跨度[建築工程概念]

‘跨度’是梁式構件的一種尺寸，用於板、梁、屋架等。跨度就是在‘進深’方向的軸距（柱距），例如柱子平面定點陣圖上，相鄰柱子間，沿數字軸方向的間距，就叫框架梁的跨度。廣義說，梁的兩相鄰支座中心線間的距離叫梁的跨度，屋架的跨度同理。自支座邊緣計算的淨距叫‘淨跨’。

概念

建築工程中，按設計圖示注的相鄰兩縱向定位軸線的跨距。正如世界各種著名建築以及橋樑的建成都離不開大跨度結構，大跨度結構在建築行業有著廣闊的套用前景。

跨度的方向

1、除定位軸線以外的格線線均稱為定位線，它用於確定模數化構件尺寸。模數化格線可以採用單軸線定位、雙軸線定位或二者兼用，應根據建築設計、施工及構件生產等條件綜合確定，連續的模數化格線可採用單軸線定位。當模數化格線需加間隔而產生中間區時，可採用雙軸線定位。

2、定位軸線應與主格線軸線重合。定位線之間的距離（如跨度、柱距、層高等）應符合模數尺寸，用以確定結構或構件等的位置及標高。結構構件與平面定位線的聯繫，應有利於水平構件梁、板、屋架和豎向構件牆、柱等的統一和互換，並使結構構件受力合理、構造簡化。

大跨度

橫向跨越30米以上空間的各類結構形式的建築。大跨度結構多用於工業建築中的大跨度廠房、飛機裝配車間和大型倉庫等。大跨空間結構是一個國家建築科技水平的重要標誌之一。

大跨度建築

世界上許多先進國家著名城市的標誌性建築，以及很多優秀旅遊景區的建築始終與大跨度空間結構密不可分，歷屆奧林匹克運動會、世界各國的各種經濟貿易會、世界博覽會也無不成為各國最先進的大跨度空間結構競相亮相的舞台。

日本是現代空間結構發展很快的國家，2001年1 0 月在日本名古屋舉行的IASS 2001 國際空間結構大會。大會展現了現代空間結構無不充分體現了宏偉、美觀、富有藝術想像力，無論哪一個空間結構都充分體現了結構設計技術的進步，體現套用了優質、高強、最新的建築材料，體現了空間結構施工技術的進步，也體現了每一個現代空間結構均建立在合理的結構設計概念、合理的結構布置的基礎之上。

東京穹頂

施工：Takenaka 集團

⒈工程概況：

東京穹頂(

跨度[建築工程概念]

東京穹頂又稱“大蛋”，是日本第一個充氣穹頂的體育場，是全天候多用途的體育館。當用於扇形壘球場使用可容納50 000座，當用於其它體育項目時可容納56 000座。穹頂跨度超過200m，室內空間124萬立方米，穹頂全年處於充氣狀態，充氣系統保證日常室內空氣壓力比室外提高30mmAq(300N/，或約0.3% 的大氣壓力)。而在強風或堆雪條件下提高到90mmAq。另外膜結構裝備了融雪系統(在二層膜間輸送暖空氣)，以減小屋頂結構上的雪荷載。

⒉結構系統：

跨度[建築工程概念]

屋頂結構在平面上為方形帶圓抹角的平面，其邊長為180.6m，對角線長為201.0m，穹頂矢高與對角線跨度比為0.124，屋頂周圍為斜放的壓環，與水平面夾角為5.68°，屋頂結構為雙向沿平面對角線方向各布置直徑為80mm 鋼鉸線14根，總共為28 根，鋼索間距為8.5m，屋面平均荷載為140N/，屋面材料採用雙層強力、耐用、防水的特氟隆(teflon)玻璃纖維膜材，厚度為0.8mm。

⒊結構特點：

跨度[建築工程概念]

跨度[建築工程概念]

⑴屋面結構採用全索－膜結構，具有如下優點：在正常使用時，室內增壓3 0 m m A q ( 相當0.3kN/的力)使索與膜均處於受拉和穩定狀態，充分發揮了鋼索與膜材均具有很高抗拉強度的性能。索－膜結構本身自重較小，僅為140N/(還不到一般空間鋼結構的1/3～1/4)。屋面採用雙層膜材，在兩層間增設空氣調節系統，可防止結露及提供屋面融雪的條件。索－膜結構施工安裝較方便。該結構在1987年6月28日上午5:30在地面組裝完成，開始由10颱風機充氣，僅用3小時，即上午8:30就安全地使結構中心截面升到60m 高。

⑵為了平衡鋼索的向內拉力，沿建築周邊設定抗壓環。

⑶由於建築周邊為帶圓抹角的方形平面，設計者將雙向主鋼索布置在平面對角線方向，大大減小了平面直邊壓環內的彎矩，為了平衡直邊的側向力作用，在直邊部分設支撐系統，將索的向內拉力傳遞給下部結構。

⑷充氣索膜結構由於索和膜在不同受力條件，索的不同的預張力，結構有不同的體型，因此對設計方法如找形、裁剪、非線性大變形的設計計算方法，均有相當難度。

秋田天空穹頂

秋田天空穹頂結構外形

建築與結構：Kajima 設計

施工：Kajima

⒈工程概況：秋田縣位於日本北部西海岸，該地區冬天長期積雪，秋田縣組織了一次設計競賽，要求在秋田中心公園體育場地上覆蓋一個室內明亮、開放的大空間，以使市民全年可在室內活動，同時從室外觀賞上為城市增色。

⒉結構系統：

秋田天空穹頂拱單元

跨度[建築工程概念]

秋田天空穹頂被設計為單層索－膜結構，並設計了方便的屋面排雪系統，該屋面結構平面為130m × 100m 的半球面，矢高為32m，按日本建築規範，穹頂上的雪荷載為450kgf/ ，這個穹頂由受拉的屋面膜材、管狀空間拱架及鋼筋砼基座結構組成，空間拱架由雙向拱結構組成，一個方向是空腹拱架(一個月牙形，最大矢高為2m)，具有較高剛度，另一個方向為單層拱與空腹拱架的下弦橫交，空腹拱的上弦用斜撐與單層拱相接，空腹拱豎桿的端部和單層拱及上下弦均為剛性連線，在T 節點連結處，桿件厚度增加以提供較高剛度和強度。

⒊結構特點：

秋田天空穹頂膜單元

屋面採用半透明的膜材，達到了建築上對開放、明亮、大空間的要求。膜材利用空腹拱的上弦及施加預應力的谷索定形。屋面為球面的一部分，充分發揮拱的受力特點，拱的橫向推力由周邊的圓形環梁和另一方向的空間桁架承受，空間桁架拱拱腳利用立面玻璃幕牆分隔處設水平梁來平衡，圓形環梁通過鋼筋混凝土結構將水平力傳遞至基礎。空腹桁架和單層拱均採用管結構法蘭螺栓連線，可在地面分片組裝成3 部分或5 部分，然後用160t的起重機提升就位並組裝。

大跨度橋樑

圖1 大跨度橋樑

大跨度橋樑在交通運輸行業中起著至關重要的作用。由於容易受到自然環境及人為因素的影響，大跨度橋樑存在成橋後結構與施工設計不相符的可能，進而導致橋樑局部變形增大。施工控制是對整個施工過程展開監控，及時分析處理採集的數據，為接下來的施工操作提供可靠數據支持的一種措施，可確保大跨度橋樑的構件內力及線形與工程設計相符，促進工程施工精度與質量的提高。因此，做好大跨度橋樑的施工控制具有重要的現實意義。

大跨度橋樑的施工控制內容

（1）變形控制

表1 懸臂澆築預應力混凝土梁結構尺寸允許偏差表

大跨度橋樑的一項重要施工控制內容是結構的尺寸。在施工過程中，由於受到施工溫度、混凝土收縮、施工荷載等因素的影響，橋樑不可避免會發生結構變形，使得橋樑主體位置與實際位置出現偏差，情況嚴重時還會給合龍施工帶來困難，導致成橋後的線形出現明顯的起伏，對大跨度橋樑整體美觀產生影響。因此，為有效減小結構與設計尺寸之間的偏差，要嚴格按照規範的要求進行施工操作，將誤差控制在允許的範圍內。我國對懸臂澆築預應力混凝土梁式橋的結構尺寸允許偏差規定如表1所示。

（2）應力控制

在橋樑施工的整個過程中，工程人員需要實時監測關鍵斷面的應力情況，通過對比測量數據與計算結果，對大跨度橋樑的實際內力與施工設計之間的誤差有一個明確的了解。此外，在開展大跨度預應力混凝土橋樑施工時，應當密切關注橋樑結構內力受到臨時大型機械的影響。為確保儀器精度與工程設計要求相符，還需嚴格檢驗張拉錨具的有效性。

（3）穩定性控制

施工過程中結構安全性與橋樑結構穩定性之間有緊密的聯繫，一旦出現局部失穩的情況，就極有可能導致橋樑坍塌事故的發生。因此，在實際施工過程中，還需對大跨度橋樑的整體及局部穩定性進行嚴格控制。計算應力變形情況以及穩定性安全係數，從而為橋樑施工質量控制提供科學的衡量標準。

大跨度橋樑的施工控制的方法

作為施工控制的核心問題，施工控制方法要解決的問題是如何將結構實際狀態與目標狀態之間的偏差降至最低[2]。大跨度橋樑的施工控制方法主要有以下兩種。

（1）預測控制法該方法主要是採取科學合理的手段來預測各施工階段的狀態，考慮可能出現的各種因素，以確保能夠按照設計要求順利進行各項施工操作。但是，由於預測控制法難以完全準確預測出下一施工階段的梁體結構，導致預測的狀態與實際情況存在一定的偏差，因而只能在下一個階段預測上一階段誤差的影響，循環往復，才能確保施工的順利完成。此種施工控制方法具備良好的穩定性與控制性，能適應複雜的施工環境，因而在連續剛構橋、連續梁橋等大跨度橋型中得到非常廣泛的套用。

（2）自適應施工控制法

圖7 自適應施工控制原理圖

由於混凝土等施工材料的張拉預應力、非線形等因素與實際施工情況存在一定的差異，因而使得已澆築梁段的位移、內力存在偏差。自適應施工控制法便是在無法改變位移與內力的條件下，在下一階段結構分析中輸入這些影響結構內力的誤差參數，通過不斷循環計算，使結果逐步接近實際測量值，從而得出精確度更高的計算模型，指導橋樑施工達到理想目標狀態。自適應施工控制原理如圖7所示。