陈克勤.高层建筑的结构设计理念[J].山西建筑,2007

第7篇：大跨度结构建筑工程实例范文

【关键词】用钢量结构安全储备延性优化方向

首先从框架结构说起：有人认为，要降低结构用钢量，应增加混凝土用量，因为增加混凝土用量，可使结构构件配筋计算值接近构造，从而使用钢量降低。这句话如果不考虑地震作用，可能有道理，可是当考虑地震作用尤其是比较大的地震作用时，随着构件混凝土用量的增加，结构刚度增大，地震作用也增大，用钢量就不一定降低了。以一个纵横向均为5跨，柱距均为6m，层高3.6m，6层类似办公建筑的框架结构为例，取地震作用条件为上海Ⅳ类场地土（场地特征周期为0.9s），7度0.1g的条件下的地震作用，大致相当于8度（0.2g），Ⅱ类场地土的地震作用。楼板均为100mm，楼板混凝土用量约为0.1m3/m2，楼板用钢量约为8.3kg/m2，当框架梁基本不变，逐渐加大柱截面；或框架整体指标（周期、位移角基本不变，逐渐增大柱截面，配合适当的框架梁进行计算分析结果如下：

以上两个表格是PKPM08版（2010年）进行计算分析，用钢量采用PKPM算量软件进行相同条件下的配筋统计结果，理论上上述配筋统计结果为计算值与构造值的大者进行实际配筋的结果。从表1方案一可以看出，当柱减小到（按规范轴压比限值控制）规范容许的最小截面时，因应满足位移限值的要求，必须加大框架梁的尺寸才能满足。方案二到四，随着框架柱截面逐渐变大，结构混凝土用量逐渐变大，用钢量有所降低。从方案五可以看出，当框架柱大到一定尺寸时，结构混凝土用量、用钢量均加大，说明此时框架柱用钢量计算值已经小于构造值了。也就是说，在一定范围内增加混凝土用量可以减小用钢量。上述五个方案从是否满足规范的角度看，均为可行方案。但方案一靠加大水平构件的刚度达到整体整体指标，材料用量也最高，最难满足强柱弱梁原则，为最差方案。方案二、三虽然各项指标均满足，但位移角刚刚满足规范限值，安全储备较低。方案四与方案二、三比较，材料用量稍有增加，但安全储备更高，显然方案更优。方案五随安全储备最大，但材料用量相对不经济。上述方案对比还表明，随着结构混凝土用量的增加，用钢量在一定范围内能减少，但减少的量不太明显。但如果逐层进行统计分析，发现底部楼层用钢量差异较大，上部楼层差异较小，原因是底部楼层按计算值配筋较多，而上部楼层按构造配筋的多，根据笔者多年的对一些项目的统计，实际工程在混凝土用量增加时，用钢量节省比理论计算减小更多，原因是实际配筋时往往比计算值、构造值大。

表二仍以上述计算模型作为例子，以结构总体性能统一为对比条件，可以看出，随着柱逐渐增大，框架梁也逐渐减小，但减小的幅度越来越小，除方案六外结构整体用钢量也逐渐有所减少，但减小量也不是很明显，没有混凝土增加幅度大，说明增加混凝土量不能明显减少用钢量。方案六因柱子取规范允许的最小截面，因而必须加大梁截面才能满足整体性能要求，混凝土、用钢量均最大。以笔者经验，在多层中小跨度框架，竖向构件应比规范的最低要求适当加强的方案更优，这正说明规范强调强柱弱梁原则的重要性。从结构优化的角度，笔者认为方案八、九比六、七、十方案好，方案六显然最差，方案十材料用量大，不经济，方案七虽然材料用量较低，弹性位移角也相当，但大震条件下，较难实现强柱弱梁的破坏模式，安全储备较低，方案八、九如果强调安全储备和结构延性，则方案九好，如果强调经济性，则方案八好。

再举一个框架的例子，柱网尺寸为8.4m的商业类建筑，纵向5跨，横向三跨，层高5m，6层框架，也按满足相同的整体指标为比较条件，得到如下结果：

从上表方案比较可以看出，随着混凝土用量增加，结构用钢量并没有明显降低，但当混凝土增加到一定量时，用钢量也开始增加，同前面例子的结果一致。举这个例子，还说明，同样是六层框架，因柱网尺寸较大，荷载也较大，混凝土用量、用钢量均明显增大，所以框架结构是不可能有一个所谓的合理用钢量的，它跟跨度、荷载、材料强度、结构平面立面规则与否、结构扭转程度、结构方案是否优化等都有关系。

时下住宅设计方面，几乎所有开发商均对设计有用钢量要求，似乎只有用钢量才是结构优化的唯一指标，这当然很可笑，但市场竞争环境无法扭转这样的趋势。以下就以剪力墙结构为例说明。仍以上海为拟建场地条件，开间均为4.2m，七跨，进深分别为8m、5m、8m的剪力墙结构，纵横方向墙肢均能对齐形成框架或联肢墙，荷载按住宅类，层高2.9m，26层，墙厚均为200，板均为100mm，楼板混凝土用量约为0.1m3/m2，楼板用钢量约为8.3kg/m2，进深方向逐渐加长墙肢长度，减小梁截面，以相近位移角为对比条件，结果如下：

从上表可以看出，随着墙肢加长，混凝土用量增加，用钢量也在增加，但从具体计算值看，底部区域墙肢抗弯、抗剪计算值都明显减少，但实际总体平均用钢量实际在增加，若分层统计明细就会发现，底部几层用钢量的确是减少的，但上部大量楼层计算值均为构造，而住宅设计时并没有将墙肢长度随层数的增加而逐渐均为减少，而一般是一个标准层上顶，所以构造配筋在住宅结构站很大比重。

再举一个实际工程的例子，标准层如下，共15层，仍统计理论用钢量，因上面例子是26层，按抗规抗震等级为三级，而本例是15层，抗震等级也是三级，也就是说与上面的例子的荷载条件、自然条件、构造措施均相同，开间从3～4.7米不等，标准层平面如下：

因建筑功能需要，仅能某些墙肢增加长度或取消部分梁改实墙，梁尺寸适当调整，避免超筋等，也就是说下表方案从是否满足规范角度看均可行，结果如下：

从实际工程的例子也能得出如表4相似的结论，住宅类结构混凝土用量增加，用钢量也会增加。但注意对比以下表5、表4所举的例子统计结果，发现实际工程混凝土用量、用钢量均比及表4所列其规整的剪力墙结构要大得多，这说明住宅类结构平面是否合理对用钢量的影响非常大。表4例中的方案，墙肢与墙肢之间均能形成框架或联肢墙，而从表五例中的最左边单元看，进深方向仅3轴全轴形成框架或联肢墙，开间方向仅H轴全轴形成框架或联肢墙，其他墙肢均间接形成框架，尤其是1、2轴，因建筑在转角部位要求设转角窗，无法通过F轴的1～2轴段设墙肢形成联肢墙，这样，对结构受力至关重要的山墙在进深方向基本是悬臂受力状态，受力不合理，为满足整移条件，需按“满墙”才能满足位移及扭转控制的要求。而且，本例因与建筑协调，没有一个墙肢属于配筋应适当加强的短肢墙、一字墙存在，虽为小高层，但材料用量却比表4列举的规整的26层剪力墙方案翻倍，很惊人。这个实际的工程是一个比较典型的一梯四户或三户的类型，方案在操作过程中基本没有结构人员参与，建筑方案人员与业主、政府部门等就把方案定下了，其中结构传力不合理之处基本没法更改，但合同却要求用钢量指标，结构设计人员很无奈：从实际工程的结构方案看，笔者认为基本没有再优化的地方了。顺便提一下，短肢墙、一字墙结构布置时是尽量不用的，但如果结构必须布，要么是梁跨度过大，梁高受限而必须加，或者是建筑边角部位因建筑要求而不得不采用短肢墙或一字墙，这会让用钢量更大。因此，实际上住宅也不应有什么合理用钢量，这与建筑方案有很大的关系，上述两个较为极端的例子说明这一点。借用“墙率”的概念，即每平方米建筑墙的截面积，上述两个方案墙率比约为3，说明墙肢之间形成联肢墙非常重要。住宅剪力墙结构进深方向一般墙肢尺寸均比梁大得多，基本都满足强墙弱梁，所以从方案优化角度看，应是尽量让墙肢形成联肢墙，避免短肢墙、墙长基本能满足刚度要求就可以了；但开间方向就不一样了，以本例看，因开间方向的边跨开门洞，只能形成若干段联肢墙，而且南边还有凹凸，对整移非常不利，为满足位移角，只能加强凸窗段连梁来满足，还有因建筑功能分区需要，局部错板，需增加一些梁，是本例梁用钢量比表4列举的例子大的原因。

结论：

框架结构不应有什么合理用钢量，用钢量与建筑功能、柱网大小、建筑平立面规则程度、材料强度、结构扭转程度、结构方案是否合理等很多因数有关。结构优化方向应是柱网布置合理，结构扭转成分较少，柱适当强于梁的方案为优化方向。

一般高层住宅结构也不应存在合理用钢量，用钢量与建筑平面、立面有很大的关系，尤其是建筑平面；还与建筑开间大小、材料强度、结构扭转程度、结构方案是否合理等因数有关。结构优化方向应是竖向构件布置均匀，纵横向尽量能形成有效的联肢墙或框架体系，尽量避免短肢墙、一字墙，边墙应适当加强以增强抗扭转能力（尤其是“山墙”），梁格布置应传力清晰，在板跨能接受的条件下尽量少布梁，尽量减少较大跨度的异形板等等。

为适应建筑市场因素，建议建筑方案构思过程中应请有经验的结构设计人员帮忙处理承重体系，在方案阶段业主提出受力上不合理建议时应有资深结构人员给业主指出，好让业主有一些认识。要做到这点很难，这也许是结构设计人员的悲哀了。但方案设计人员应给业主讲明：如果为追求一些建筑上的新、奇、特的效果，业主应舍得花一些代价。

第8篇：大跨度结构建筑工程实例范文

关键词 拱形管桁架 工程应用 力学性能

0引言

拱形结构又称之为推力结构，它的特点是可以利用其曲线拱轴将外荷载产生的弯矩转化成轴向压力，从而提高结构的效率。桁架结构是由杆件彼此在两端用铰链连接而成的结构，由直杆组成的一般具有矩形或三角形单元的平面或空间结构，桁架杆件主要承受轴向拉力或压力，从而使材料得到充分的利用。针对大跨度建筑结构，可较实腹梁有节省材料用量，减轻结构自重和增大刚度等优点。

拱形管桁架结构结合了以上两种结构跨越能力强、承载力高等优点，是将拱形状的钢管通过焊接的方式连接成一个整体的结构形式，由于平面管桁结构所有的钢管都在一个平面内，其稳定性不能得到保障，所以拱形管桁架结构通常采用倒三角形截面形式，这种截面形式稳定性好，在桥梁、房屋等建筑工程中得到了广泛的应用。

1拱形管桁架在大跨度建筑工程中的应用

随着我国近年来钢铁产量和质量的不断增加，拱形管桁架得到广泛的使用，在大跨度建筑工程中所占的比重日趋增大，广泛应用于体育馆，会展中心，飞机场，航站楼等，大型工业厂房等大型公共建筑中。

1.1国外的应用实例

钢管结构的应用最早追溯于1947年在墨西哥海湾建成的世界上第一个现代化的海洋平台，建成之后工程师们对钢管结构有了初步的了解，随着钢材的发展，工程师们把这种结构逐渐用于大型公共建筑，比如工业厂房、飞机库、体育馆、展览馆和商场等众多工业与民用建筑工程。

近几年来，随着钢管桁架理论知识与施工工艺技术的发展，世界上许多国家的地标性建筑均选用钢管桁架结构，大跨度空间钢结构进入到一个蓬勃发展的时期。

2014年竣工的新加坡国家体育馆，声称是世界最大的跨度穹顶建筑。跨度达310米，弯曲的穹顶是一种非常标志性的建筑结构形式。而穹顶就是由拱形管桁架组成。

2016年奥运会卡里奥卡体育馆是一座位于巴西里约热内卢巴拉的室内体育场馆，体育馆上部屋盖主要由拱形管桁架结构组成。主体结构包括1、2、3号馆，在奥运会期间分别主办了篮球、柔道和摔跤、击剑和跆拳道等体育赛事。

1.2 国内的应用实例

我国钢结构行业的兴起始于20世纪80年代，相对于世界上一些发达国家，发展起步较晚，但经过几十年的迅猛发展，空间钢管桁架结构在大跨度建筑中得到广泛应用 。

北京奥林匹克篮球馆，是2008年北京奥运会篮球比赛场馆，总面积6.3万平方米。获2008年度鲁班奖和第八届詹天佑大奖。体育馆为框架-剪力墙加钢支撑结构，顶部为双向正交钢桁架，地下一层，地上六层。

大跨度空间钢管桁架结构在桥梁和公路中的应用也十分广泛，例如宁波北仑春晓大桥，该桥跨越梅山水道，西起春晓洋沙山东六路与春晓东八路交叉口，终点位于梅山岛盐湖路与港湾路交叉口，全长约1.971公里，总投资11.7亿元。主桥采用中承式双层桁架系杆拱桥，拱肋采用两片相互平行的全钢桁架拱，每片拱肋由上下弦杆和腹杆组成。

2拱形管桁架的优点

2.1钢管具有优越的力学性能

从力学的角度讲，拱以其独特的曲线形式实现了弯矩向轴力的转化，而桁架则通过格构的方式将弯矩转化为杆件的轴力。而桁架拱将拱和桁架相结合，便形成了一种受力更为合理的新型结构形式。

2.2经济性能好

由于该结构选用的是薄壁钢管截面，有效地减轻了结构自重而且节约了材料，上下弦杆与腹杆之间采用焊接方法链接，不需要多余的连接件，由于钢管是闭口构件，比表面积小，大大节省了防腐和维修的费用。

2.3工业化程度高，建设周期短

网架结构的构件，其尺寸和形状大量相同，可在工厂成批生产，且质量好、效率高、同时不与土建争场地，且不受气候影响，因而现场工作量小，工期缩短。

2.4抗震性能好

由于网架结构自重轻，地震时产生的地震力就小，同时钢材具有良好的延伸性，可吸收大量地震能量，W架空间刚度大，结构稳定不会倒塌，所以具备优良的抗震性能。

3空间钢管桁架结构的不足及展望

3.1空间钢管桁架结构的不足

（1）不耐火：温度超过250℃以内时，材质发生较大变化，不仅强度逐步降低，还会发生蓝脆和徐变现象。温度达600℃时，钢材进入塑性状态不能继续承载。

（2）腐蚀性差：处于较差腐蚀性，钢结构在涂油漆前应彻底除锈，油漆质量和涂层厚度均应符合相关规范要求。在设计中应避免使结构受潮、漏雨，构造上应尽量避免存在于检查、维修的死角。新建造的钢结构一般隔一定时间都要重新刷涂料，维护费用较高。

（3）大跨度空间管桁结构对承载力和稳定性的要求很高，设计中稍有差池，结构就会出现局部失稳或整体失稳的现象，最终导致结构的崩塌，造成严重的损失。近年来，国内外就钢结构的稳定性问题取得了较多的成果，但是仍需进一步研究。

3.2展望

空间钢管桁架结构以其独特的造型优势在越来越多的工程中得以应用。但相对于网格结构中的网壳结构及网架结构，目前关于空间钢管桁架结构的研究还相对匮乏，没有形成系统性的方法。空间钢管桁架结构的发展空间还很广泛，有待学者们进行更深层次的研究。

参考文献

[1] 汪军.大跨度钢桁架结构施工技术研究[D].天津大学，2004.

[2] 董石麟.我国大跨度空间钢结构的发展与展望[J].空间结构，2000，（02）：3-13.

第9篇：大跨度结构建筑工程实例范文

关键词：单层钢结构；厂房；设计

中图分类号：TU391文献标识码： A 文章编号：

近年来，钢结构厂房以其自身的优势在工业厂房建筑中得以广泛的应用。钢结构是以钢材制作为主的结构，主要的建筑结构类型之一。钢材的特点是强度高、自重轻、刚度大，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜；建筑工期短，工业化程度高，可进行机械化程度高的专业化生产。

在铁路相关的工程建设中，单层钢结构工业厂房得到广泛的应用，例如相关铁路车辆检修基地建设中的检修作业厂房。本人有幸主持设计过几个钢结构厂房的建筑设计，例如：二连浩特车辆检修基地工程、太原南站洗涤配餐中心、太原北车辆段改造工程，太原北机务段改造工程等。这些工程中均采用了多跨单层钢结构的形式，作为建筑专业，在设计这些厂房时主要遇到了以下几个问题：1.大跨度单层厂房护体系的选型2.多跨厂房屋面排水问题3.大体量厂房的通风采光的设计问题。

1.大跨度单层厂房护体系的选型

目前常用的钢结构厂房的围护结构主要有：压型钢板复合保温构造、钢骨架轻型板、砌体围护结构

压型钢板复合保温构造由两层成型金属面板和直接在面板中间的高分子隔热内芯组成。板材成品便于安装、轻质、高效。板材外形美观，色泽艳丽，整体效果好，它集承重，保温，防火，防水于一体，且无需二次装修，安装快捷方便，施工周期短，综合效益好，是一种用途广泛，极具潜力的高效环保建材。

目前彩钢夹芯板使用的板芯主要有酚醛泡沫、聚苯、硬质聚氨酯和岩棉等，而酚醛泡沫具有优异的防火保温性能，是其他材料无法替代的，例如：酚醛泡沫的保温效果是聚苯的2倍多，防火性能上也比聚氨酯要高，聚氨酯燃烧时会释放含氰化氢的浓烟。随着国家对建筑防火的重视以及相关法律的出台，相信酚醛彩钢夹芯板会得到广泛应用。

钢骨架轻型板为最近几年兴起的一种新型材料，在各类工业厂房、仓储等工业建筑中应用广泛，具有节点设计合理、安装便捷、围护方便、耐久性好等特点。既有传统钢筋混凝土板安全度高、使用寿命长的优点，又满足了现代建筑对轻质、节能、环保的要求。

砌体围护结构，以其自身无可比拟的优势在建筑工程中得到了最广泛的应用。

砌体外墙+钢骨架轻型屋面板（钢骨架外墙+屋面板）可做为另一种优秀的护体系得到广泛应用。在耐久性、屋面及楼板承载、耐火性能、易维护等方面有着金属压型复合板材无可比拟的优势。

2.多跨厂房屋面排水问题

钢结构厂房的屋面形式、屋面构造与民用建筑有许多不同，大面积钢结构厂房的屋面坡度大，若为多跨厂房则中间跨往往设有内天沟。屋面的形状有双坡屋面、多坡锯齿形屋面、多坡高低跨屋面等。

钢结构厂房的屋面雨水排水系统可分为两种：外排水系统和内排水系统。外排水系统是利用屋顶天沟直接通过室外立管将雨水排到室外雨水管道或排水明渠中；内排水系统是利用室内雨水管道将雨水排到室外雨水管道中。

钢结构厂房的双坡屋面及其他形式屋面的边跨天沟即靠外墙的天沟可采用封闭系统直接外排式排除雨水，排水效果很好，只要计算合理，一般不会产生冒水现象。而对于多坡据齿形屋面和多坡高低跨屋面的内天沟雨水排水系统可有多种选择，如长天沟外排水方式、重力流悬吊管方式、敞开系统内埋地管方式、封闭系统内埋地管方式、压力流（虹吸式）屋面雨水排水方式等。各种雨水排水系统的选择应根据建筑物及屋面、天沟的结构形式、气候条件及生产工艺要求等经技术经济比较后确定。若雨水排水系统选择不当，则极易产生冒水、泛水现象，造成重大损失。

普通的钢结构厂房，尽量以双坡屋面的外天沟形式排除雨水。而大面积或有特殊要求钢结构厂房的雨水排水系统设计选用内排水系统时，需要考虑多种因素，包括结构形式、气候条件、经济水平、生产工艺要求等，这就要求设计人员认真对待，仔细分析，确定合理方案。

普通钢结构厂房排水示意图

随着经济的发展，业主对钢结构厂房屋面雨水排水系统设计的安全性要求越来越高，另外，一个雨水排水系统的设计是否成功，还往往需要实践的验证，需要我们多了解多调查并进行必要的设计回访。

3. 大体量厂房的通风采光的设计问题

大体量厂房由于普通形式的建筑侧窗的采光通风无法满足要求，需要通过在屋面屋面增加通风采光的构造措施。

（1）建筑通风

大体量厂房的建筑通风解决方案主要有：a.风机机械通风、排烟的系统。b.采光通风天窗。c.集成式屋顶采光通风器.

a.风机机械通风、排烟系统优点是通风、排烟效果好，为消防设计的主要通风排烟系统。缺点是日后使用、围护费用较高。如设置较多的话会增加漏水的隐患。

b.采光通风天窗包括矩形天窗、锯齿形天窗、横向天窗、天井式天窗等形式。设计需依据建筑本身的需求，及气候条件、结构形式合理选择适用的天窗形式。

c.集成式屋顶采光通风器是利用室内外温差造成的热压及风力作用所造成的风压来实现通风换气。原理与普通的通风天窗基本一致，但具有排风效率高、有效通风面积大、集成化高、造价低的特点，目前在工业厂房领域得到了广泛的应用。

集成式屋顶采光通风器

（2）建筑采光