大跨度钢结构厂房建筑设计

摘要：随着建筑企业的发展水平逐渐上升，对于其要求也越来越高，目前，由于厂房建筑中的大跨度钢结构被广泛应用。本文就针对大跨度钢结构建筑设计问题进行分析，并总结出其设计要点。关键词：建筑企业；大跨度钢结构；设计要点中图分类号： S611

文献标识码： A引言大跨度结构整体提升是指结构在地面整体拼装成型，依靠竖向结构顶部作为提升承力点，采用柔性钢绞线作为提升承重索，通过专门的液压千斤顶作为动力装置将提升结构高空提升就位的施工成型方式。由于提升钢绞线长度不受限制，因此可实现结构的超高空、长距离提升施工。而液压千斤顶的引入也使得提升设备不仅起重能力强并可实现连续不间断提升。因结构的拼装都是在地面或低空进行，无需大型吊装设备，避免了高空作业，可显著减少支撑用量，因此施工效率高且降低了施工成本，是一项绿色建造技术。1、大跨度建筑钢结构分类大跨度建筑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、柔性结构及杂交刚柔混合体系结构。在此主要介绍以下两种大跨度建筑钢结构。刚性大跨度建筑钢结构刚性大跨度建筑钢结构的构成如下由大量钢杆件组成，如空间析架、网架等，根据结构单元的形式不同可以分为以下两种类型，一种称为空间网格结构，另一种称为空间结构。柔性大跨度建筑钢结构柔性大跨度结构可由其受力体系的不同分为以下三类竖直平面结构、水平层面结构及空间结构。在柔性钢结构中，其受力较均匀，而且结构受力主要集中在竖直、水平和空间对称位置上。如悬索结构、膜结构等。2、大跨度钢结构建筑设计中存在的问题2.1整体稳定与局部稳定在钢结构稳定性设计中，存在大跨度的钢结构的整体稳定性和局部稳定性计算不到位的情况。虽然它的稳定性计算借鉴了以往的经验来确定整体稳定性和局部稳定性之间的安全系数，但是，并没有结合具体的工程情况来计算一个较为科学的安全系数，所以，它不能真实反映整体稳定性与局部稳定性之间的关系，不能保证钢结构设计的稳定性。2.2不确定性因素在钢结构体系设计中，有许多不确定性因素会影响设计的稳定性，比如物力、几何不确定性因素，包括材料（弹性模量、屈服应力等）、杆件尺寸、截面积、残余应力和初始变形等。在确定与稳定性有关的几何量和物理量时，大多会根据以往经验分析问题，而不结合实际情况。另外，设计人员在分析钢结构时，所提的假设、数学模型、边界条件与目前的技术发展水平不相符，难以将其反映在计算中，导致理论值与实际承载力有差异等。目前，结构随机影响分析所处理的问题大多局限于确定的结构参数、随机荷载输入的格局范围内，而在实际工程中，由于参数的不确定性，会引起结构响应的明显差异。2.3预张拉体系不完善预张拉钢结构体系是钢结构稳定性设计中的另一个重要组成体系。以往预张拉体系的理论并不是很完善，没有一个完整、合理的理论体系来分析预张拉结构中的稳定性，所以，难以保证工程的稳定性，因此，要建立一个科学、完善的预张拉结构体系理论。2.4梁―柱稳定性设计在网壳结构稳定性设计中，梁―柱单元理论已经成为了主要的设计方法，但是，梁―柱理论不能完全反映网壳结构的受力状态，比如轴力和弯矩的耦合效应等。梁―柱是整个钢结构稳定性设计中最基础的部分，所以，在钢结构稳定性设计中，要充分注意梁和柱的稳定性以及两者之间的力学效应。3、大跨度钢结构建筑设计的要点3.1国产优质钢材的合理选择我国近年来在建筑中采用典型大跨度钢结构建设取得了明显的成果。在重大国际赛事场馆建设中采用钢架构的尝试也积累了经验。如今我国城市建设中高层住宅或商业建筑都明显增多，随着实践的检验，证明我国钢材质量一点也不亚于国外钢材质量。我国现在优质钢材品种不断增多，在钢材质量及性能上国家也颁布了行业标准，《高层建筑结构用钢板》YB4104-2000行业标准的颁布为钢材行业提供了开发研制大跨度钢构件所用钢材。随着经济建设的发展，在我国钢机构施工中逐渐采用国产优质钢材取代进口钢材是发展趋势，将有大量的国产优质钢材企业为我国建筑行业提供优质钢材。3.2钢构件安全等级的控制随着建筑行业标准的逐渐完善，在标准中对钢结构可靠性设计也有理论可依。在钢结构施工过程中钢构件的安全等级可根据实际情况进行调整。在需要改变安全等级时进行必要的调整，主要构件有隐患时必须提高其安全等级；在次要构件选用时可以稍微降低其安全度。总的要求是必须保证整个钢构件的安全和建筑物的承受力。在遇到地理不可抗因素破坏时必须能保证整个建筑物的整体结构，最大程度保障人民生命财产安全。在钢结构安全的前提下没必要过分要求钢结构的安全等级。3.3可变荷载在大跨度建筑钢结构中，主要包括以下几种可变荷载（1）建筑活荷载。在一般情况下，建筑均布活荷载按水平投影面积进行计算。对于不同的建筑结构形式，建筑均布活荷载取值不同，建筑均布活荷载标准值取0.5，上人建筑均布活荷载标准值取2.0KN/m2，但是在取值时，还是要充分考虑实际情况，对建筑活荷载取值进行修正。（2）雪荷载。大跨度结构对雪荷载相对比较敏感，建筑雪荷载在可变荷载中占有一定的比率，不同结构形式的建筑有不同的雪荷载值，而且还与建筑的朝向以及常年的风向有关。一般情况下，建筑雪荷载取值小于平面雪压，因为建筑有一定的坡度，在雪落到建筑到时候，有部分已经沿倾斜的建筑滑落。然而，有些特殊结构形式的建筑会产生积雪，这就会使得雪荷载有所增加。因此在确定雪荷载时，要充分考虑实际情况。（3）风荷载。在风荷载作用下，建筑会产生一定的压力或者吸力，而且风荷载具有静力和动力作用的双重特点，在计算风荷载的时候，要分别用静力力学和动力学的知识进行求解，准确计算风荷载值。大跨度结构的风载体型系数，一般通过风洞试验获得。（4）温度作用。钢结构不同于混凝土结构，其具有较大的热胀冷缩性质，在一些温差较大的地区，钢结构会因为温差产生变形，形成较大的内部荷载作用，称为温度应力，在计算温度作用时，要根据不同的气候条件进行考虑。（5）支座位移。在大跨度建筑钢结构中，支座位移所产生的杆件内部附加应力不可忽略，而且当支座产生较大的不均匀沉降时，有可能造成结构的局部损坏，甚至危及整个结构的安全，在活荷载计算中，要充分考虑支座位移引起的附加内力。3.4偶然荷载在进行结构受力分析时，要充分考虑偶然荷载作用，本文主要考虑地震作用。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，通过达朗伯尔原理建立微分方程。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。大跨度建筑钢结构受地震影响大，在建筑结构设计时，要保证屋盖结构和支撑结构刚度分布均匀，有明确的传力路线，这样在地震作用下，就能够使结构受到的荷载作用通过支座向下传递，避免钢结构出现较大扭转或者其他变形形式，保证结构的安全可靠。而且要针对建筑薄弱部分进行抗震分析，并进行加强，确保其受力符合要求，与整个结构协调。由于大跨度结构的平面投影尺寸较大，尚应考虑地震行波效应和局部场地效应。故对于大跨度空间结构来说，设置一定的防震缝是一种较好的方式，根据具体的工程规模和抗震要求，进行抗震验算，并在合适的位置设置防震缝，以抵抗地震作用。在进行结构设计时，要严格控制结构的重量，而且在钢材的选取上要充分考虑自振周期，尽可能使结构的自振周期相对较长，以使得结构可以通过变形释放地震输入的能量，这样就可以减少地震作用对结构的影响。结束语在建筑工程界一直在共同探求建筑技术的长足发展和进步，随着设计师思维的活跃，将会出现更多的大跨度钢结构施工。大跨度结构施工经验共享对建筑业发展非常有意义。由于建筑设计的理念、施工的建材等的不同，钢结构施工过程中不可避免会遇到很多问题，从安全的各个角度注意整个施工过程，不要忽视建筑工程施工过程的任何细小环节，这对整个建筑施工安全都有非常重要的意义，一定要注重所有钢结构建筑施工质量。参考文献[1]张强.如何减小大跨度钢结构厂房的应力变形[J].中国建筑金属结构，2013，16：34.[2]赵敏功，郑富利，谭涛.单层大跨度钢结构厂房安装施工技术改进及应用[J].河南水利，2001，04：31+18.[3]周立斌.建筑钢结构企业发展研究[D].浙江大学，2006.