鋼屋架的結構設計探討

郝繼威

【摘要】作為現代建筑結構的一種重要形式，鋼架結構的應用對于改善建筑使用效果具有重要作用。本文首先介紹了鋼架結構屋架選型，然后具體探討了鋼架結構的設計，以期為相關技術與研究人員提供參考。

【關鍵詞】鋼屋架；結構設計

1.鋼架結構屋架選型

在對鋼架結構進行結構設計和分析時，應重點確定該結構屋架選型。其主要確定標準有：

1.1 受力恰當：屋架選型應保證結構受力科學，在保證受力合理條件下才能促使各桿件完全發揮作用。相對于鋼架結構的弦桿而言，能使各弦桿內力趨于一致便表明受力恰當。依據施工經驗，在簡支屋架中，為保證受力恰當，其結構外形需類似于屋架在均布荷載條件下的彎矩圖，因此弦桿需采用折線形。而折線形弦桿制作相對繁瑣，且施工難度較大，在當前施工中已不再常用。對于三角形屋架，因結構形式局限，無法滿足短桿受壓、長桿受拉要求，且由于腹桿數量較多，所以通常選用人字式腹桿；對于平衡弦屋架或梯形屋架，若選用斜腹桿形式，雖可保證受力合理，但相比人字式腹桿其節點較多，所以也應選用人字式腹桿方式。

1.2 符合使用標準：在設計鋼屋架前應先確定屋架的坡度，屋架坡度應與防水材料相匹配。對于梯形屋架，因為外形接近于拋物線形，則弦桿各節間中的內力最為均勻。加之剛度也較好，常用跨度可達36米左右。對于三角形屋架，外形與拋物線形差別較大，因而其弦桿各節間的內力很不均勻，屋架端部高度小，該處節間的內力最大，因弦桿截面常按整根弦桿的最大內力選用，造成弦桿截面鋼材的增加，故跨度較大時選用三角形屋架是不經濟的，其常的跨度宜在24-27米以下。對于平行弦屋架，弦桿內力不及梯形屋架均勻，但其腹桿長度一致，桿件類型少，節點構造統一，便于制造，是其優點。

1.3 高經濟性：在屋架選型過程中，除了考慮構件制作方便、施工簡單、節省材料等因素，還應確保結構荷載、跨度、材料獲取方便性等要求?？傮w而言，三角形鋼屋架弦桿內力相對較大，同時桿件角度嬌小，安裝難度較高。在正常使用過程中，三角形屋架因結構豎向形成位移，可增大桿件夾角以提升結構的穩定性。若平行弦雙坡屋架坡度相對嬌小，其下弦桿應該設計成水平形式，由此可避免屋架對支承形成推力的缺陷。

1.4 制造與安裝方便：從桿件制造角度而言，結構選型應確保桿件種類與數量盡量少。平行弦屋架使用的桿件種類較少，且形式相對統一，可符合制造簡便的標準。在構造上，結構內不同桿件的夾角應控制在30～60度以內。

2.帶鋼屋架的大跨度排架結構的設計

2.1 柱網布置

柱網布置需考慮結構、工藝和經濟等因素，且應滿足標準化模數限制。布置時應符合工藝設備更新與預期擴建等生產工藝流程要求，如結構基礎底部各類管道及結構基礎應同柱網布置相匹配。結構方面，柱網布置應使上部結構剛度和強度滿足標準，為便于施工，還應采用一致的柱距跨度。在結構設計時，支撐、檀條等構件截面尺寸同柱距直接相關。大尺寸柱距雖能減少地基處理成本，但同時會增加支撐、檀條等材料的使用量。因此，恰當的柱網尺寸應以經濟效益最優為目標。柱網尺寸的選用需考慮屋面使用的材料，如若屋面板采用混凝土材料，因屋面自重較高，所以柱距應控制在6m左右；而對于高度在14m以上、最大跨度高于30m的大型屋面板，應盡量選用12m的柱距。

2.2 支撐布置

2.2.1 橫向支撐：橫向支撐一般應設置在房屋兩端或溫度伸縮縫區段兩端的第一個柱間或第二柱間，兩道橫向支撐的間距不宜超過60米。其功能主要是第一，對保證上弦桿的側向穩定性有著重要的作用；第二，傳遞作用在房屋山墻上的縱向水平風荷載的作用；第三，在傳力平面增加屋蓋結構的剛度。

2.2.2 縱向支撐：縱向支撐僅當房屋的跨度和高度較大或房屋為廠房并設有壁行吊車或有較大振動設備因而對房屋的整體剛度要求較高時設置。對梯形屋架，縱向支撐常設在屋架的下弦平面，而對三角形屋架則常設在上弦平面，與橫向支撐構成一路。其功能主要是第一，與橫支撐一起形成一水平剛性盤，增加房屋的整體剛度；第二，當房屋為工廠車間并設有吊車時，在吊車橫向制動力作用下使框架起空間作用，可減輕受荷較大的框架所受水平荷載和產生的水平變形；第三，當有托架時，可保證托架的側向穩定。

2.2.3 垂直支撐：對于普通屋架均應沿房屋縱向安設垂直支撐。垂直支撐是一種平行線桁架。在屋架中部，垂直支撐數量應根據結構跨度確定。若屋架采用梯形形式且跨度在30m一下，則僅需設置一道即可，但應將其安設在結構跨中部位。若屋架跨度高于上述限值，則垂直支撐應按照1/3跨度的間隔距離進行鋪設。若屋架安設有天窗，則應在天窗位置安設垂直支撐。其主要作用是第一，保持屋架側向的幾何穩定性；第二，下弦無椣向支撐時，作為下弦系桿的支點；第三，傳遞山墻所受縱向風荷載等至屋架支柱；第四，保證吊裝屋架時的穩定和安全。

2.3 桿件截面選取

結構各桿件應先確保具有充足的剛度和強度，且要盡可能運輸方便、制造簡單、協同工作性能強。所以桿件需具有較高的回轉半徑、平整表面和高強的輕質性。在實際工程中通常選用雙角鋼制造的T型截面或十字行截面作為桁架桿件。在設計鋼結構時，受力桿件需符合等穩定性標準，也就是桿件繞兩個主軸的穩定性應接近，以確保材料使用充分。等邊角鋼可作為桁架結構的拉桿使用，但應確保角鋼伸出肢寬度充分，以提升弦桿在平面位置的穩固性。在構件驗算過程中，需注意角鋼組成的界面在驗算y軸穩定性時的扭轉效應。

綜上所述，加強鋼屋架工程中存在的各個施工質量控制措施，提高工程中存在的各個施工質量調控性措施，以避免出現鋼屋架工程施工中存在的各個施工的問題。

參考文獻

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