[科普中国]-跨度

概述

建筑工程中，按设计图标注的相邻两纵向定位轴线的跨距。正如世界各种著名建筑以及桥梁的建成都离不开大跨度结构，大跨度结构在建筑行业有着广阔的应用前景。

跨度的方向1、除定位轴线以外的网格线均称为定位线，它用于确定模数化构件尺寸。模数化网格可以采用单轴线定位、双轴线定位或二者兼用，应根据建筑设计、施工及构件生产等条件综合确定，连续的模数化网格可采用单轴线定位。当模数化网格需加间隔而产生中间区时，可采用双轴线定位。

2、定位轴线应与主网格轴线重合。定位线之间的距离（如跨度、柱距、层高等）应符合模数尺寸，用以确定结构或构件等的位置及标高。结构构件与平面定位线的联系，应有利于水平构件梁、板、屋架和竖向构件墙、柱等的统一和互换，并使结构构件受力合理、构造简化。

大跨度横向跨越30米以上空间的各类结构形式的建筑。大跨度结构多用于工业建筑中的大跨度厂房、飞机装配车间和大型仓库等。大跨空间结构是一个国家建筑科技水平的重要标志之一。

大跨度建筑世界上许多先进国家著名城市的标志性建筑，以及很多优秀旅游景区的建筑始终与大跨度空间结构密不可分，历届奥林匹克运动会、世界各国的各种经济贸易会、世界博览会也无不成为各国最先进的大跨度空间结构竞相亮相的舞台。1

日本是现代空间结构发展很快的国家，2001年1 0 月在日本名古屋举行的IASS 2001 国际空间结构大会。大会展现了现代空间结构无不充分体现了宏伟、美观、富有艺术想象力，无论哪一个空间结构都充分体现了结构设计技术的进步，体现应用了优质、高强、最新的建筑材料，体现了空间结构施工技术的进步，也体现了每一个现代空间结构均建立在合理的结构设计概念、合理的结构布置的基础之上。

东京穹顶施工：Takenaka 集团

⒈工程概况：

东京穹顶又称“大蛋”，是日本第一个充气穹顶的体育场，是全天候多用途的体育馆。当用于扇形垒球场使用可容纳50 000座，当用于其它体育项目时可容纳56 000座。穹顶跨度超过200m，室内空间124万立方米，穹顶全年处于充气状态，充气系统保证日常室内空气压力比室外提高30mmAq(300N/ ，或约0.3% 的大气压力)。而在强风或堆雪条件下提高到90mmAq。另外膜结构装备了融雪系统(在二层膜间输送暖空气)，以减小屋顶结构上的雪荷载。

⒉结构系统：

屋顶结构在平面上为方形带圆抹角的平面，其边长为180.6m，对角线长为201.0m，穹顶矢高与对角线跨度比为0.124，屋顶周围为斜放的压环，与水平面夹角为5.68°，屋顶结构为双向沿平面对角线方向各布置直径为80mm 钢铰线14根，总共为28 根，钢索间距为8.5m，屋面平均荷载为140N/，屋面材料采用双层强力、耐用、防水的特氟隆(teflon)玻璃纤维膜材，厚度为0.8mm。

⒊结构特点：

⑴屋面结构采用全索－膜结构，具有如下优点：在正常使用时，室内增压3 0 m m A q ( 相当0.3kN/的力)使索与膜均处于受拉和稳定状态，充分发挥了钢索与膜材均具有很高抗拉强度的性能。索－膜结构本身自重较小，仅为140N/(还不到一般空间钢结构的1/3～1/4)。屋面采用双层膜材，在两层间增设空气调节系统，可防止结露及提供屋面融雪的条件。索－膜结构施工安装较方便。该结构在1987年6月28日上午5:30在地面组装完成，开始由10台风机充气，仅用3小时，即上午8:30就安全地使结构中心截面升到60m 高。

⑵为了平衡钢索的向内拉力，沿建筑周边设置抗压环。

⑶由于建筑周边为带圆抹角的方形平面，设计者将双向主钢索布置在平面对角线方向，大大减小了平面直边压环内的弯矩，为了平衡直边的侧向力作用，在直边部分设支撑系统，将索的向内拉力传递给下部结构。

⑷充气索膜结构由于索和膜在不同受力条件，索的不同的预张力，结构有不同的体型，因此对设计方法如找形、裁剪、非线性大变形的设计计算方法，均有相当难度。1

秋田天空穹顶建筑与结构：Kajima 设计

施工：Kajima

⒈工程概况：秋田县位于日本北部西海岸，该地区冬天长期积雪，秋田县组织了一次设计竞赛，要求在秋田中心公园体育场地上覆盖一个室内明亮、开放的大空间，以使市民全年可在室内活动，同时从室外观赏上为城市增色。

⒉结构系统：

秋田天空穹顶被设计为单层索－膜结构，并设计了方便的屋面排雪系统，该屋面结构平面为130m × 100m 的半球面，矢高为32m，按日本建筑规范，穹顶上的雪荷载为450kgf/ ，这个穹顶由受拉的屋面膜材、管状空间拱架及钢筋砼基座结构组成，空间拱架由双向拱结构组成，一个方向是空腹拱架(一个月牙形，最大矢高为2m)，具有较高刚度，另一个方向为单层拱与空腹拱架的下弦横交，空腹拱的上弦用斜撑与单层拱相接，空腹拱竖杆的端部和单层拱及上下弦均为刚性连接，在T 节点连结处，杆件厚度增加以提供较高刚度和强度。

⒊结构特点：

屋面采用半透明的膜材，达到了建筑上对开放、明亮、大空间的要求。膜材利用空腹拱的上弦及施加预应力的谷索定形。屋面为球面的一部分，充分发挥拱的受力特点，拱的横向推力由周边的圆形环梁和另一方向的空间桁架承受，空间桁架拱拱脚利用立面玻璃幕墙分隔处设水平梁来平衡，圆形环梁通过钢筋混凝土结构将水平力传递至基础。空腹桁架和单层拱均采用管结构法兰螺栓连接，可在地面分片组装成3 部分或5 部分，然后用160t的起重机提升就位并组装。

大跨度桥梁大跨度桥梁在交通运输行业中起着至关重要的作用。由于容易受到自然环境及人为因素的影响，大跨度桥梁存在成桥后结构与施工设计不相符的可能，进而导致桥梁局部变形增大。施工控制是对整个施工过程展开监控，及时分析处理采集的数据，为接下来的施工操作提供可靠数据支持的一种措施，可确保大跨度桥梁的构件内力及线形与工程设计相符，促进工程施工精度与质量的提高。因此，做好大跨度桥梁的施工控制具有重要的现实意义。2

大跨度桥梁的施工控制内容（1）变形控制

大跨度桥梁的一项重要施工控制内容是结构的尺寸。在施工过程中，由于受到施工温度、混凝土收缩、施工荷载等因素的影响，桥梁不可避免会发生结构变形，使得桥梁主体位置与实际位置出现偏差，情况严重时还会给合龙施工带来困难，导致成桥后的线形出现明显的起伏，对大跨度桥梁整体美观产生影响。因此，为有效减小结构与设计尺寸之间的偏差，要严格按照规范的要求进行施工操作，将误差控制在允许的范围内。我国对悬臂浇筑预应力混凝土梁式桥的结构尺寸允许偏差规定如表1所示。2

（2）应力控制

在桥梁施工的整个过程中，工程人员需要实时监测关键断面的应力情况，通过对比测量数据与计算结果，对大跨度桥梁的实际内力与施工设计之间的误差有一个明确的了解。此外，在开展大跨度预应力混凝土桥梁施工时，应当密切关注桥梁结构内力受到临时大型机械的影响。为确保仪器精度与工程设计要求相符，还需严格检验张拉锚具的有效性。

（3）稳定性控制

施工过程中结构安全性与桥梁结构稳定性之间有紧密的联系，一旦出现局部失稳的情况，就极有可能导致桥梁坍塌事故的发生。因此，在实际施工过程中，还需对大跨度桥梁的整体及局部稳定性进行严格控制。计算应力变形情况以及稳定性安全系数，从而为桥梁施工质量控制提供科学的衡量标准。

大跨度桥梁的施工控制的方法作为施工控制的核心问题，施工控制方法要解决的问题是如何将结构实际状态与目标状态之间的偏差降至最低[2]。大跨度桥梁的施工控制方法主要有以下两种。

（1）预测控制法该方法主要是采取科学合理的手段来预测各施工阶段的状态，考虑可能出现的各种因素，以确保能够按照设计要求顺利进行各项施工操作。但是，由于预测控制法难以完全准确预测出下一施工阶段的梁体结构，导致预测的状态与实际情况存在一定的偏差，因而只能在下一个阶段预测上一阶段误差的影响，循环往复，才能确保施工的顺利完成。此种施工控制方法具备良好的稳定性与控制性，能适应复杂的施工环境，因而在连续刚构桥、连续梁桥等大跨度桥型中得到非常广泛的应用。

（2）自适应施工控制法

由于混凝土等施工材料的张拉预应力、非线形等因素与实际施工情况存在一定的差异，因而使得已浇筑梁段的位移、内力存在偏差。自适应施工控制法便是在无法改变位移与内力的条件下，在下一阶段结构分析中输入这些影响结构内力的误差参数，通过不断循环计算，使结果逐步接近实际测量值，从而得出精确度更高的计算模型，指导桥梁施工达到理想目标状态。自适应施工控制原理如图7所示。