大跨度钢结构在工业建筑中的发展趋势

管 丰

(安徽建大项目管理有限公司,安徽 合肥 230022)

一、引言

随着建筑功能多样化需求的日益增长，要求建筑物能够能有更大使用空间。纵观空间结构发展历史,如何提高建筑结构跨越能力一直是结构工程师的不懈追求。从古罗马时期万神庙至1957年的小罗马体育宫,在如此漫长的历史进程中,受制于建筑材料发展水平,结构跨越能力几乎没有提高。上世纪90年代前，世界范围内大跨度空间结构还以网架、网壳结构为主。但是近三十年来,基于采用轻质高强的钢索、膜材、钢棒等应用新技术新材料而形成的轻盈、高效的结构体系，诸如索膜结构、张弦梁结构、索桁结构、气承式充气膜结构、弦支穹顶结构、索穹顶结构等新结构形式不断涌现,促使空间结构发展产生巨大飞跃。与此同时,在工业建筑领域，随着人类社会的发展进步,伴随着对环境质量要求的日益提高，超大跨度钢结构尤其以为环保需求而推进的超大跨度钢结构料场封闭建造需求日益显现。现已建成的大跨度钢结构料场封闭结构跨度已接近200m量级。空间结构的蓬勃发展为更大跨度钢结构探索提供了强有力的技术支撑（图1）。

露天堆放的物料受诸如风、雨、雪等恶劣天气环境影响较大，堆取作业产生的扬尘对作业区及周围环境产生严重影响，在日益严格和高标准的环保要求现实中难以满足形势要求，这些因素对物料堆场的场址选择产生了严重制约。全封闭料场准备系统的采用，可使粉尘排放最大限度得到降低，是从源头实现削减污染，创造社会效益、环境效益和经济效益兼顾的重要手段，亦是原料准备技术的未来发展之路。在传统的空间结构形式和分类中，空间结构被分为薄壳结构、网架结构、网壳结构、悬索结构、薄膜结构五类结构（图2）。

图1 空间结构年代划分图

图2 空间结构划分类别

二、研究必要性及意义

随着社会经济发展对环境质量要求的提高，近年来大型燃煤发电机组厂内及煤炭行业、冶金行业的贮料设施面临越来越严峻的环保审查，传统常规的条形露天斗轮机料场加普通料棚的贮料方案已经较难满足当前形势的要求。很多地区要求采用满足环保要求、创造清洁运行环境的全封闭方案。

我国大跨空间结构在工业领域的发展与国际先进水平仍存在一定差距。突出表现为结构形式较拘谨，创新之作较少，这说明建筑构思的新颖与结构创造的先进性间尚没有有机结合，以致于200m以上的超大跨度空间结构在工业项目的应用工程实践则较少；结构类型来看，使用悬索结构的比较少，更多地是相对集中在网架和网壳结构，诸如整体张拉结构、膜结构和索-膜结构、可开合结构等一些有巨大前景的新颖结构形式在国外工程实践中已有不少成功案例，在国内的工业项目上尚处于艰难起步阶段。这些现象说明，我国空间结构经过十余年来在较为平坦的驰骋之后，遇上了一个新台阶需要努力跨跃。它包含生产条件和新材料等技术问题，也存在一些尚未很好解决的理论问题。我国空间结构要进一步向更高层次的跨跃，还有待企业家和科技工作者不懈努力，以使得相关理论问题和技术问题得到较快更好地解决。

三、市场分析

当前，以可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）为特征污染物的区域性大气环境问题尚比较突出 （图3），使得我国大气污染治理任务很急迫，形势严峻，国家已经将其上升到“影响社会和谐稳定”的高度来加以解决。2013年9月10日，国务院发布《大气污染防治行动计划》（国发〔2013〕37号），明确要求“大型煤堆、料堆要实现封闭储存或建设防风抑尘设施”。

图3 特征污染物区域分布

随着国家“绿色发展”、“以人为本”的执政理念的推行，环境保护的意识日益深入人心，地方政府纷纷出台相应配套细则，大力推进对现有露天料场的封闭改造，部分的地方规定有：

（1）《京津冀及周边地区落实大气污染防治行动计划实施细则》

（2）《各省大气污染防治行动计划实施方案》

（3）《上海市大气污染防治行动计划2018年实施计划》

等等。

露天原料场涉及的行业很多，包括钢厂、电厂、水泥厂、原料码头等，初步估计，全国需要封闭的露天料场面积达到数亿平米。目前，地方政府采取强制征收排污费、惩罚性电费、限制企业融资等多种措施，强力推进对露天料场的环保封闭，这类项目很多，市场潜力巨大。

四、结论

随着经济社会的发展，国内社会文体活动的需求增多,大跨度结构建筑物越来越多,如会展中心、机场航站楼、体育场馆、大剧院、博物馆等。各种类型大跨度建筑物分布于城市各个地方,这些大跨度建筑除了其提供场地功能外，也彰显着一个城市的时代和精神面貌。目前，我国尚处于一个发展中国家，但由于地广人众，随着我国综合国力的不断增强，国民环保意识的不断增强，更多更大的大跨度钢结构封闭料场等大空间建筑物的建造需求十分突出，在一定程度上说，这种需求的数量将超过许多发达国家，这也为我国空间结构在工业领域应用提供了一个巨大机遇。