針對大跨度公建結構設計進行分析

【摘要】結構跨度越大，自重在全部荷載中所占的比重也就越大，減輕自重可以獲得很好的經濟效益，而鋼結構強度高而質量輕的優點對大跨度結構來說就特別突出，因此大跨度房屋鋼結構常常被用于大型公共建筑和一些工業建筑中，如體育館、展覽館、俱樂部、影劇院、食堂、會議室、候車廳、飛機庫、車間等。在此我們就大跨度房屋鋼結構的設計中要注意的問題加以分析，請各位同業指正。

【關鍵詞】大跨度；公共建筑；鋼結構；設計

與其他材料的結構相比，鋼結構具有材料強度高、結構重量輕；結構的塑性韌性較好；鋼結構的制造簡單施工周期短等優點。我們在進行鋼結構設計時，應當從工程實際出發，合理選用鋼材，選擇高強度、具有較好經濟指標的鋼材；在結構方案選擇上，應盡可能采用標準化、模數化的結構布置；在連接設計中，應選用構造簡單、傳力直接的節點形式，并應滿足構造要求；另外，在鋼結構設計中，還應保證鋼結構在加工、運輸、安裝和使用過程中的強度、剛度和穩定性要求，并應針對鋼結構的實際，滿足防火、防腐的要求。宜優先選用通用的和標準化的結構和構件，減少制作、安裝工作量。

1 大跨度房屋主要的鋼結構劃分

大跨度房屋鋼結構按剛性差異以及它們的組合不同，分成三類：剛性結構（網架、網殼、空間精架）、柔性結構（索結構、膜結構、索一膜結構、張拉集成結構）和雜交結構。雜交結構既可通過剛性結構和柔性結構的有機組合獲得，也可通過變更傳統結構的特性得到，如拉索一網架結構、拉索一網殼、拱一索、索一桁架等。在此我們主要討論剛性大跨度房屋和柔性大跨度房屋。

1.1 剛性大跨度房屋

剛性大跨度房屋鋼結構主要是指由鋼桿件或鋼梁、鋼柑架組成的結構，且其剛度由結構的組成和構件自身的剛度形成。當結構由規則的空間單元組成時，稱為空間網格結構，否則稱為空間結構。空間網格結構主要有網架結構、網殼結構、組合網架（殼）結構及預應力網架（殼）結構等形式，一般由鋼桿件組成。具有受力合理、計算簡便、結構整體性強、剛度大、抗震性能優、用料省、制作安裝方便、造價經濟、造型豐富、適應性強等優點。空間結構一般由鋼梁或鋼析架組成，在跨度較大時還輔以預拉力索以增加結構剛度、減少用鋼量。空間結構除了有與空間網格結構相同的優點外，還具有結構體系簡潔、更易體現建筑造型等優點。但與空間網格結構相比，構件和節點類型一般較多，制作較為不便。

1.2 柔性大跨度房屋鋼結構

柔性大跨度結構的受力體系可分為豎直平面、水平層面及空間三大類。其中，張力弦屋架、預張力索衍架體系屬于豎直平面受力體系；單層預張力索網體系和張力膜結構體系屬于水平層面受力體系；空間預張力索網格體系、索彎頂和張拉集成體系屬于空間受力體系。

2 大跨度房屋鋼結構的設計要點

大跨度房屋主要按照荷載類型進行設計，其荷載主要分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載。對于永久荷載，應采用標準值作為代表值。對于可變荷載，應根據設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。對于偶然荷載，應按照建筑結構使用的特點確定其代表值。

2.1 永久荷載

對大跨度房屋結構，永久荷載主要包括屋蓋結構自重和屋面覆蓋材料自重。屋蓋結構的自重計算可采用經驗公式或由計算機自動完成，在有擦體系中，還應計入擦條的自重。屋面覆蓋材料自重主要是指屋面板、屋面保溫層、找坡層及防水層等的自重。若有吊頂等裝修構造或設備管道，按實際情況采用。

2.2 可變荷載

作用在大跨度房屋鋼結構上的可變荷載有以下幾種。

（1）屋面活荷載。屋面均布活荷載一般按屋面的水平投影面計算。對于大跨度房屋鋼結構，不上人屋面，屋面均布活荷載標準值采用0.5kN/m2，但當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采用，或在施工中采取特殊措施；上人屋面，屋面均布活荷載標準值采用2.0kN/m2。

（2）雪荷載。屋面雪荷載的大小主要與屋面的幾何形狀、朝向和風向等有關。大多數情況下，屋面雪荷載小于荃本雪壓。這是因為雪可從坡度較大的曲面屋頂滑落，風可將松散的雪從平屋頂刮下，有時雪還可能被屋頂外皮的散熱所融化。然而，有時也會產生積雪，如雙坡屋面的背風一側、雙跨或多跨曲面屋頂的交接處等。此時必須考慮采用較大的雪荷載。

（3）風荷載當空氣的流動受到建筑物的阻礙，就會在建筑物表面的法向形成壓力或吸力，這些壓力或吸力稱為建筑物所受的風荷載。風荷載具有靜力和動力作用的雙重特點，其靜力部分稱為平均風或穩定風，動力部分稱為脈動風。平均風對結構的作用可用靜力學的方法求得；脈動風對結構的作用應采用動力學的隨機振動理論求得。

（4）溫度作用。大跨度房屋鋼結構在因溫度變化而出現溫差時，由于桿件不能自由變形，會在桿件中產生應力，即溫度應力。溫差的大小與結構合攏時的溫度與當地年最高或最低氣溫相關，在設計中應考慮。關于溫度應力的計算原則按空問結構的相關規程執行。

（5）支座位移。大跨度房屋鋼結構由于位移的不均勻沉降而引起結構桿件內附加應力。

2.3 偶然荷載

在大跨度房屋鋼結構分析中，偶然荷載主要是指地震作用。

地震作用是建筑物因地面運動而產生的一種慣性作用，屬于動力作用。它的大小既與結構的固有振動特性有關，又與地面運動的特性有關。

地震作用與風荷載的區別在于：①地震作用完全屬于動力作用，而風荷載具有靜力和動力作用的雙重特點。②地震作用與建筑物的重量直接相關，重量越大，地震作用也越大；而風荷載主要與體型（或流形）和開洞情況關系較大。③建筑物的自振周期越長，對承受地震作用越有利，而對承受風荷載卻是很不利的。

地震作用包括水平地震作用和豎向地震作用兩類。一般情況下，應在結構兩個主軸方向分別考慮水平地震作用，對于8度和9度區，還應計算大跨度房屋鋼結構的豎向地震的作用。

大跨度房屋鋼結構的地震作用一般可采用振型分解反應譜法計算；對于某些規則的網架和網殼結構還可采用簡化計算方法；對特別重要或體型特別復雜的空間結構，應采用時程分析法進行補充計算。

3 結語

大跨度房屋鋼結構設計是經濟和社會發展的需要。當今社會經濟飛速發展，人民生活水平日益提高，世界各國紛紛籌劃建造更大、更高、更長的各種超大型復雜結構物。來滿足人們對生活空間的追求。我們從業者在進行鋼結構建筑的設計時，首先應根據建筑結構的使用年限，建筑結構的安全等級以及需要抗震建筑結構的抗震設防類別確定其基本要求。重點要依據可靠度的要求進行設計，在規定的時間，在規定的條件下，完成預定功能的概率設計。

參考文獻

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