大跨度空间结构设计方案的风险评估研究

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会大跨度空间结构设计方案的风险评估研究金德民1高福聚2，韩廷泉3(中成进出口股份有限公司3。北摩10∞70中国石油大学建筑工程系2，山东东营257062山东省嘉祥县财政局1，山东嘉祥272400)摘要：本文对大跨度空间结构体系的发展作了简要的介绍，在分析各类空间结构技术特征的基础上，建立了大跨度空间结构设计方案评价指标体系，并运用模糊集理论建立了风险评价模型，为此类结构体系的方案评价和决策提供了技术支持t文章最后还进行了相关的决策案例计算。关键词；风险分析，空间结构。方案评价

2、。模糊逻辑一、大跨度空间结构体系的发展概况及技术特点简介近年来，国内外空间结构体系的发展突飞猛进，新结构、新材料层出不穷，给大跨度建筑结构带来了新的机遇和挑战。这些新型空间结构体系的出现使得大跨度建筑物的设计更加灵活和美观，施工方便而快捷，受力合理而经济，拆卸、搬迁方便且能重复利用。从这些结构体系的形成及发展历程来看，可以分为以下四类大跨度结构体系。(一)网架结构体系该种结构体系于20世纪40年代兴起，约在60年代传入我国，尤其是1991年的亚运会工程将其在中国的应用推向顶峰，发展到现在技术已趋于成抟，主

3、要分为平板网架和网壳两种形式。该种结构的技术特点是受力比较合理，承受荷载的范围较大，安全储备度较高。因此，其上部屋面的构造材料多种多样，能够满足建筑采光及装饰要求，适用范围比较广泛。目前，网架结构的上部覆盖层主要包括复合压型钢板、钢筋混凝土钢丝网水泥板、GRc板、太空网架板等，不同的屋面荷载及跨度决定了网架结构用钢量的差别(一般在10～50tg／Ⅲ2)。总体上看．该种结构的平米用钢量指标较同跨度的其它空间结构体系高，但该结构体系适用的范围比较大，广泛应用于体育馆、会堂、俱乐部、影剧院、展览馆、宾馆等建筑中

4、a图1网架与网壳(二)轻型钢结构门式刚架结构体系国外，门式刚架结构远在20世纪40年代就已经出现。该结构体系引入我国则源于80年代初期宝钢一期建设工程。该种结构体系的大规模运用则是在90年代。该种结构体系的技术特征如下：咀焊接H形钢为梁柱。以c形或z形的冷弯薄壁型钢作檩条，以各种单层或双层夹芯板、复合板或加保温层的单层板为屋面和墙面维护，并通过自攻螺钉或扣件与檩条及墙粱相连，使得该种结构的自重较轻(用钢量仅为20～40kgkg／m2)，整体受力比较合理，抗震性能好。此外，该结构体系的构件可在工厂预制、现场

5、拼装，旆工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会工速度快(一般厂房安装工期不超过2个月)，不受气候条件的约束，从而大大缩短了工期，提高了综合经济效益。在适用性上，门式刚架结构适用的跨度范围一般在15～72m，以36m跨以上较为经济，适用建筑物类型包括：工业厂房、超级市场、展览馆、体育馆、飞机库、仓库、别墅、建筑物加层等，建筑设计方面具有空间开阔、布局灵活、造型美观等特点。图2门式刚架结构(三)金属拱形波纹屋盖结构体系金属拱形波纹屋盖是空间钢结构家族的新成员，它起源于美国。海湾战争中．在美军的后

6、勤保障中得到了非常广泛的应用，取得了令人乍舌的效果。该体系约在20世纪90年代初期引入我国，至今只有十几年的历史。该种结构的技术特点为：结构简单(无梁无檩)，受力合理(依靠压型波纹钢板承受屋面全部荷载)，选材节省(用钢量仅为14．O～25，Okg／m2)，施工灵活方便、进度较快(每万平米屋面结构施工仅需25天)，经济效果比较明显，能够自防水，自保温，满足防火要求．缺点是适用跨度受到限制，目前工程应用的最大跨度还没有超过40m，规程建议在30m以内。该结构可应用于各类厂房、库房、展览厅、商业场馆建筑以及礼堂

7、、教室等体育建筑和飞机库、军营、指挥所等军工建筑。l圣I3金属拱形波纹屋盖(四)膜结构体系-膜结构源于1973年美国加利福尼亚州建造的一座膜结构活动中心，在90年代中期开始引入我国，如今，已在我国的上海、天津、北京、广州、长沙等地的～些体育场馆、展厅、剧院、表演馆、公园、花园的遮阳结构、饰物等公共建筑中广泛采用。该种结构体系的技术特点如下；由膜村和支撑体系两太部分构成。其中，膜材由基材、涂层、面层构成，基材为聚酯或涤纶，涂层为聚氯乙烯(Pvc)或乙烯基，面层为PvDF或丙烯酸树脂，膜材的重量较轻，仅约0，

8、65～1．450kg／m2；下部的支撑体系多为钢柱和钢索构成，组成的膜结构外形有伞形、马鞍形、倒撑伞形、莲花瓣形等多种形状。膜结构是一种出现历史较短的新型空闻结构体系，其造价低廉、造型美观、抗震性好、施工速度抉、并能防火阻燃，减少能源消耗，适用的跨度范围大，其应用的前景为专家所看好。、工业建筑2007增刊图4膜结构(左：青岛太阳广场，右：日本北九州穴生穹顶)第七届全国现代结构1二程学术研讨会综上所述，国内常见的大跨度空问结构体