针对大跨度公建结构设计进行分析

【摘要】结构跨度越大，自重在全部荷载中所占的比重也就越大，减轻自重可以获得很好的经济效益，而钢结构强度高而质量轻的优点对大跨度结构来说就特别突出，因此大跨度房屋钢结构常常被用于大型公共建筑和一些工业建筑中，如体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等。在此我们就大跨度房屋钢结构的设计中要注意的问题加以分析，请各位同业指正。

【关键词】大跨度；公共建筑；钢结构；设计

与其他材料的结构相比，钢结构具有材料强度高、结构重量轻；结构的塑性韧性较好；钢结构的制造简单施工周期短等优点。我们在进行钢结构设计时，应当从工程实际出发，合理选用钢材，选择高强度、具有较好经济指标的钢材；在结构方案选择上，应尽可能采用标准化、模数化的结构布置；在连接设计中，应选用构造简单、传力直接的节点形式，并应满足构造要求；另外，在钢结构设计中，还应保证钢结构在加工、运输、安装和使用过程中的强度、刚度和稳定性要求，并应针对钢结构的实际，满足防火、防腐的要求。宜优先选用通用的和标准化的结构和构件，减少制作、安装工作量。

1 大跨度房屋主要的钢结构划分

大跨度房屋钢结构按刚性差异以及它们的组合不同，分成三类：刚性结构（网架、网壳、空间精架）、柔性结构（索结构、膜结构、索一膜结构、张拉集成结构）和杂交结构。杂交结构既可通过刚性结构和柔性结构的有机组合获得，也可通过变更传统结构的特性得到，如拉索一网架结构、拉索一网壳、拱一索、索一桁架等。在此我们主要讨论刚性大跨度房屋和柔性大跨度房屋。

1.1 刚性大跨度房屋

刚性大跨度房屋钢结构主要是指由钢杆件或钢梁、钢柑架组成的结构，且其刚度由结构的组成和构件自身的刚度形成。当结构由规则的空间单元组成时，称为空间网格结构，否则称为空间结构。空间网格结构主要有网架结构、网壳结构、组合网架（壳）结构及预应力网架（壳）结构等形式，一般由钢杆件组成。具有受力合理、计算简便、结构整体性强、刚度大、抗震性能优、用料省、制作安装方便、造价经济、造型丰富、适应性强等优点。空间结构一般由钢梁或钢析架组成，在跨度较大时还辅以预拉力索以增加结构刚度、减少用钢量。空间结构除了有与空间网格结构相同的优点外，还具有结构体系简洁、更易体现建筑造型等优点。但与空间网格结构相比，构件和节点类型一般较多，制作较为不便。

1.2 柔性大跨度房屋钢结构

柔性大跨度结构的受力体系可分为竖直平面、水平层面及空间三大类。其中，张力弦屋架、预张力索衍架体系属于竖直平面受力体系；单层预张力索网体系和张力膜结构体系属于水平层面受力体系；空间预张力索网格体系、索弯顶和张拉集成体系属于空间受力体系。

2 大跨度房屋钢结构的设计要点

大跨度房屋主要按照荷载类型进行设计，其荷载主要分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载。对于永久荷载，应采用标准值作为代表值。对于可变荷载，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。对于偶然荷载，应按照建筑结构使用的特点确定其代表值。

2.1 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。

2.2 可变荷载

作用在大跨度房屋钢结构上的可变荷载有以下几种。

（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。对于大跨度房屋钢结构，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，屋面雪荷载小于荃本雪压。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。然而，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。大跨度房屋钢结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。大跨度房屋钢结构由于位移的不均匀沉降而引起结构杆件内附加应力。

2.3 偶然荷载

在大跨度房屋钢结构分析中，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结构的竖向地震的作用。

大跨度房屋钢结构的地震作用一般可采用振型分解反应谱法计算；对于某些规则的网架和网壳结构还可采用简化计算方法；对特别重要或体型特别复杂的空间结构，应采用时程分析法进行补充计算。

3 结语

大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。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。我们从业者在进行钢结构建筑的设计时，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。重点要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，完成预定功能的概率设计。

参考文献

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[2]沈祖炎陈以一陈扬骥 .房屋钢结构设计.2008

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