谈网架大跨度钢结构网架在结构设计中要点及策略设计

论文导读：largespanandlargespanbuildingmainly,analyzesthedesignpointsoflarge-spansteelstructurehousing.Keywords:largespan;steelstructure;structure;load;bearing钢构建筑的设计时,首先应根据建筑结构的使用年限,建筑结构的安全等级以及需要抗震建筑结构的抗震设防类别确定其
摘要：当今社会经济飞速发展，人民生活水平日益提高,世界各国纷纷筹划建造更大、更高、 更长的各种超大型复杂结构物。来满足人们对生活空间的追求。大跨度房屋钢构设计是经济和社会发展的需要。本文介绍了大跨度钢构设计的现状和大跨度房屋主要的钢构划分，分析了大跨度房屋钢构的设计要点。
关键词：大跨度;钢结构;网架;荷载;支座
Abstract: In today's rapid social and economic development, the improvement of people's living level, the various countries around the world are planning to build bigger, better, more large complex structure. To meet the needs of people of life pursuit. Large span steel structure housing design is the need of economic and social development. This paper introduces steel division of the steel design of large span and large span building mainly, analyzes the design points of large-span steel structure housing.
Key words: large span; steel structure; structure; load; bearing


钢构建筑的设计时,首先应根据建筑结构的使用年限,建筑结构的安全等级以及需要抗震建筑结构的抗震设防类别确定其基本要求。着重依据可靠度的要求进行设计，在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的设计。

1.大跨度房屋钢构的设计要点

对于大跨度房屋，荷载形式非常重要，所以要按照荷载类型进行设计。荷载主要分为：永久荷载、可变荷载、偶然荷载。 各种荷载如何取值显然十分重要，（1）永久荷载：应采用标准值作为代表值，（2）可变荷载：应根据设计要求采用标准值、 组合值、 频遇值或准永久值作为代表值源于：毕业论文致谢词www.7ctime.com
。（3）偶然荷载，应按照建筑结构使用的特点确定其代表值。下面就这几种荷载类型做具体说明。

1.1永久荷载

对大跨度房屋结构，永久荷载主要包括屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。屋盖结构的自重计算可采用经验公式或由计算机自动完成，在有擦体系中，还应计入擦条的自重。屋面覆盖材料自重主要是指屋面板、屋面保温层、找坡层及防水层等的自重。若有吊顶等装修构造或设备管道，按实际情况采用。

1.2可变荷载

(1)屋面活荷载。 屋面均布活荷载一般按屋面的水平投影面计算。 对于大跨度房屋钢构，不上人屋面，屋面均布活荷载标准值采用0.5kN/m2，但当施工或维修荷载较大时，应按实际情况采用，或在施工中采取特殊措施;上人屋面,屋面均布活荷载标准值采用

2.0kN/m2。

(2)雪荷载。 屋面雪荷载的大小主要与屋面的几何形状、 朝向和风向等有关。 大多数情况下，屋面雪荷载小于基本雪压。 这是因为雪可从坡度较大的曲面屋顶滑落，风可将松散的雪从平屋顶刮下，有时雪还可能被屋顶外皮的散热所融化。但是，有时也会产生积雪,如双坡屋面的背风一侧、 双跨或多跨曲面屋顶的交接处等。此时必须考虑采用较大的雪荷载。
(3)风荷载。当空气的流动受到建筑物的阻碍,就会在建筑物表面的法向形成压力或吸力，这些压力或吸力称为建筑物所受的风荷载。风荷载具有静力和动力作用的双重特点，其静力部分称为平均风或稳定风,动力部分称为脉动风。平均风对结构的作用可用静力学的方法求得；脉动风对结构的作用应采用动力学的随机振动理论求得。
(4)温度作用。大跨度房屋钢构在因温度变化而出现温差时，由于杆件不能自由变形，会在杆件中产生应力，即温度应力。 温差的大小与结构合拢时的温度与当地年最高或最低气温相关，在设计中应考虑。关于温度应力的计算原则按空问结构的相关规程执行。
(5)支座位移。大跨度房屋钢构由于位移的不均匀沉降而引起结构杆件内附加应力。

1.3偶然荷载

在大跨度房屋钢构分析中，偶然荷载主要是指地震作用。地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种惯性作用,属于动力作用。 它的大小既与结构的固有振动特性有关，又与地面运动的特性有关。地震作用与风荷载的区别在于：①地震作用完全属于动力作用，而风荷载具有静力和动力作用的双重特点。 ②地震作用与建筑物的重量直接相关,重量越大，地震作用也越大；而风荷载主要与体型(或流形)和开洞情况关系较大。③建筑物的自振周期越长,对承受地震作用越有利,而对承受风荷载却是很不利的。
地震作用包括水平地震作用和竖向地震作用两类。 一般情况下,应在结构两个主轴方向分别考虑水平地震作用，对于8度和9度区,还应计算大跨度房屋钢构的竖向地震的作用。
2 .工程设计实例

2.1 网架组成

某工程为沿海城市的一个大型加油站，其由五个独立扇形网壳组成，均为正交正放四角锥网壳网架，组成一个大的扇形，覆盖空间三万多平方米，如下图所示。
图1 MSG空间网架，网壳结构辅助设计程序系统计算简图
网壳1(中间网壳)跨度为127.5m，矢高27.7m，扇形弦长短边92．59m(23根杆)，长边174m(45根杆)。网壳2跨度112.5m，矢高23.7m，扇形弦长短边33m(8根杆)，长边61.5m(15根杆)。网壳3跨度96m。矢高19.7m，扇形弦长短边32m(8根杆)，长边52.3m(15根杆)。网壳4，5与网壳2，3相同并与之对称。扇形网壳杆件由钢管组成。长度从2.5m～4.5m 不等。螺栓球直径D由100mm-300mm 不等。联接钢管与螺栓球的高强螺栓由M20-M64组成，所有网壳中以网壳1下弦杆受力最大，因而杆件及节点选用也最大。

2.2 荷载取值

在网壳节间铺设檩条，其上有保温屋面板，由于通风，照明等设备及走道板的敷设，全部恒载(包括网壳自重)取为1.2kN／m2活载取为0.3kN／m2由于建设场地位于离海不远的地方。建筑物体形又比较特殊，为此本工程作了风洞试验，风载基本值w0=0.66kN／m2体形系数较一般建筑又有较大提高。

2.3 计算简介

本设计网壳跨度大，体形复杂。建筑专业又不允许像一般网壳将拱脚落地，而是将底部落在四层框架的顶层，这样网壳很大的水平推力不可避免的引起框架顶部水平位移，再者该场地地基系滩涂围垦形成，会产生一定水平位移。这样除垂直荷载之外，风载、地震荷载基底变形均可能对网壳及节点受力产生影响。为了较精确地进行网壳受力分析，我们选用了中国建筑科学研究院MSGS空间网架，网壳结构辅助设计程序系统进行计算。计算时除考虑一般荷载组合之外，还考虑网壳结构与下部框架结构协同工作。

2.4 支座设计

由于此网壳跨度大(最大跨度达127m)体形复杂，加上论文导读：
两端又支承与四层钢筋混凝土框架上。所以支座设计的合理性显得很重要，以下几种因素的考虑就必不可少。

2.4.1网壳对支座的斜向推力

网壳对支座产生很大的水平推力：Nx=82.5t，Ny=55.6t，单纯的像平板网架仅给予竖向约束是不够的，因此我们对其支座的水平向及竖向设置了约束，并根据其最大的反力求出橡胶垫板的面积350mm X 350mm。

2.4.2抵抗风载对屋面的吸力

因其毗邻大海，风压大，同时网壳的体形特殊，风洞试验表明，其屋面负压区的体形系数达到1.8。故网架对支座的上拔力相当大。为了解决这一问题，我们把厂房钢柱地脚螺栓的技术运用进来。每个支座设置了4个M39材质为Q345钢地脚螺栓用于抵抗这一拔力。

2.4.3 温度缝的设置与协调

由于网架支承于钢筋混凝土框架上，IV区处网架纵向长达90多m，而钢筋混凝土结构的抗温度变形能力差，在中部设了一道温度缝，钢网架有较强的适应温度变化能力，加上如果设缝，屋面不易处理，容易渗漏，故网架未予设缝，如何使得两种结构的变形协调，我们考虑采用橡胶支座来满足这一要求。

2.4.4 减小支座次应力

由于网架跨度达127m 因此它的绝对变形也大，给予支座一定的转动能力，减小由于网架的变形给支座带来的次应力。我们考虑钢板橡胶支座，橡胶厚度除了在纵向满足温度变形协调的要求外，横向可以同时适应支座的转动，根据计算可以转动的角度为4.33度。
3 小结
大跨度空间结构是国家建筑科学技术发展水平的重要标志之一。世界各国对空间结构的研究和发展都极为重视，例如国际性的博览会、奥运会、亚运会等，各国都以新型的空间结构来展示本国的建筑科学技术水平，空间结构已经成为衡量一个国家建筑技术水平高低的标志之一。在今后的发展中，我们必须高度重视起设计过程及方案，促进其质量的稳定。
参考文献
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