论文部分内容阅读
摘要：大跨度钢结构从结构体系到节点破坏形态都可以认为是大变形失稳所导致的，对于该结构的安全性控制可以从承载力、变形能力方面进行分析。要想设计出更高水平的大跨度钢结构形式，提高结构稳定性，就要从整体性能设计角度出发进行分析，不仅要分析材料性能，同时还应该深入分析整体钢结构体系的性能，这样才能更好的促进结构稳定性提升，满足安全性的标准。
关键词：性能;大跨度钢结构;设计
1大跨度钢结构种类
1.1网架结构
网架结构属于大跨度钢结构中应用最普遍的一种形式，自古以来就有很普遍的应用，产生非常重要的作用。网架结构的优越性极为明显，整体刚度性能比较好，变形很小，且结构应力均匀性好。通过网架结构进行大跨度施工，可以减小结构自重，提高承载性能，所以被广泛的使用到大跨度钢结构中，产生非常好的实际应用效果。
1.2金属拱壳结构
金属拱壳结构又一般也可以称作是穹隆结构形式，在2000年以前，古希腊的建筑中就有使用该机构的案例，所以其历史悠久，也说明结构性能优越。该结构最为明显的特点就是可以实现室内空间的扩张，延伸室内空间，這与其自身的结构形式存在着直接的联系。金属拱壳结构应用到实践中，一般会设置厚实的底座结构作为支撑性能，同时这也成为限制这种结构无法大范围使用的一个原因。
1.3悬索结构
悬索结构的产生是根据钢材料的性能而演化来的，钢材的结构强度性能比较好，一般应用很小的截面积钢材就能够具备较大的承载能力，所以悬索结构进行大跨度的施工成为可能。一般来说，悬索结构会优先选择双向悬索的形式，把悬索设计成为上下两层的结构，上层主要是稳定性结构，提高结构稳定性;下层是承载结构形式，承受整个结构的负载重量。两层结构相辅相成，保证整体具备较高的安全性和稳定性，跨度尺寸也会有明显的增大。
1.4薄膜结构
薄膜结构一般也可以叫做薄壳结构或者壳体结构，应用钢材制作的薄壳结构可以防止其他材料存在的结构质量缺陷，保证结构的稳定性得到提升。薄壳结构一般内力都是非常均匀的，从钢材的特性出发，可以使得整个结构的性能更加的稳定，所以该结构被广泛的使用到大跨度钢结构的工程中，发挥着重要的作用。
2基于性能的大跨度钢结构设计研究
2.1基于钢材性能的设计研究
钢材性能的设计研究一般是分析钢材强屈比以及延伸率等方面的参数。钢材的塑性、韧性都比较好，在屈服点之前，是非常理想的弹性体，碳素结构钢是重要的建筑钢材材料，其力学性优越，不同屈服点的钢材可以使用到不同的建筑工程中，比如屈服点比较低的钢材焊接性能良好，塑性与韧性都比较强，结构强度比较高，一般可以用来制作轧制薄板、钢筋、焊接钢管等，在桥梁、建筑等工程中发挥出很好的作用。对于屈服点较高的钢材来说，结构强度比较好，按照性能要求，制作连杆、齿轮、联轴节等部件的性能非常好。结合不同钢材的性能，确定合适的应用环境，可以发挥出钢材的使用效果。
2.2基于钢材构件性能的设计研究
钢构件性能的研究主要是从钢构件的承载性能、变形能力方面出发进行研究，钢构件承载性能一般是从钢构件受弯、受压等条件下的稳定性来确定该构件是否达到安全性、稳定性的要求。对于变形性能设计来说，其具体就是满足该结构的总体安全性或者某个特殊的性能，这一方面有着非常明确的要求，但是目前针对于大跨度钢结构弹性位移控制参数取值方面，很多构件都不能准确的确定，有些构件也会导致预起拱不能减小负载，所以变形控制方面并不能准确的判定，因此，我们需要通过应用双非线性分析设计的指标来做好相关钢结构性能的设计和研究。
2.3基于钢结构体系性能的设计研究
钢结构体系性能的设计，要从多个方面出发进行综合性分析确定。不仅要保证大跨度桥梁结构应用合理，同时还要保证结构造型具备美观性、设计独特性以及观赏性，最为关键的就是在整个运营的生命周期内达到安全性和稳定性的要求，这是大跨度钢结构桥梁体系在设计中需要充分考虑的问题。要想达到这一目标，可以进行现代化综合分析计算确定具体的体系结构造型，然后制定出切实可行的实施方案，达到现代化工程运行的标准和要求。
3大跨度钢结构的设计要点
3.1变形能力的设计
大跨度钢结构在设计中，应该使得整个结构体系达到抗变形能力的要求，承载性能符合标准。在各个结构部件的强度性能符合要求之后，还要确保材料达到弹性变形的标准，通常来说，可以利用施加预应力和结构预拱的方式来实现。在通过预应力施加方式进行施工中，还要全面的提高大跨度钢结构的刚度以及承载性能，降低弹塑性变形，促进抗变形能力的提升，保证预应力施加在大跨度钢结构中可以消除破坏形变，让整个结构的安全性和稳定性达标。
3.2荷载类型设计
（1）永久荷载。大跨度桥梁钢结构体系内，永久载荷主要是屋面覆盖材料重量、屋盖重量。其中，覆盖材料主要是面板、保温结构、防水层等结构的重量，而屋盖重量则是按照经验或者技术标准计算之后确定的。如果屋盖结构内应用有檩条等结构部件，需要全部计算到重量内;如果设计方案有吊顶结构或者设备管道，都要计算到屋盖重量内。
（2）可变荷载。因为不同的功能有着一定的差异，大跨度钢结构桥梁的可变载荷也会有明显的差异，具体从下述几点进行分析：
第一，屋面活载荷。均匀分布在屋面的活载荷应该根据屋面投影面积大小进行取值和计算。大跨度钢结构屋面均匀分布活载荷通常按照取值0.5kN/m2进行计算，如果在施工或者维修环节有较大载荷，结合具体情况做出调整。
第二，雪载荷。钢结构屋面设计的形状、朝向等，都会给雪载荷产生很大的影响。一般来说，屋面雪载荷会下雨全部雪压，雪可能从坡度较大的位置上滑落下来，风将松散的雪刮下来，有时也会因为内部热量而产生融化反应。如果屋面双坡的背风侧、曲面屋顶积雪严重，要进行雪载荷的计算分析。
第三，风载荷。大跨度钢结构建筑会影响空气流动，结构表面存在法向的压力与吸力，这些都是建筑的风载荷。风载荷施作用到建筑表面，会有静力和动力的影响，通常把平均风和稳定性看做是静力部分，脉动风是动力部分，其中平均风可以利用静力学计算分析，而脉动风要按照动力学的振动理论方面进行分析。
（3）偶然荷载。大跨度钢结构形式，在设计环节也应该综合分析地震等偶然载荷的影响。地面振动的情况下，导致建筑物存在惯性力作用，偶然载荷大小和钢结构的特性存在着必然的联系，也会因为地面特性产生影响。地震持续作用，建筑物结构自重较大，所以地震作用会更加的明显。在具体设计中，通过振动分解反应谱法进行大跨度桥梁的地震作用力计算，可以通过简化计算的方式确定网架机构，从而可以保证结构性能满足要求。
4结语
综上所述，要想促进大跨度钢结构安全性、稳定性的提升，以该结构为实际出发点，综合分析材料的性能，提高钢结构的性能，以更好的促进结构性能的提升，满足大跨度钢结构的总体性能提升，也会为我国建筑领域的发展起到积极的影响作用。
参考文献
[1]董锟.基于性能的大跨度钢结构设计研究[J].科技创新与应用，2020，No.297（05）：95-96.
[2]耿俊雅.浅谈基于性能的大跨度空间结构抗震设计研究[J].居舍，2019（04）：103.
[3]蔡丽.大跨度钢结构设计中常见问题的研究[J].科学与财富，2020，000（002）：195.
华电郑州机械设计研究院有限公司 河南 郑州 450045
关键词：性能;大跨度钢结构;设计
1大跨度钢结构种类
1.1网架结构
网架结构属于大跨度钢结构中应用最普遍的一种形式，自古以来就有很普遍的应用，产生非常重要的作用。网架结构的优越性极为明显，整体刚度性能比较好，变形很小，且结构应力均匀性好。通过网架结构进行大跨度施工，可以减小结构自重，提高承载性能，所以被广泛的使用到大跨度钢结构中，产生非常好的实际应用效果。
1.2金属拱壳结构
金属拱壳结构又一般也可以称作是穹隆结构形式，在2000年以前，古希腊的建筑中就有使用该机构的案例，所以其历史悠久，也说明结构性能优越。该结构最为明显的特点就是可以实现室内空间的扩张，延伸室内空间，這与其自身的结构形式存在着直接的联系。金属拱壳结构应用到实践中，一般会设置厚实的底座结构作为支撑性能，同时这也成为限制这种结构无法大范围使用的一个原因。
1.3悬索结构
悬索结构的产生是根据钢材料的性能而演化来的，钢材的结构强度性能比较好，一般应用很小的截面积钢材就能够具备较大的承载能力，所以悬索结构进行大跨度的施工成为可能。一般来说，悬索结构会优先选择双向悬索的形式，把悬索设计成为上下两层的结构，上层主要是稳定性结构，提高结构稳定性;下层是承载结构形式，承受整个结构的负载重量。两层结构相辅相成，保证整体具备较高的安全性和稳定性，跨度尺寸也会有明显的增大。
1.4薄膜结构
薄膜结构一般也可以叫做薄壳结构或者壳体结构，应用钢材制作的薄壳结构可以防止其他材料存在的结构质量缺陷，保证结构的稳定性得到提升。薄壳结构一般内力都是非常均匀的，从钢材的特性出发，可以使得整个结构的性能更加的稳定，所以该结构被广泛的使用到大跨度钢结构的工程中，发挥着重要的作用。
2基于性能的大跨度钢结构设计研究
2.1基于钢材性能的设计研究
钢材性能的设计研究一般是分析钢材强屈比以及延伸率等方面的参数。钢材的塑性、韧性都比较好，在屈服点之前，是非常理想的弹性体，碳素结构钢是重要的建筑钢材材料，其力学性优越，不同屈服点的钢材可以使用到不同的建筑工程中，比如屈服点比较低的钢材焊接性能良好，塑性与韧性都比较强，结构强度比较高，一般可以用来制作轧制薄板、钢筋、焊接钢管等，在桥梁、建筑等工程中发挥出很好的作用。对于屈服点较高的钢材来说，结构强度比较好，按照性能要求，制作连杆、齿轮、联轴节等部件的性能非常好。结合不同钢材的性能，确定合适的应用环境，可以发挥出钢材的使用效果。
2.2基于钢材构件性能的设计研究
钢构件性能的研究主要是从钢构件的承载性能、变形能力方面出发进行研究，钢构件承载性能一般是从钢构件受弯、受压等条件下的稳定性来确定该构件是否达到安全性、稳定性的要求。对于变形性能设计来说，其具体就是满足该结构的总体安全性或者某个特殊的性能，这一方面有着非常明确的要求，但是目前针对于大跨度钢结构弹性位移控制参数取值方面，很多构件都不能准确的确定，有些构件也会导致预起拱不能减小负载，所以变形控制方面并不能准确的判定，因此，我们需要通过应用双非线性分析设计的指标来做好相关钢结构性能的设计和研究。
2.3基于钢结构体系性能的设计研究
钢结构体系性能的设计，要从多个方面出发进行综合性分析确定。不仅要保证大跨度桥梁结构应用合理，同时还要保证结构造型具备美观性、设计独特性以及观赏性，最为关键的就是在整个运营的生命周期内达到安全性和稳定性的要求，这是大跨度钢结构桥梁体系在设计中需要充分考虑的问题。要想达到这一目标，可以进行现代化综合分析计算确定具体的体系结构造型，然后制定出切实可行的实施方案，达到现代化工程运行的标准和要求。
3大跨度钢结构的设计要点
3.1变形能力的设计
大跨度钢结构在设计中，应该使得整个结构体系达到抗变形能力的要求，承载性能符合标准。在各个结构部件的强度性能符合要求之后，还要确保材料达到弹性变形的标准，通常来说，可以利用施加预应力和结构预拱的方式来实现。在通过预应力施加方式进行施工中，还要全面的提高大跨度钢结构的刚度以及承载性能，降低弹塑性变形，促进抗变形能力的提升，保证预应力施加在大跨度钢结构中可以消除破坏形变，让整个结构的安全性和稳定性达标。
3.2荷载类型设计
（1）永久荷载。大跨度桥梁钢结构体系内，永久载荷主要是屋面覆盖材料重量、屋盖重量。其中，覆盖材料主要是面板、保温结构、防水层等结构的重量，而屋盖重量则是按照经验或者技术标准计算之后确定的。如果屋盖结构内应用有檩条等结构部件，需要全部计算到重量内;如果设计方案有吊顶结构或者设备管道，都要计算到屋盖重量内。
（2）可变荷载。因为不同的功能有着一定的差异，大跨度钢结构桥梁的可变载荷也会有明显的差异，具体从下述几点进行分析：
第一，屋面活载荷。均匀分布在屋面的活载荷应该根据屋面投影面积大小进行取值和计算。大跨度钢结构屋面均匀分布活载荷通常按照取值0.5kN/m2进行计算，如果在施工或者维修环节有较大载荷，结合具体情况做出调整。
第二，雪载荷。钢结构屋面设计的形状、朝向等，都会给雪载荷产生很大的影响。一般来说，屋面雪载荷会下雨全部雪压，雪可能从坡度较大的位置上滑落下来，风将松散的雪刮下来，有时也会因为内部热量而产生融化反应。如果屋面双坡的背风侧、曲面屋顶积雪严重，要进行雪载荷的计算分析。
第三，风载荷。大跨度钢结构建筑会影响空气流动，结构表面存在法向的压力与吸力，这些都是建筑的风载荷。风载荷施作用到建筑表面，会有静力和动力的影响，通常把平均风和稳定性看做是静力部分，脉动风是动力部分，其中平均风可以利用静力学计算分析，而脉动风要按照动力学的振动理论方面进行分析。
（3）偶然荷载。大跨度钢结构形式，在设计环节也应该综合分析地震等偶然载荷的影响。地面振动的情况下，导致建筑物存在惯性力作用，偶然载荷大小和钢结构的特性存在着必然的联系，也会因为地面特性产生影响。地震持续作用，建筑物结构自重较大，所以地震作用会更加的明显。在具体设计中，通过振动分解反应谱法进行大跨度桥梁的地震作用力计算，可以通过简化计算的方式确定网架机构，从而可以保证结构性能满足要求。
4结语
综上所述，要想促进大跨度钢结构安全性、稳定性的提升，以该结构为实际出发点，综合分析材料的性能，提高钢结构的性能，以更好的促进结构性能的提升，满足大跨度钢结构的总体性能提升，也会为我国建筑领域的发展起到积极的影响作用。
参考文献
[1]董锟.基于性能的大跨度钢结构设计研究[J].科技创新与应用，2020，No.297（05）：95-96.
[2]耿俊雅.浅谈基于性能的大跨度空间结构抗震设计研究[J].居舍，2019（04）：103.
[3]蔡丽.大跨度钢结构设计中常见问题的研究[J].科学与财富，2020，000（002）：195.
华电郑州机械设计研究院有限公司 河南 郑州 450045