【摘要】本文针对超大跨度空间钢结构设计的思考，结合工程实例，在简要阐述超大跨度空间钢结构特点的基础上，分析了具体的设计要点，并提出设计中需要注意的几个问题。分析结果表明，超大跨度空间钢结构是一种全新的建筑形式，具有跨度大、结构复杂等特性，在设计中需要结合工程特性，按照相关设计规范和标准，才能设计出高品质的超大跨度空间钢结构。希望对同类工程设计和施工提供相应的参考和帮助。
【关键词】超大跨度空间；钢结构；设计；计算模型
【引言】超大跨度空间钢结构是建筑科学技术发展到一定程度的主要产物，和普通钢结构相比，主要特性是在荷载作用下体现出三维受力，常见的形式有网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构等。近年来，超大跨度空间钢结构建筑越来越多，但我国对此方面的研究还有待进一步深入，尤其是在设计方面，尚未有完善的经验和启示，在一定程度上限制了我国超大跨度空间钢结构建筑事业的稳健发展。基于此，开展超大跨度空间钢结构设计的思考就显得尤为必要。
1、工程概述
某厂房建筑工程，长度为300m，跨度为120m，属于典型的超大跨度空间钢结构，基础为混凝土独立基础，屋顶形式是张弦桁架结构，同时与格构柱刚性连接，柱脚通过铰接连接。屋顶结构弦杆的截面为220mm×10mm的张弦桁架，并和腹杆相互连接，拉索为直径15.2mm钢绞线，抗拉强度为1860MPa，共设6束。
2、超大跨度空间钢结构的特点
和传统钢结构建筑工程项目相比，超大跨度空间钢结构的特点主要体现在以下几个方面：
第一，自重轻，经济效益比较高。主要材料为钢材和膜材，质量轻，刚度高，可有效降低钢结构自重。
第二，刚度好，抗震能力比较强。超大跨度空间钢结构具有三维受力特性，内力分布比较均匀，集中荷载的分散性非常强，可良好的承受不对称荷载和较大的集中荷载，因此，刚度非常大。
第三，可实现工业化生产，超大跨度空间钢结构使用的各种钢构件，可在工厂中集中预制生产，运输到施工现场后吊装拼接即可。
第四，形式多样化，造型比较美。超大跨度空间钢结构的形式种类多样，个性鲜明。可为设计师提供广阔的想象空间。目前各大城市所建的超大跨度空间钢结构，都成为城市标志性建筑【1】。
3、超大跨度空间钢结构设计要点
3.1精准计算模型，保证结构的可靠性
在超大跨度空间钢结构设计中，必须对设计模型进行精准计算，以保证结构受力的均匀性和设计效果。钢结构由单一人工材料(钢材)作成，组织比较均匀，几乎接近各向同性，是一种非常理想的建筑材料，符合超大跨度空间钢结构的计算方法和特性的要求。此外，因为钢结构连接模型和后期施工情况比较一致，即使现有的计算经验和公式比较少，但在模型计算过程中，存在的不定性比较小。所以，钢结构计算模型和实际施工的情况更加契合，可保证钢结构计算的准确性，提升超大跨度空间钢结构的可靠性。
3.2加强整体分析，优化设计效果
在超大跨度空间钢结构设计中，进行整体分析和优化设计是保证设计效果的关键。因此，在具体设计中，需要建立符合工程特性的整体分析模型，严禁随意简化计算模型，比如：在具体设计中，不能把超大跨度空间问题，随意简化为平面问题，否则无法达到理想的设计效果【2】。在设计时要加强优化设计，充分考虑次构件具有的作用，从而充分体现设计的经济性和安全性，达到节约钢材用量和降低工程造价的目的。
3.3重视节点构造设计，提升设计的稳定性
超大跨度空间钢结构节点构造比较复杂，大大提升了设计的难度，为保证设计效果，在节点构造设计中，必须结合实际受力情况和建筑特性，通过构件的截面形式及具体的连接方法，确定相应的节点构造形式，在满足超大跨度空间钢结构对节点构造的基础上，进行必要的设计计算。将稳定性设计始终贯穿设计全过程中，此外，在超大跨度空间钢结构稳定性设计中需要综合考虑多方面因素。在本工程设计中，为保证设计的稳定性，对构件的整体稳定性、局部稳定性、整体结构的稳定性都进行了严格设计，取得了良好效果。
3.4严格控制整体刚度，加强低疲劳强度的验算
大量工程设计实例表明，在超大跨度空间钢结构设计中，很多钢结构的截面并不是由强度稳定性决定的，而是由钢结构的整体刚度来决定的。特别是在薄壁构件设计中，必须高度重视钢结构的整体分析，进而提升设计效果【3】。针对长期承受频繁反复荷载的结构和连接位置，必须充分考虑疲劳问题，钢结构的特性决定了钢结构在连续重复荷载下容易发生脆性破坏，因此，为保证超大跨度空间钢结构的稳定性，在设计中必须对钢结构的构件及连接位置进行科学合理疲劳验算，保证达到设计要求。
3.5避免应力过于集中，加强防火和防腐设计
超大跨度空间钢结构的的一些构件，存在一定的内部缺陷或者焊接产生应力，导致钢结构构件的应力分布不够均匀，受到外界荷载时，容易发生局部高峰应力，从而形成应力集中问题，影响超大跨度空间钢结构使用的安全性和寿命，为解决这一问题，在设计中要明确构件的种类和质量检查方式，保证所选的构件满足工程要求，避免发生应力集中【4】。
虽然超大跨度空间钢结构具有很强的刚度，材质也比较均匀，但耐火性和抗腐蚀性比较差，如果钢结构的环境温度超过150℃，需要按照超大跨度空间钢结构的重要性等级和国家规定的防火规范，加强防火设计。多数情况下，钢结构必须进行防锈处理，但防锈处理的方法比较多，处理效果差距较大。在具体设计中，需要针对不同情况和不同的要求，选择经济性高、防锈处理效果好的处理方案。
4、超大跨度空间钢结构设计中需要注意的几个问题
第一，单跨屋面在荷载作用下，张弦桁架对格构柱并不会形成水平推力，促使超大跨度空间钢结构能够形成自动平衡体系。
第二，当荷载作用在单跨屋面上之后，在正常使用的情况下，相对挠度值和反拱值可相互抵消，可满足超大跨度空间钢结构在使用极限状态下稳定性的要求【5】。
第三，在风荷载作用下，需要按照超大跨度空间钢结构设计的相关规定，保证拉索满足应力比。
【结束语】
综上所述，本文结合工程实例，分析了超大跨度空间钢结构设计的思考，分析结果表明，超大跨度空间钢结构是一种全新的建筑结构形式，在具体设计中，需要结合工程特性，按照相关规范和标准进行集中设计，综合考虑多方面影响因素，才能最大限度上保证设计效果，提升超大跨度空间钢结构的稳定性、安全性、可靠性，为后期施工提供必要的参考和指导。
【参考文献】
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