大跨度公共建筑屋面鋼結構選型與設計

宋晉

摘 要：在一般的建筑設計當中，在建筑設計時都會采用一定的跨度設計的需要，普通建筑的跨度設計較小，隨著人口的不斷增長，在公共建筑設計時融入大跨度的建筑設計，從而滿足使用的需要還能夠保證美觀。建筑設計時根據承受力度的不同，采用的建筑材料也不盡相同，其中鋼結構對于大跨度整體設計有很好的支撐作用，而且根據其自身特點，在一般大型公共建筑當中應用較多，下面針對大跨度公共建筑屋面鋼結構的選型和設計進行分析討論。

關鍵詞：大跨度；公共建筑；屋面鋼；選型；設計

隨著社會的發展和進步建筑的種類和類型多種多樣，對于公共建筑的大跨度設計，也由于其造型的不同采用不同的設計施工手段進行建筑。其中對于大跨度公共建筑而言，最重要就是對于建筑材料的選擇，要完成大跨度的建筑設計首先對于材料要求好高，首先需要建筑材料有良好的柔韌性和一定的承重性，所以在大跨度公共建筑在材料選擇時應當采用鋼結構，鋼結構可以滿足大跨度公共建筑設計施工的需要，而且節能低碳環保。對于現代大跨度建筑而言要想保證工程質量還需要注意許多方面的問題，下面通過某機場航站樓的造型設計為例，對其應用的鋼結構選型與設計進行分析討論。

1 實例分析

某機場航站樓設計應社會發展的需要，將其設計的富有時代特色并融入創新設計，其航站樓共分為四部分，分別是南北兩側的過街樓、主樓、南側兩個機場指廊及連接樓和北連接樓，為滿足人口數量增長的需要，這樣就需要將其設計成大跨度建筑，而且根據使用的不同需要注意相關問題。

2 大跨度公共建筑的選型

2.1 美感性

建筑的美觀性一直是建筑設計關注的重點問題，大跨度建筑的美觀區別于普通建筑，對于大跨度建筑而言，由于其自身的形狀特點，展現出一種的大氣磅礴的氣勢，人們對于建筑自古以來就會產生一定安全感，這種感覺是與生俱來的。建筑設計的本身就是設計師對于，美感的一種體現，對于大跨度建筑更是由于其外形設計帶給人們不同的視覺體驗。對于人們來說大跨度建筑雖然從其表面開不出太多的建筑特點，而正是這種建筑設計的神秘感更加讓人向往想要去探尋，想要一看究竟這就是大跨度建筑的美感所在。

2.2 耐久性

隨著社會的發展和進步，對于建筑的要求也越來越多，但是對于建筑本身的要求離不開兩個特性一是實用性二是耐久性，對于建筑的耐久性的要求，是一直一來建筑設計重點問題，首先在建筑設計時考慮設計的合理性原則，建筑設計隨著社會發展的需要，建筑設計越來越多樣性，部分設計師為了標新立異將建筑設計的不符合建筑力學的要求，這樣不僅造成在建筑施工時產生一定的難度，而且這一類建筑建成之后也難以長久的保存；其次建筑設計的空間配合方面，對于整個建筑來說空間的合理規劃非常重要，空間結構的合理規劃有助于提高建筑整體的穩定性，和今后的長久使用；最后施工人員操作要求，在保證建筑設計的合理性特點的同時，對于建筑施工人員的操作同樣會影響整個建筑的耐久性，合理的規范的操作能夠保證建筑整體的施工質量和長久使用。

2.3 實用性

使用性的主要體現在建筑材料的選擇上，雖然現代建筑技術較為完善，但對于材料的選擇仍需要注意，在眾多的建筑材料當中鋼結構最適用于大跨度建筑。鋼材料自身的強度較高而且相較于其他承重材料較輕，其次鋼材料的韌性好可以滿足大跨度建筑的外形需要，并且具有一定防震性和耐熱的特性，最重要的是鋼材料，能夠重復使用低碳環保，滿足當代建筑中可持續發展的需要，所以鋼結構在大跨度公共建筑當中應用較為廣泛。

2.4 合理性

在目前的建筑行業由于多種多樣的社會需求，造成建筑的種類較多技術較為繁雜的情況，這就需要施工材料滿足一定的施工要求，部分材料自身的成本較高，雖然可以滿足建筑施工的需要但是這樣就會造成整個建筑施工的成本增加的情況，不符合現代社會對建筑材料的合理性要求，所以在材料的選擇方面不光僅僅要考慮其滿足施工和設計需要，還需要根據建筑材料本身是否符合建筑整體的合理性需要，從而節省建筑施工的成本還能夠滿足整個施工的要求。

3 屋面的選型

3.1 屋面鋼結構的重量相對很輕，而且鋼材料要有極高的強度以滿足施工的要求。盡管從材料的容量上看，鋼材僅僅是鋼筋混凝土的3倍，但是其強度要遠遠超過混凝土。如果兩個建筑的承載力相同，那么輕的鋼結構，更適合大跨度施工，一般這類輕的鋼結構重量僅僅是混凝土重量30%。

3.2 鋼管桁架剛度大，幾何特性好。鋼管桁架的管壁較薄，但截面回轉半徑很大，故抗壓和抗拉性能好。

3.3 有良好的外形，鋼管桁架的外形很漂亮而且非常輕，如果建筑對于視覺有較高的要求，那么可以使用鋼管桁架。同時因為鋼管桁架的重量輕，因此能夠滿足建筑對內部空間的要求。另外，根據建筑的布置及要求，結合結構的合理性，主樓屋面結構支承體系采用鋼管混凝土柱+樹形支承鋼柱系統。主樓頂層出發大廳的鋼管混凝土框架柱網沿航站樓縱橫向均為36m的柱距，柱頂的四根樹形支承鋼柱再將36m的鋼管混凝土柱網轉換成為中部18m的網格，樹形支承柱頂支承雙向倒三角形空間鋼管桁架系統（即桁架支點雙向間距為18m）。

3.4 鋼結構計算

本工程結構采用同濟大學《空間鋼結構系統CAD軟件3D3S》與MIDAS/GEN兩套程序同時進行整體計算（建模和內力計算與分析），并對兩個軟件產生的計算結果進行綜合對比與判斷。

（1）恒荷載。除鋼結構構件的自重由程序自動計算外，屋面恒荷載取1.0kN/m2（主檁條以上的恒荷載）。

（2）活荷載。屋面的活荷載取0.5kN/m2。

（3）溫度效應。由于本工程屬于大跨鋼結構，溫差的取值按《鋼結構設計規范》第210.2條注，取溫差Δt=±15℃。

（4）地震作用。按8度、Ⅱ類場地計算。除考慮水平地震作用外，還應考慮豎向地震作用。

（5）結構重要性系數：1.1。本工程鋼材選用Q345B無縫鋼管，經計算，管徑規格最小Φ146×6、最大Φ273×16、理論用鋼量約為63kg/m2，比一般鋼結構的經濟性能更為優異。在各種荷載組合作用下，最大撓度處為桁架懸挑端頭處，撓度值為60mm（約1/383），故在制作及加工中考慮了起拱50mm，滿足了規范要求。通過本工程的實踐，可以看出：采用鋼管樹形柱+空間鋼管桁架系統，可以實現大跨度、滿足建筑及使用要求，且整體性好，用鋼量小。

結束語

對于現階段的大跨度結構建筑設計來說，不僅僅要考慮以上的建筑材料以及技術的問題，還要注意施工人員的相關問題，由于大跨度建筑的特殊性要考慮相關施工人員的安全，加強安全措施的保護工作，并且對于施工人員進行一定安全知識培訓工作，這樣才能夠保證整個建筑施工工作的順利進行，有助于社會的發展和進步。

參考文獻

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