钢屋架的结构设计探讨

【摘要】作为现代建筑结构的一种重要形式，钢架结构的应用对于改善建筑使用效果具有重要作用。本文首先介绍了钢架结构屋架选型，然后具体探讨了钢架结构的设计，以期为相关技术与研究人员提供参考。

【关键词】钢屋架；结构设计

1.钢架结构屋架选型

在对钢架结构进行结构设计和分析时，应重点确定该结构屋架选型。其主要确定标准有：

1.1 受力恰当：屋架选型应保证结构受力科学，在保证受力合理条件下才能促使各杆件完全发挥作用。相对于钢架结构的弦杆而言，能使各弦杆内力趋于一致便表明受力恰当。依据施工经验，在简支屋架中，为保证受力恰当，其结构外形需类似于屋架在均布荷载条件下的弯矩图，因此弦杆需采用折线形。而折线形弦杆制作相对繁琐，且施工难度较大，在当前施工中已不再常用。对于三角形屋架，因结构形式局限，无法满足短杆受压、长杆受拉要求，且由于腹杆数量较多，所以通常选用人字式腹杆；对于平衡弦屋架或梯形屋架，若选用斜腹杆形式，虽可保证受力合理，但相比人字式腹杆其节点较多，所以也应选用人字式腹杆方式。

1.2 符合使用标准：在设计钢屋架前应先确定屋架的坡度，屋架坡度应与防水材料相匹配。对于梯形屋架，因为外形接近于抛物线形，则弦杆各节间中的内力最为均匀。加之刚度也较好，常用跨度可达36米左右。对于三角形屋架，外形与抛物线形差别较大，因而其弦杆各节间的内力很不均匀，屋架端部高度小，该处节间的内力最大，因弦杆截面常按整根弦杆的最大内力选用，造成弦杆截面钢材的增加，故跨度较大时选用三角形屋架是不经济的，其常的跨度宜在24-27米以下。对于平行弦屋架，弦杆内力不及梯形屋架均匀，但其腹杆长度一致，杆件类型少，节点构造统一，便于制造，是其优点。

1.3 高经济性：在屋架选型过程中，除了考虑构件制作方便、施工简单、节省材料等因素，还应确保结构荷载、跨度、材料获取方便性等要求。总体而言，三角形钢屋架弦杆内力相对较大，同时杆件角度娇小，安装难度较高。在正常使用过程中，三角形屋架因结构竖向形成位移，可增大杆件夹角以提升结构的稳定性。若平行弦双坡屋架坡度相对娇小，其下弦杆应该设计成水平形式，由此可避免屋架对支承形成推力的缺陷。

1.4 制造与安装方便：从杆件制造角度而言，结构选型应确保杆件种类与数量尽量少。平行弦屋架使用的杆件种类较少，且形式相对统一，可符合制造简便的标准。在构造上，结构内不同杆件的夹角应控制在30～60度以内。

2.带钢屋架的大跨度排架结构的设计

2.1 柱网布置

柱网布置需考虑结构、工艺和经济等因素，且应满足标准化模数限制。布置时应符合工艺设备更新与预期扩建等生产工艺流程要求，如结构基础底部各类管道及结构基础应同柱网布置相匹配。结构方面，柱网布置应使上部结构刚度和强度满足标准，为便于施工，还应采用一致的柱距跨度。在结构设计时，支撑、檀条等构件截面尺寸同柱距直接相关。大尺寸柱距虽能减少地基处理成本，但同时会增加支撑、檀条等材料的使用量。因此，恰当的柱网尺寸应以经济效益最优为目标。柱网尺寸的选用需考虑屋面使用的材料，如若屋面板采用混凝土材料，因屋面自重较高，所以柱距应控制在6m左右；而对于高度在14m以上、最大跨度高于30m的大型屋面板，应尽量选用12m的柱距。

2.2 支撑布置

2.2.1 横向支撑：横向支撑一般应设置在房屋两端或温度伸缩缝区段两端的第一个柱间或第二柱间，两道横向支撑的间距不宜超过60米。其功能主要是第一，对保证上弦杆的侧向稳定性有着重要的作用；第二，传递作用在房屋山墙上的纵向水平风荷载的作用；第三，在传力平面增加屋盖结构的刚度。

2.2.2 纵向支撑：纵向支撑仅当房屋的跨度和高度较大或房屋为厂房并设有壁行吊车或有较大振动设备因而对房屋的整体刚度要求较高时设置。对梯形屋架，纵向支撑常设在屋架的下弦平面，而对三角形屋架则常设在上弦平面，与横向支撑构成一路。其功能主要是第一，与横支撑一起形成一水平刚性盘，增加房屋的整体刚度；第二，当房屋为工厂车间并设有吊车时，在吊车横向制动力作用下使框架起空间作用，可减轻受荷较大的框架所受水平荷载和产生的水平变形；第三，当有托架时，可保证托架的侧向稳定。

2.2.3 垂直支撑：对于普通屋架均应沿房屋纵向安设垂直支撑。垂直支撑是一种平行线桁架。在屋架中部，垂直支撑数量应根据结构跨度确定。若屋架采用梯形形式且跨度在30m一下，则仅需设置一道即可，但应将其安设在结构跨中部位。若屋架跨度高于上述限值，则垂直支撑应按照1/3跨度的间隔距离进行铺设。若屋架安设有天窗，则应在天窗位置安设垂直支撑。其主要作用是第一，保持屋架侧向的几何稳定性；第二，下弦无舷蛑С攀保作为下弦系杆的支点；第三，传递山墙所受纵向风荷载等至屋架支柱；第四，保证吊装屋架时的稳定和安全。

2.3 杆件截面选取

结构各杆件应先确保具有充足的刚度和强度，且要尽可能运输方便、制造简单、协同工作性能强。所以杆件需具有较高的回转半径、平整表面和高强的轻质性。在实际工程中通常选用双角钢制造的T型截面或十字行截面作为桁架杆件。在设计钢结构时，受力杆件需符合等稳定性标准，也就是杆件绕两个主轴的稳定性应接近，以确保材料使用充分。等边角钢可作为桁架结构的拉杆使用，但应确保角钢伸出肢宽度充分，以提升弦杆在平面位置的稳固性。在构件验算过程中，需注意角钢组成的界面在算y轴稳定性时的扭转效应。

综上所述，加强钢屋架工程中存在的各个施工质量控制措施，提高工程中存在的各个施工质量调控性措施，以避免出现钢屋架工程施工中存在的各个施工的问题。

参考文献

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