云南天怡建筑设计有限公司；云南江博达岩土工程有限公司
摘要：在工程建设当中，超大跨度空间钢结构的应用越来越多，能够改善建筑结构性能，增强结构稳定性与安全性，同时加快施工进度。由于在超大跨度空间钢结构施工中的影响因素众多，因此应该加强对设计工作的重视，保障结构设计的合理性，消除施工中的质量安全隐患。然而，受到多种外界因素的影响，在当前设计工作中仍旧存在诸多限制，不利于工程建设的顺利实施。因此，应该加强对设计要点的控制，不断提升设计工作水平。本文将通过分析超大跨度空间钢结构设计的问题，探索超大跨度空间钢结构设计的方法。
关键词：超大跨度；空间钢结构；设计
建筑行业的快速发展，是推动我国现代化建设进程的关键，同时也拉动了经济水平的提升。随着建筑工程建设数量与规模的扩增，超大跨度空间钢结构出现在人们的视野当中，尤其是在大型体育场和会场当中，其应用较为普遍，对于设计与施工都提出了更高的要求。超大跨度空间钢结构需要用到的材料和技术种类丰富，在设计工作中除了应该明确工程建设的整体要求外，还应该结合建设区域的实际情况做好规划工作，保障工程建设的质量。环境因素、技术因素和材料因素等，都会对超大跨度空间钢结构产生影响，因此在设计中应该做到综合考量，以保障建筑工程的质量可靠性。明确工程建设中的各类参数，对设计方案进行不断优化与调整，提升建筑结构的整体性。
一、超大跨度空间钢结构设计的问题
超大跨度空间钢结构的优势明显，但是在应用中也会存在一定的局限性，如果未加重视将会对整个建筑结构产生影响。在超大跨度空间钢结构中的钢材用量较大，由于存在一定的市场价格波动现象，因此也会对工程造价产生影响。钢柱数量和钢梁数量等较多，还要在建设中应用防火涂料等，这也增大了系统结构的建设成本。如果缺乏对工程项目整体参数的综合考量，将会导致安全隐患的存在，无法保障结构的安全性与合理性【1】。在数据获取与分析当中，数据模拟软件的性能也会对设计工作产生直接影响。尤其是在系统受力软件中无法有效体现附加弯矩，导致模拟数值与实际情况存在一定差异。
二、超大跨度空间钢结构设计的方法
（一）结构基本设计
结构基本设计是设计工作的关键前提，应该加强对各设计要点的控制，保障结构稳定性与安全性。在某工程的钢结构设计当中，刚度分布和钢结构质量呈正相关，能够有效增强超大跨度空间钢结构的协调性，支座的应用可以有效应对地震力的作用，通过力的传递抵消部分地震能，避免在应力集中和扭转效应下结构发生变形和破坏【2】。结构设计中还应该重视对局部受力的分析，能够有效承托整体结构，解决局部结构中的安全隐患。轻型屋面系统和空间传力体系的应用，可以保障屋盖结构的良好整体性，使得结构自重得到控制，降低了施工风险。同时，还应该做好超重节点的处理（如图1所示），避免由于重量过大对结构整体设计效果产生的影响。
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图1 超重节点的处理
（二）变形设计
超大跨度空间钢结构设计中，变形设计也是一项重点内容，确保钢结构具有良好的变形性能，满足对结构荷载的要求与弹性形变要求，确保整个钢结构系统的可靠性。设计人员应该对系统构件进行针对性设计，考量其整体性能的同时，应该在合理的拆分中明确构件功能及其在系统中的作用关系，严格按照相关标准控制构件受力，避免由于超出承载力范围而引发安全事故与质量问题。适当的预应力施加于系统结构当中，确保杆件受力的科学性，满足材料的弹性形变要求【3】。超大跨度空间钢结构的整体刚度，会由于预应力的施加而得到增强，确保结构承载力符合工程建设标准。对钢结构体系的塑性形变和弹性形变进行控制，从而使其抗变形能力得到增强。
（三）荷载设计
屋盖重量和屋面重量是超大跨度空间钢结构的永久荷载，在设计屋面结构时应该考虑到屋面的覆盖物，比如保温包和屋面板等等【4】。在当前信息化背景下，设计师应该合理应用数字化软件，对超大跨度空间钢结构的荷载进行可视化模拟，保障荷载计算的精确性，获得最大荷载承受力，实现对设计方案的不断优化。在屋盖的设计当中，也应该考虑到附属设施情况，包括了设备和管道等等。
除了应该加强永久荷载的设计外，还应该重视活荷载的设计，根据不同的系统结构形式，明确活荷载的实际情况，以便进行针对性设计。其中，屋面活荷载应该受到设计师的高度重视，应该严格计算其占用面积，为了保障计算的便捷性，可以近似将其当做分布均匀的活荷载。屋面活荷载的常用值为0.5kN/m²，当荷载的幅度较大时需要根据实际情况进行计算。雪荷载会受到结构朝向、结构形式等因素的影响，在超大跨度空间钢结构荷载设计中也应该综合分析与考量，雪压重量始终比屋面结构中的雪荷载大，雪会在融化和滑落的过程中降低荷载值，尤其是在曲面屋顶的设计当中，应该充分考虑到上述因素对荷载的影响。空气流动会受到超大跨度空间钢结构的影响，尤其是在大体积的结构当中，由于空气流动而形成的吸引力也应该在设计中予以考量。在超大跨度空间钢结构表面形成的风荷载主要有两种基本形式，包括动力荷载和静力荷载【5】。静力荷载主要是指稳定的风荷载，而其他荷载则属于动力荷载。在计算平均风荷载时，需要以静力学理论为基础，而动力荷载的计算则需要以动力学理论为参考。另外，在设计中还应该关注偶然荷载。超大跨度空间钢结构在使用中会受到多种因素的影响，在惯性作用力的冲击下会导致结构产生破坏。钢结构的自身特点会对惯性作用力产生直接影响，因此应该从系统特点出发进行科学计算，尤其是有限元软件的引入，能够对计算规则进行优化。
（四）抗震设计
地震是一种破坏力很强的自然灾害，因此在超大跨度空间钢结构设计中也应该充分考量，确保结构性能符合当地抗震要求，防止在地震发生时出现严重破坏而威胁人们的生命财产安全。被动控制、主动控制、半主动控制、基础隔震和智能控制等，是当前结构振动控制的几种常用方式。橡胶支座隔震的方式在常规抗震设计中应用较多，但是在超大跨度空间钢结构中的应用较少。在网壳结构的设计当中，过往主要是采用网壳杆件，而近年来出现了变刚度阻尼杆，能够达到半主动控制的效果。应用控制杆件的最优布置准则，能增强超大跨度空间钢结构的抗震性能【6】。网壳结构杆件也可以应用约束屈曲支撑代替，通过有限元软件的模拟分析，明确其最优布置结构，分析网壳结构的减震体系与变化规律，实现对地震作用力的有效控制。
结语
超大跨度空间钢结构的设计，能够有效保障建筑结构的整体性，防止出现严重的质量问题，从而增强其使用性能与安全性。通过结构基本设计、变形设计、荷载设计和抗震设计等多种方式，综合考量影响结构性能的诸多因素，以便促进结构的不断优化，为工程建设提供保障。
参考文献
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[6]王迪涛. 某大跨度空间钢结构设计中的关键问题分析[D].西安建筑科技大学,2016.