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<P> 【摘要】隨著投資者對經(jīng)濟效益最大的追求，
預應力網(wǎng)殼結構在大跨度空間結構中滿足了節(jié)約
鋼材、施工方便及建筑造型美觀等各項要求。</P>
<P> 【關鍵詞】
預應力鋼結構;網(wǎng)殼結構;工程應用;特點</P>
<P> <STRONG> 一、前言</STRONG></P>
<P> 網(wǎng)殼結構是具有
曲面形狀并具有殼體的結構特征的空間
網(wǎng)格結構即為網(wǎng)狀的
殼體結構，是格構化的殼體。它是由
桿件構成的曲面網(wǎng)格結構，可以看作是曲面狀的
網(wǎng)架結構（詞條“網(wǎng)架結構”由行業(yè)大百科提供）。</P>
<P> 預
應力作為一種技術手段來源于日常生活，并陸續(xù)應用于工程中，預應力網(wǎng)殼結構便是其中之一。二十世紀四十年代，美國著名的建筑大師巴克明斯特·富勒 (C R. Buckminster Fuller)，從一些自然現(xiàn)象中得到啟迪，發(fā)現(xiàn)了自然界的“間斷壓連續(xù)拉”的客觀規(guī)律，將這種規(guī)律命名為張拉整體(Tensegrity )[1，2]。結構中盡量減少受壓狀態(tài)而使結構處于連續(xù)的
張力狀態(tài)，從而使壓力成為張力海洋中的孤島。依據(jù)對稱性法則，既然宇宙中存在著“間斷壓連續(xù)拉”的原理，就應該存在著“間斷拉連續(xù)壓”的原理。實際上確實也廣泛存在著“間斷拉連續(xù)壓”的現(xiàn)象。宇宙的星球就是“間斷拉連續(xù)壓”的最好模型，物質在萬有引力的作用下
收縮（詞條“收縮”由行業(yè)大百科提供），又由于內(nèi)部的相互
擠壓從而形成穩(wěn)定的結構形態(tài)。</P>
<P> <STRONG>二、預應力網(wǎng)殼結構的發(fā)展情況</STRONG></P>
<P> 一種結構型式的產(chǎn)生或者被淘汰都存在一定的條件，而使設計能滿足當前應用的需要是主要的。早期網(wǎng)殼結構的雛形是
鋼筋混凝土薄殼，但是
鋼筋混凝土薄殼施工時需要架設大量模板，工作量很大，施工速度較慢，工程造價高。因而人們對之逐漸喪失興趣，開始尋求新的結構構造形式。與其他傳統(tǒng)結構相類似，預應力網(wǎng)殼結構的發(fā)展首先是依賴于實際應用的需要，在一些大空間、大跨度的應用需求下，促進了預應力網(wǎng)殼結構的發(fā)展。譬如，體育建筑、會展中心、交通設施以及其他
公共建筑的需要。</P>
<P> 隨著研究開發(fā)工作的加強，理論上已取得了一定的進展，基本上滿足了工程設計的需要。尤其近年來，我國陸續(xù)建成預應力
拉索鋼網(wǎng)殼結構十余座，建筑面積達400余萬平方米[4]，建筑造型和結構形式豐富新穎，預應力工藝和布索方式多種多樣，預應力技術高科技含量顯著，取得了一些國外沒有或罕見的科技成果及技術[5]。目前，預應力
鋼結構正在快速發(fā)展，其主要趨勢是：現(xiàn)代預應力技術的應用已從
平面結構拓展到空間結構;單次預應力邁向多次預應力;對結構施加預應力的布索趨于靈活高效化;設計分析借助新理論和計算機更加深入精確化;
構件制作趨于工廠定型化;施工裝配趨于大型嚴密化。這些“標志著中國大型建筑結構的設計理論和工程實踐已大步進入世界先進技術行列，表明我國預應力鋼結構學科的研究、設計和實踐水平向更深、更高的方向發(fā)展”。</P>
<P><STRONG> 三、預應力網(wǎng)殼結構的工程應用</STRONG></P>
<P> 預應力鋼結構自誕生以來，已經(jīng)走過了50年歷程。而在二次大戰(zhàn)后經(jīng)濟建設的高潮
中空間結構得到很大發(fā)展，各種類型的薄殼、折板、懸索、網(wǎng)架、網(wǎng)殼和
薄膜等空間結構相繼在世界各地問世和興建。經(jīng)過20余年的工程實踐，各類空間結構都充分顯示了自己的優(yōu)缺點及適用范圍，對那些適應工業(yè)化批量生產(chǎn)、整體快速施工和經(jīng)濟耐用的結構類型，在工程建設中表現(xiàn)了強大的生命力。</P>
<P> 德國工程師施威德勒對網(wǎng)殼的誕生與發(fā)展起了關鍵性的作用，他在鋼筋混凝土薄殼的基礎上提出了一種新的構造型式，即把彎頂殼面劃分為徑向的肋和緯向的水平環(huán)線，并連接在一起，而且在每個梯形網(wǎng)格內(nèi)再用斜桿分成兩個或四個三角形，這樣彎頂表面的
內(nèi)力分布會更加均勻，結構自身重量也會進一步降低，從而可跨越更大的空間。這樣的網(wǎng)殼結構即沿某種曲面有規(guī)律的布置大致相同的網(wǎng)格或尺寸較小的單元，從而組成空間桿系結構。1863年施威德勒在德國建造的一個設計的30m直徑鋼
穹頂，是作為貯氣罐的頂蓋之用，由此命名的這種施威德勒形式(我國規(guī)程稱為肋環(huán)斜桿型)的網(wǎng)殼穹頂，至今仍作為球面網(wǎng)殼的一種重要形式。</P>
<P> 近年來，由于計算機的迅猛發(fā)展使曲面形網(wǎng)殼的設計與制作大為方便，我國也開始了預應力鋼結構的研究與發(fā)展，興建了一批有代表性的工程建筑物。如攀枝花市體育館多次預應力網(wǎng)殼
屋蓋，北京華北電力調(diào)度塔，四川達竹礦多次預應力輸煤棧橋等。這些標志著我國大型建筑結構的設計理論和工程研究已大步進入世界先進技術行列，表明我國預應力鋼結構學科的研究、設計和實踐水平向更深、更高的方向發(fā)展。</P>
<P><STRONG> 四、預應力網(wǎng)殼結構的特點</STRONG></P>
<P> 預應力網(wǎng)殼結構是把現(xiàn)代預應力技術應用到網(wǎng)殼中，從而形成一類新型的預應力大跨度空間鋼結構體系，這一類結構受力合理、
剛度大、自重輕，制作安裝也比較方便，在近十多年來得到開發(fā)與發(fā)展，并受到國內(nèi)外科技界和工程界的關注和重視，也總結出以下幾方面特點：</P>
<P> <STRONG> 1、充分利用材料的
彈性強度潛力以提高
承載能力</STRONG></P>
<P> 普通鋼結構桿件的受力過程是從零應力開始(不計自重)，外部
荷載作用后桿件開始受力直至應力達到材料的抗拉或抗壓極限。桿件
承載力大小取決于桿件
截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）積A與強度極限f的乘積，即F=A*f。在鋼材抗拉與
抗壓強度相等的條件下，先在受
拉桿件中引入最大的預
壓應力（詞條“壓應力”由行業(yè)大百科提供）(不計穩(wěn)定系數(shù)時)，然后承受荷載，則其抗拉能力可提高一倍。普通拉桿的承載力F1是從零應力狀態(tài)開始的，當截面應力達到極限值f后就不再受載。而引入
預壓應力時其承載能力F2是從預應力狀態(tài)-f開始的。隨著荷載的增長首先抵消截面預應力，荷載繼續(xù)增大至截面應力為極限值f后而不再能受力。顯然F2=2F1。換句話說，非預應力鋼結構桿件的材料強度最大值只是可以被利用的強度幅值的一半，而預應力桿件在引入與荷載應力符號相反的預應力后，則可提高原強度承載能力一倍。也就是說預應力可以大大提高結構的彈性受力范圍。</P>
<P> 2<STRONG>、預應力網(wǎng)殼結構可以改善結構的受力狀態(tài)，節(jié)約鋼材</STRONG></P>
<P> 在傳統(tǒng)網(wǎng)殼結構中，桿件的內(nèi)力一般為軸力，各桿件的內(nèi)力分布也比較均勻，但是在桿件內(nèi)引入預應力后可以改善其受力狀態(tài)，降低內(nèi)力峰值，節(jié)約用鋼量。例如拉索法預應力網(wǎng)殼結構，它是在網(wǎng)殼結構的不同部位布置高強柔性拉索，借助張拉鋼索在結構中產(chǎn)生預應力的方法。拉索法是目前廣泛使用的一種施加預應力的手段，可使結構達到較佳的受力狀態(tài)，而且預應力網(wǎng)殼比非預應力網(wǎng)殼的省鋼率一般為30%左右，有的甚至高達40%以上，自重降低，使預應力網(wǎng)殼結構可以跨越更大的空間。</P>
<P> <STRONG>3、提高結構的剛度和
穩(wěn)定性，調(diào)整其動力性能</STRONG></P>
<P> 預應力能使結構產(chǎn)生與外部荷載作用下位移方向相反或相同的預應力位移v0，可以提高結構的剛度。反向預應力位移v0如同結構的起拱，在荷載作用下可先抵消初始
撓度，再在水平軸線基礎上計算結構實際撓度。同向預應力位移如同預位移，在荷載作用前因預應力作用而產(chǎn)生撓度，待荷載作用時，則不再產(chǎn)生新的撓度。換言之，結構大大提高了剛度。預應力還可以改變基本桿件的動力性能。根據(jù)預應力體系的選擇與預應力施加力度的大小可以調(diào)節(jié)基本桿件的振動頻率與自振周期，從而調(diào)整其動力特性。</P>
<P><STRONG> 五、結論</STRONG></P>
<P> 預應力網(wǎng)殼結構最大限度地利用了預應力和網(wǎng)殼結構技術本身的優(yōu)點，隨著
建筑材料、計算機技術和結構理論的進步，預應力網(wǎng)殼結構總的發(fā)展趨勢是：跨度越來越大，所用材料越來越經(jīng)濟。</P>
<P><STRONG> 參考文獻：</STRONG></P>
<P> [1] Motro A.Tensegrity Systems-Latest Developments and Perspective.In Proceedings of IASS，Madrid，1989：3</P>
<P> [2]Pugh A.An Introduction to Tensegrity.University of California Press，Berkeley，1976</P>
<P> [3]陸賜麟.預應力空間鋼結構的現(xiàn)況和發(fā)展.空間結構，1995，1(1)：1～14 .</P>
<P> [4]劉錫良.我國
平板網(wǎng)架結構的發(fā)展現(xiàn)況.鋼結構，1994(1) .</P>
<P> [5]董石麟.我國網(wǎng)架結構發(fā)展中的新技術、新結構.建筑結構，1998(1).</P>
