浅析大跨度房屋钢结构设计

摘要:对于大跨度房屋钢结构的框架进行了详细的介绍，整合了多个大跨度房屋的钢结构设计经验，并对其结构设计进行了系统的分析和归纳，对大跨度房屋钢结构的设计研究有重要的意义。

关键词：大跨度房屋 钢结构 设计分析

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

1、前言

随着社会的发展与进步，钢结构在大跨度房屋设计中应用越来越广泛。钢结构相较于其他的材料结构有其鲜明的优点，比如有足够高的材料强度、较好的塑性和韧性、简单的制造工艺和较短的施工周期等。在实际的工程应用中，应该科学的对钢材进行筛选，尽可能的选择有较高强度和性价比相对高的钢材；在其结构选择上，根据其标准要求合理的选择相应的结构方案；在其连接处的设计中，尽量采用较为简单的力学传递结构，满足其应有的运动要求。此外，在实际的钢结构设计中，还要使钢结构在实际应用过程中满足其各个参数的要求，并根据实际需要做好防火和防腐等方面的设计。所以，应该优先选择通用性的钢结构构件，减少其制作安装的流程，提高材料的实用性。

2、大跨度房屋主要的钢结构划分

根据刚性差异，大跨度房屋钢结构可以分成以下三种：刚性结构、柔性结构和杂交结构。其中，杂交结构可以用两种方式来获得，一种是通过刚性结构和柔性结构的有机组合，另一种是利用变更传统结构的特点，这里我们更多来讨论刚性大跨度房屋和柔性大跨度房屋。

2.1刚性大跨度房屋结构

刚性大跨度房屋的组成结构主要包括钢梁和钢相架，且它们自身的刚度决定着刚性大跨度房屋总体的机构刚度。所谓的空间网格结构就是指结构组成是规则的空间单元，而空间结构的定义与其正好相反。

空间网格结构的形式主要有网站结构、网壳结构、组合网架结构和预应力网架结构等。空间网格结构一般由钢杆件组成，有众多优点，比如合理的受力、简单方便的计算过程、较大的刚度、优良的抗震性能、丰富的造型、较强的适应性等。

空间结构一般由钢梁或者钢析架组成，在跨度较大的情况下还应该用预拉力索来增加结构的刚度、减少钢的用量。除了与空间网格结构相同的优点之外，还有其它优点。如简单的结构体系、 更容易表现建筑造型。不过与空间网格结构作对比时，还有一些不足，如较多较复杂的构件和节点类型，较为繁琐的制作过程。

2.2柔性大跨度房屋钢结构

从受力体系来看，柔性大跨度结构可分为竖直平面、水平层面以及空间三大类。竖直平面受力体系包括张力弦屋架、预张力索衍架体系。水平层面受力体系包括单层预张力索网体系和张力膜结构体系。空间受力体系包括空间预张力索网格体系、索弯顶和张拉集成体系。

3、结构设计存在的问题及分析

3.1存在的问题

由于大跨度房屋钢结构有其他各种材料结构不可代替的优越性，使得它越来越被广大的遇着所接受，相应的跨度也越来越大，超过30米跨度的房屋结构已经屡见不鲜。但是因为钢材的多用性和实用性，钢材的价格波动较大，二钢柱的用量往往大于钢梁的用量，又因为防火涂料的昂贵性，从而使得不少的技术人员提出并采用了传统的的钢筋混凝土柱和H钢屋梁来代替原先设计中的钢材。实际上，这些设计的内容已经给相关的设计人员带来了一种新的设计理念和设计结构体系。但是由于我国目前并没有针对此种结构设定专门的参数，使得此种结构方式在实际中容易出现细节的含糊，给房屋的安全带来不必要的隐患。所以对于此种结构，应该先对其在实际中需求的参数极限值进行详细的分析和探究，清楚的认识其内部的受力特点，这样才能使得整个结构更加的合理和安全。

3.2结构计算应考虑的问题

对于上述问题中用传统的钢筋混凝土柱和H钢屋梁来代替原先设计中的材料的结构体系，如果没有设置拉杆，就会使得计算过程变得极为繁琐，但如果无视其跨度的大小，仅仅采用通常平面系的计算机软件计算，则会给结构留下一定的安全隐患。就目前而言，平面杆系计算机软件是在两个基本的假设基础上进行各种受力分析的，第一是平截面假设，即每一个构件受力过程中杆件的截面不变；第二是杆件相互之间的夹角不变，即在实际的受力中，钢梁和钢柱之间的夹角相互保持不变。这种假设主要是为了门式钢架而设定的，基本符合受力简图，但是这种假设对于当下的结构不适用，也不符合其受力简图。其具体在于先下的人字型的钢梁的推理过大，因为拱脚没有相应的拉杆或者柱没有充足的抗推力，构件就会产生很大的水平位移，造成钢梁夹角的改变，这与前面的两个假设中的夹角不变假设相互冲突，不便于计算；其次，因为拱脚水平位移加大，钢筋混凝土有了其附加的弯矩，即存在二阶效应问题，但是相应的软件计算中由没有考虑二阶效应。擦外，由于悬索效应的影响，位于屋面上的钢梁内力将会急剧的增加，其剪力也会急剧的增加，造成更加不利的情况，这些都是目前的计算机软件不能解决的问题，所以电算的结果势必会有很大的误差，直接利用电算结果进行设计显然是不合理的，会有其必然的安全隐患。

4、大跨度房屋钢结构的设计要点

按照荷载类型，大跨度房屋的荷载主要可分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。其中，永久荷载的代表值采用的是标准值。可变荷载的代表值则根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值。而偶然荷载的代表值则通过建筑结构使用的特点来确定。

4.1 永久荷载

永久主要是指屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。在大跨度房屋结构方面主要是利用一些经验公式或者是计算机的软件来计算屋盖机构的自重。但是要注意的是，如果在整个系统中有擦体系的话，还要注意擦条的自重。其中屋面覆盖材料的自重主要是根据实际的情况来统计和计算所有相关机构和材料的自重。

4.2 可变荷载

在大跨度房屋钢结构的应用中，可变荷载有以下几种。

(1)屋面活荷载。一般由屋面的水平投影面来决定。对于不上人屋面，其屋面均布荷载采用标准值0.5kN/m2，但是当施工力度或者是维修程度较为严重的时候，应该按照其实际的情况进行具体的采用，或者在施工的过程中采取特殊的举措，例如上人屋面,屋面均布活荷载标准值采用2.0kN/m2。

(2)雪载荷。屋面的雪载荷主要由屋面的形状以及风向决定的。在大多数的情况下，屋面的雪载荷往往小于本雪压。其主要的原因是因为雪花从坡度大的曲面屋顶滑落，位于平屋顶上的雪被风刮下，有时候雪还会屋顶的散热所融化。但是有时候也会产生积雪，此时应该考虑使用较大的雪载荷，以避免屋顶所收载荷过大而引发一些不必要的麻烦。

(3)风荷载。风荷载是指当建筑物阻碍空气的流动，在建筑物的表面形成的压力或者吸力。风荷载具有静力和动力两种特点，其静力部分主要是稳定风，动力部分主要是脉动风。其中稳定风可以根据静力学求得，而动脉风应根据动力学理论知识求得。

(4)温度作用。

在由于温度变化而出现温差的情况下，因打垮的房屋钢结构的杆件不能自由的变形，从而会在杆件中产生应力，这种应力被称为温度应力。当年的最高温度或者最低温度会影响温差以及结构合拢时的温度，所以在设计中需要考虑这一点。至于温度应力的计算则需要参考空间结构的相关规定。

(5)支座位移。

由于位移的不均匀沉降而引起大跨度房屋钢结构的构件内附加应力。

4.3 偶然荷载

在分析大跨度房屋钢结构的过程中，偶然荷载主要指的是地震作用。建筑物因为地面运动而产生的一种惯性作用就是地震作用，属于一种动力作用。它的大小不仅和结构的固定振动特性有关，由和地面运动的特性有关。

5、结语

随着社会经济的发展，大跨度房屋结构设计已经成为了当今社会的发展主流，大跨度房屋的结构设计也会随着人们的需求有其新的意义和内涵。作为一个大跨度房屋钢结构的设计者，在当下更应该对钢结构的发展和其核心的内容进行深入的了解，积极的借鉴国内外其他区域的大跨度房屋钢结构的设计理念和设计经验，充实自身的设计思路和对整个设计系统的规划，从而使得大跨度房屋钢结构设计在未来有其新颖性和创新性。

6、参考文献

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