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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(jié)構(gòu)在大跨度空間結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu);網(wǎng)殼結(jié)構(gòu);工程應用;特點</P>
<P> <STRONG> 一、前言</STRONG></P>
<P> 網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是具有
曲面形狀并具有殼體的結(jié)構(gòu)特征的空間
網(wǎng)格結(jié)構(gòu)即為網(wǎng)狀的
殼體結(jié)構(gòu)，是格構(gòu)化的殼體。它是由
桿件構(gòu)成的曲面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，可以看作是曲面狀的
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（詞條“網(wǎng)架結(jié)構(gòu)”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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中盡量減少受壓狀態(tài)而使結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)形態(tài)。</P>
<P> <STRONG>二、預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展情況</STRONG></P>
<P> 一種結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)構(gòu)造形式。與其他傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相類似，預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)十余座，建筑面積達400余萬平方米[4]，建筑造型和結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)拓展到空間結(jié)構(gòu);單次預應力邁向多次預應力;對結(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的工程應用</STRONG></P>
<P> 預應力鋼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的特點</STRONG></P>
<P> 預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系，這一類結(jié)構(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的彈性受力范圍。</P>
<P> 2<STRONG>、預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)可以改善結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，節(jié)約鋼材</STRONG></P>
<P> 在傳統(tǒng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，它是在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的不同部位布置高強柔性拉索，借助張拉鋼索在結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可以跨越更大的空間。</P>
<P> <STRONG>3、提高結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的剛度。反向預應力位移v0如同結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)論</STRONG></P>
<P> 預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最大限度地利用了預應力和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術本身的優(yōu)點，隨著
建筑材料、計算機技術和結(jié)構(gòu)理論的進步，預應力網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的現(xiàn)況和發(fā)展.空間結(jié)構(gòu)，1995，1(1)：1～14 .</P>
<P> [4]劉錫良.我國
平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)況.鋼結(jié)構(gòu)，1994(1) .</P>
<P> [5]董石麟.我國網(wǎng)架結(jié)構(gòu)發(fā)展中的新技術、新結(jié)構(gòu).建筑結(jié)構(gòu)，1998(1).</P>
