《空間網(wǎng)格結構技術規(guī)程》的編制及其重點內(nèi)容介紹

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中國建筑科學研究院:趙基達教授
 
趙基達：各位專家上午好，我想盡快的把這個講完，把剛才的時間給補回來，第一個是主要《空間網(wǎng)絡結構技術規(guī)程》的編制及其重點內(nèi)容。規(guī)程編制與修定的必要性；規(guī)程的章節(jié)及其主要內(nèi)容介紹；規(guī)程編制與修訂的重要內(nèi)容；規(guī)程的強制性條文。還有給大家介紹一下我們這個規(guī)則，最后給大家匯報一下我們的工作。我們知道在《空間網(wǎng)格結構技術規(guī)程》編制前我國空間網(wǎng)格有二本技術規(guī)程，有《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》，我們第一版是在1981年，這個規(guī)定出來以后，起到了重要的作用。是我國第一本，也是國際上第一本。按照這個規(guī)程可以進行設計施工，對我們空間網(wǎng)格的發(fā)展起了很大的作用。那么2003年網(wǎng)殼的發(fā)展，主要是針對網(wǎng)殼結構設計與施工的專業(yè)性技術規(guī)程，包括單層網(wǎng)殼與雙層網(wǎng)殼，對我國近年來網(wǎng)殼結構工程應用的快速發(fā)展與技術進步也起了很大的作用。我們也知道這兩個規(guī)格，二本技術規(guī)程使用中存在的問題，有較大量的重復，從結構設計的基本規(guī)定、分析與計算、桿件和節(jié)點的設計與構造、制作安裝與驗收等方面都存在大量的重復，給設計與施工技術帶來不便。有時由于建筑造型的需要，很難對網(wǎng)架、網(wǎng)殼作出嚴格的區(qū)分，給工程應用增加了難題，急需要覆蓋網(wǎng)架、網(wǎng)殼等整個空間網(wǎng)格結構的技術規(guī)程，這個網(wǎng)架還是網(wǎng)殼很難區(qū)分，到底是網(wǎng)架好還是網(wǎng)殼好很難區(qū)分，把網(wǎng)架和網(wǎng)殼全面覆蓋，另外我們修正了，因為我們的網(wǎng)架規(guī)程是90年版本的，到2004年已經(jīng)10幾年了，網(wǎng)架結構有很大的進步，《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》從上世紀九十年代初頒布以來，至本規(guī)程編制修訂前已有十余年，在網(wǎng)架結構的設計計算方法、節(jié)點與構造要求、制造與施工技術等方面都有較大的技術進步，一些新的結構體系也在我國開始大量應用，如預應力空間網(wǎng)格結構、立體管桁架與張弦拱架結構，迫切需要一本能反映新技術應用與技術進步的空間網(wǎng)格結構技術規(guī)程。本次規(guī)程編制與修訂主要工作為：將原《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》與《網(wǎng)殼結構技術規(guī)程》二本規(guī)程從技術上合二為一，這樣大大減少了兩本規(guī)程中的有關重復部分，同時又針對網(wǎng)架、網(wǎng)殼的各自受力特點給出具體的分析與設計要求，便于有關技術人員參照執(zhí)行，將現(xiàn)行的《網(wǎng)架結構設計與施工規(guī)程》中的有關條文在合并工作中進行行修訂，并與現(xiàn)行的鋼結構、抗震規(guī)范等有關規(guī)范標準的協(xié)調(diào)一致。重點增加了預應力網(wǎng)格結構、立體管桁架與張弦拱架等新型結構體系的設計要求，補充了預應力節(jié)點、鑄鋼節(jié)點、銷軸式節(jié)點等目前在國內(nèi)空間網(wǎng)格結構發(fā)展方面一些新的節(jié)點構造與設計要求，以網(wǎng)殼規(guī)程焊接空心球節(jié)點設計承載力公式為基礎，給出了改進的空心球節(jié)點拉彎、壓彎設計承載力公式，反映最新空間網(wǎng)格結構方面的構造設計與施工技術要求。
規(guī)程的章節(jié)及其主要內(nèi)容介紹，規(guī)程正文共分6章31節(jié)，共235條，另加10個附錄，規(guī)程系統(tǒng)地對空間網(wǎng)格結構從結構選型、分析計算、節(jié)點與構造、制作安裝與驗收等方面給出了詳細規(guī)定與要求。我們首先給出了空間網(wǎng)格結構的適用范圍與設計原則，給出了空間網(wǎng)格結構的主要術語，并對術語進行了定義與說明；規(guī)定了規(guī)程中采用的符號，提出了空間網(wǎng)格結構的結構選型原則，給出了網(wǎng)架、網(wǎng)殼、立體桁架等各種結構設計的基本規(guī)定、結構布置要求以及結構撓度容許值；給出了空間網(wǎng)格結構的一般計算原則、靜力計算、網(wǎng)殼的穩(wěn)定性計算與地震作用下的內(nèi)力計算。給出了空間網(wǎng)格結構的桿件、焊接空心球節(jié)點、螺栓球節(jié)點、嵌入式轂節(jié)點、鑄鋼節(jié)點、銷軸式節(jié)點、組合結構的節(jié)點、預應力索節(jié)點與支座節(jié)點的設計與構造要求。給出了空間網(wǎng)格結構的制作工作中的一般規(guī)定、制作與拼裝要求，給出了空間網(wǎng)格結構的高空散裝法、分條或分塊安裝法、滑移法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法、折疊展開式整體提升法、組合空間網(wǎng)格結構施工與交驗的技術要求。具體給大家一個比較詳細的意見，還是附錄及包括網(wǎng)架網(wǎng)殼的結構方式，等待一種連續(xù)的。網(wǎng)殼結構穩(wěn)定承載計算。包括典型的，就是網(wǎng)架結構，包括網(wǎng)架結構的水平地震，還有嵌入式點的計算，包括橡膠計算的。第三規(guī)程重點內(nèi)容?？缍认拗品矫妫c原網(wǎng)殼規(guī)程一致取消了原網(wǎng)架規(guī)程中對適用跨度的限制，這也是針對我國大量大跨度公共建筑發(fā)展的迫切需要，同時更有利于空間網(wǎng)格結構的技術進步與發(fā)展，對組合網(wǎng)架仍有適用跨度限制，其限制值仍按原網(wǎng)架規(guī)程不變。對單層網(wǎng)殼仍適用跨度的限制，如球面網(wǎng)殼的跨度不宜大于80m，柱面網(wǎng)殼（沿兩縱向邊支承）跨度不宜大于30m等，這些主要是從單層網(wǎng)殼的整體穩(wěn)定要求考慮的，網(wǎng)架與網(wǎng)殼的受力特性與設計要求，明確給出了空間網(wǎng)格結構中網(wǎng)架與網(wǎng)殼在幾何外形、支座約束與受力特性之間的差異，特別強調(diào)網(wǎng)架結構以承受整體彎曲內(nèi)力為主，網(wǎng)殼結構以承受整體薄膜內(nèi)力為主，以便于設計人員正確合理選擇空間網(wǎng)格結構的結構類型與幾何外形，按網(wǎng)架與網(wǎng)殼的受力性能要求，規(guī)定了具體的支座約束條件與計算模型，以保證計算分析與構造設計的正確性。新增的結構形式，新增了立體管桁架、立體拱架與張弦立體拱架，立體管桁架與張弦立體拱架近年來在大跨度公共建筑應用較多，并取得了很好的效果，規(guī)程中新加入的結構體系可使設計人員對空間網(wǎng)格結構選用時有更多的選擇余地，條文中主要規(guī)定了結構設計幾何參數(shù)合理取值要求，張弦拱架的幾何參數(shù)取值建議是在總結了國內(nèi)已建成工程的基礎上而定的。增預應力空間網(wǎng)格結構，預應力空間網(wǎng)格結構分析時，可根據(jù)具體情況將預應力作為初始應力或外力來考慮，然后按有限元法進行分析，對于索應考慮非線性的影響，并應按預應力施加程序?qū)︻A應力施工全過程進行分析，預應力空間網(wǎng)格結構應根據(jù)具體情況施加預應力，以確保在風荷載和地震作用下斜拉索處于受拉狀態(tài)，必要時可設置穩(wěn)定索加強?？臻g網(wǎng)格結構分析中對下部結構的考慮，在結構計算中強調(diào)了上部結構與下部結構的相互影響與共同作用，分別給出了三種分析方法：分析上部空間網(wǎng)格結構為主時，將下部支承結構剛度等效后與上部結構一起進行分析，以分析下部支承結構為主時，將空間網(wǎng)格結構按剛度與質(zhì)量等效后與下部結構一起進行分析，將上部結構與下部支承結構一起整體建模分析。這次把新的結構體系我們放在結構里面，那么條文中主要規(guī)定了結構設計幾何參數(shù)合理取值要求，對預應力空間網(wǎng)格結構，這個技術發(fā)展很快，我們這次規(guī)程里面要把這部分內(nèi)容劃出來，使大家可以根據(jù)這個進行參考，利用對于空間網(wǎng)格技術我們這次也會明確的，我們進行分析，把下部結構一起來進行分析。如果條件允許我們可以將上部結構跟下部結構進行分析。如果我們按照穩(wěn)定分析中，對于一些規(guī)則的網(wǎng)殼，柱面網(wǎng)殼等等，統(tǒng)計來說如超過0.47左右，我們從2到0.47，這個系數(shù)調(diào)整，這次還有構造方面提出一些要求。本次修訂新增了對桿件設計時從構造方面的要求，對于低應力、小規(guī)格拉桿在以前設計時完全按拉桿設計，但由于桿件制作的長度正公差與安裝的原因，常常發(fā)生桿件微彎曲，導致工程應用中必須對桿件微彎曲進行處理，而且還有不安全的因素，新增的條文中要求，對于低應力、小規(guī)格的受拉桿件其長細比宜按受壓桿件控制些低應力，小規(guī)格的受拉桿件其長細比宜按受壓桿件控制。針對按滿應力優(yōu)化設計時存在桿件截面突變問題，本次修訂新增了對桿件設計時從構造方面的要求，滿應力優(yōu)化設計會導致受力方向桿件截面規(guī)格有較大差異，造成剛度的不連續(xù)，尤其多點支承網(wǎng)架在反彎點處的上、下弦桿問題更為突出，另外對于受力方向桿件的連續(xù)性要求，我們按照要求希望不能超過1.8倍，最主要是多點支承的網(wǎng)架，怎么樣來調(diào)整，總體來說下調(diào)0.9倍，另外空心球壓彎或拉彎的公式的完善。從0.16到0.0變化，進一步完善。
另外對高強度螺栓，對于36以上我們還是用39，39以上我們用9.8，另外新增節(jié)點類型，包括我們新增鑄鋼節(jié)點，我們給出了一些實際要求，一些構造圖式，我們進一步把它完善。那么新的節(jié)點類型也包括了組合網(wǎng)，螺旋環(huán)節(jié)點，是一個很好的形式。支座節(jié)點增加了聚四氟乙烯可滑動支座，采用聚四氟乙烯可滑動支座時應設置支座滑動限位，以保證地震作用時整體屋蓋結構的抗震性能。新增了折疊展開式整體提升法，折疊展開式整體提升法具有現(xiàn)場施工安裝方便的突出優(yōu)點，但對于施工機具與施工組織設計有很高的技術要求，并且應做好提升過程的監(jiān)測與控制。新增了鋼管與鋼管的對接焊縫為一級焊縫要求，每根桿件只允許有一條對接接長焊縫，對接桿件總數(shù)不應超過桿件總數(shù)的10%，原網(wǎng)架規(guī)程對于桿件對接只限于壓桿，這在實際施工安裝中有諸多不便，如同一規(guī)格桿件一旦混用，會有一定的安全隱患，現(xiàn)對桿件對接不只限于壓桿，可以應用于拉桿，但要求達到桿件對接焊縫為一級焊縫的要求，以保證結構安全。因為以前幾年盡管發(fā)生過安裝架子整體受到的情況，產(chǎn)生了很大的工傷事故，這次包括強度增地穩(wěn)定我們都提出了技術要求。
這個是能保證我們的整體穩(wěn)定要求，雖然我們是小直徑的單層球面網(wǎng)殼，也可以用螺旋球來做，第二個對于立體桁架，立體拱架和張弦。另外對于小于跨度1/50的雙層網(wǎng)殼應進行穩(wěn)定性計算，雙曲拋面網(wǎng)殼的全過程分析來看。另外在抗震方面我們也提出了要求，在抗震設防烈度為8度的地區(qū)，對于周邊支承的中小跨度結構應進行豎向抗震驗算，對于其他網(wǎng)架結構應進行豎向和水平抗震驗算。對于網(wǎng)架結構的抗震性能在“5.12”汶川大地震得到了很好的檢驗。網(wǎng)殼結構我們也提出了抗震性要求，網(wǎng)殼結構雖然它豎向高度提高了，但是水平高度弱化了，我們有1/5我們要考慮水平柱的影響，而且水平為主，小于1/5的我們要考慮豎向驗算。在6度的地區(qū)我們不考慮。
那么對下一步我們要做的工作。對于本規(guī)程的這次修訂工作我們已取得了很好的進展與成績，但尚存在的一些問題，仍需要我們在今后的工作中進一步改進，尚存在的主要問題及今后需要完善的工作如下：空間網(wǎng)格結構用于工業(yè)廠房，當帶有懸掛吊車或振動設備時對高強螺栓的疲勞問題，還是沒有很深的理論與試驗研究工作。對于高強螺栓的疲勞問題，我們應在條件容許時開展研究；對于大直徑的空心球節(jié)點承載力研究還有待于更多的試驗研究工作；對于空間網(wǎng)格結構的鋼管相貫節(jié)點，尤其是對于大內(nèi)力桿件的復雜空間節(jié)點，其節(jié)點承載力還待進一步深入研究在本規(guī)程中新增的鑄鋼節(jié)點、預應力拉索節(jié)點還不是太全面，還待于在今后的工程設計應用中逐步積累與完善。

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