摘要：大跨度建筑的安全指标包括两个方面，一是承载力，二是变形能力。国内现在的钢结构以及大跨度的结构体系都缺乏相关的系统规定。为了设计出高性能的大跨度钢结构，需要对其性能进行研究，从而得到承载力高、安全性好的建筑结构。
关键词：大跨度钢结构；设计；性能
前言：与其他材料相比，钢结构稳定性更高，可以实现批量生产。大跨度钢结构安装存在一定的困难，设计不合理和安装不合理都会导致大跨度钢结构变形，造成大跨度钢结构稳定性下降。
1.我国现在钢结构发展现状
1.1对于物理的计算我们还有一定的优势，有一部分是基于手算还有简单基础的计算机计算，但对于空间受力的大跨度的钢筋结构来说缺乏很好的适应能力，在另一方面现在的钢结构设计虽然有相关的设计规定，但都缺乏明确的计算理论和方法，做不到以同样的标准来衡量。
1.2对于计算手段方面，现代计算机技术已经能够解决比较基本的问题，也能有基本的分析能力，虽然现在钢结构的设计还处于一种原始的手算的状态，这样虽然给工程设计人员带来了方便，但是却限制了一些先进技术的应用和发展。
2.大跨度钢结构的特点
大跨度钢结构会由于受力过大而出现变形。因此，施工中控制变形成为主要问题之一。大跨度钢结构构件抗弯和抗剪的能力较差，张拉力的分布状态使其几何构形只能处于最小的几何形态。荷载作用于钢结构构件将产生一定的变形以达到受力平衡。根据施工材料不同，大跨度钢结构可分为刚性结构、柔性结构和半刚性结构，因此在施工方法和受力上这三种结构具有差异性。现阶段随着建筑行业的快速发展，大跨度钢结构已经成为施工的主要材料,但大跨度钢结构安装较为复杂，因此安装人员应了解这一特点并采取必要的措施。具体来讲，大跨度钢结构主要特点如下：
2.1结构形式多样化和复杂化
新型大跨度空间钢结构形式多样，并不拘泥于传统的单一结构，在其发展中不断地涌现出各种各样的结构形式。
2.2结构跨度大、钢板厚
现代建筑对审美和功能性要求比较高，因此空间钢结构之间的跨度就愈来愈大。端方向上的跨度已超过百米的建筑越来越多，例如“鸟巢”的短向跨度已达到296m，这种钢结构选用的都是高强度的钢材，高板厚度甚至超过10cm。
2.3预应力技术的大量应用
预应力技术的充分应用，使其涌现出了一批新型的建筑结构，如张拉整体结构、索穹顶及索膜结构。
2.4节点形式复杂多样
现代大空间结构为了满足建筑造型的需求，通常选用各种节点形式的仿生态建筑。例如锻钢节点、铸钢节点、球铰节点等。
2.5构件数量及截面类型多、设计难度大
针对大型建筑来说，它通常是由上万个，甚至于是几十万个构件组成，而且构件的长度、形状、尺寸、截面均有不同，所以给建筑施工单位的放样工作带来了很大的难度。对于部分弯扭构件必须进行专门的试验才能投入使用。
2.6构件的加工难度大，精度要求高
通常来说大跨度工程多是国家重点工程，相对来说建筑质量要求高。因此必须要加强对构件加工精度的把控，在构件施工时焊接的等级需要要达到一级，这样不可避免地为建筑施工增加了难度。
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2.7现场的焊接工作量大，施工技术难度高
施工前为了保证施工的精度，往往要进行预拼装，而且施工现场的焊接工作量很大。由于大跨度空间钢结构新型的结构特点，施工中必须要采用先进的施工技术，这样才能保证施工的经济安全。
3.大跨度钢结构施工力学原理
大跨度钢结构需要进行阶段性焊接安装。在安装过程中，如何保证每个阶段的连续性是施工中必须解决问题。阶段性受力不等是大跨度钢结构施工中的主要特点之一，因此阶段施工会对相邻阶段的受力分析和安装造成一定影响。这要求对建筑施工过程进行合理的设计、计算、检测和记录。计算公式为:①拉格朗日列式:钢结构主要用于连接较大的跨度空间,根据拉格朗日列式对其进行受力分析，采取合理的焊接和安装方式，控制其变形。拉格朗日列式通过描述物体的运动状态分析质点位置，从而确定中心点坐标，使焊接位置和装配位置更加合理，防止倾斜。②ANSYS:ANSYS通过对大跨度钢结构的预应力进行动态处理和分析，从而得出正确的设计和施工数据。
4.钢结构体系性能设计
我国对于大跨度的钢结构塑性形和变形性能设计没有任何规范和要求，所以为保证结构安全，我们迫切需要相关指标来进行规范，这样有利于大跨度钢结构的建筑设计。所以说我国在这方面有待提高和补充。
4.1稳定承载力
在国内的课题研究中我们可以看到，稳定承载力对于任何一个结构来说都是十分重要的，正是因为有这些结构，才使得建筑结构能够有一定的支撑作用，才能使得整体结构变得安全和方便。
4.2变形能力
笔者通过大量的实践和分析研究得出以下结论，一是对于刚度小的大跨度钢结构，在强化构件进行完善后，通过结构预期、施加预应力措施可以实现现行的变形构件的规范；二是结构体系稳定承载力受预起拱有影响，不同结构体系影响程度不等，但预起拱不能提高大跨度钢结构体系弹塑性大变形能力；三是预应力能大幅度提高除大悬挑结构体系之外的大跨度钢结构体系的稳定承载力。
5钢节点性能设计
在结构安全的设计环节中最重要的钢节点设计。当前我国钢结构设计质量控制最薄弱的地方也是钢节点。为了保证整体结构的安全，我们同样需要确定钢节点基于非线性分析的弹性小变形与弹塑性大变形性能的设计控制指标。
5.1节点设计承载力
钢结构节点承载力不应该采取材料的屈服力作为其安全控制指标，节点设计承载力取其弹性极限荷载过于保守。所以说，可行的节点设计的方法就是以破坏荷载为基准，留有适度的安全系数来确定节点的设计承载力。
5.2节点变形能力
由于钢节点的类型多种多样，依据大量计算分析和实验结果，提出大跨度的钢结构节点三点在双非线性分析的变形能力基础上的设计方法与控制指标，节点的变形能力可以说是建筑构件当中的一个指标，我们现在的阶段还只是处在探索的阶段，但是节点的变形能力特点已经被人们熟知了。
6.基于钢材构件性能的设计研究
关于钢构件的性能研究主要集中在钢构件承载力和变形性能上面，对于钢构件的承载力主要体现在对钢构件在受弯、受压过程中的构件稳定系数的大小来判断构件是否能够在其安全度内实现局部稳定的需要。对于变形性能的设计是保证整个机构体系的安全和设计中某些功能实现的重要体现，关于这方面规程中具体体现了一些要求，但是许多诸如：大跨度钢结构弹性位移控制值取值范围大，技术人员无法选择、某些结构中预起拱并不能减少荷载作用下结构发生的绝对变形值等问题却没有相关详细的说明，为此我们还是要利用基于双非线性分析设计控制指标的方法来进一步确定钢构件的相关性能设计。
结束语：
目前，在我国钢结构住宅仍处于发展启动阶段，并没有形成成熟的配套技术，在施工中也有许多问题亟待解决。大跨度钢结构的设计理念是从很多个角度得来的，其中当然少不了探索和创新，通过探索和创新我们知道大跨度钢结构的设计原理是从体系、构件以及节点等方面进行基于性能的设计。其中过程很复杂，需要很多的工序来实现其中的每一个标准和规则，在最后才能对构件、节点、体系的安全进行全面的性能设计。
参考文献：
[1]葛家琪,张爱林,杨维国,张国军,王树,张玲.基于性能的大跨度钢结构设计研究[J].建筑结构学报,2011,12:29-36.
[2]张毅刚,杨大彬,吴金志.基于性能的空间结构抗震设计研究现状与关键问题[J].建筑结构学报,2010,06:145-152.
论文作者:王国震
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/13
标签：钢结构论文; 大跨度论文; 节点论文; 构件论文; 结构论文; 承载力论文; 性能论文; 《基层建设》2015年17期论文;