摘要：結(jié)構(gòu)跨度越大，自重在全部荷載中所占的比重也就越大，減輕自重可以獲得很好的經(jīng)濟效益，而鋼結(jié)構(gòu)強度高而質(zhì)量輕的優(yōu)點對大跨度結(jié)構(gòu)來說就特別突出，因此大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)常常被用于大型公共建筑和一些工業(yè)建筑中，如體育館、展覽館、俱樂部、影劇院、食堂、會議室、候車廳、飛機庫、車間等。在此我們就大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的設計中要注意的問題加以分析，請各位同業(yè)指正。

關(guān)鍵詞：大跨度；房屋；鋼結(jié)構(gòu)；設計

中圖分類號： TU 392. 5 文獻標識碼：A文章編號：1674-098X(2012)03(c)-0000-00

與其他材料的結(jié)構(gòu)相比，鋼結(jié)構(gòu)具有材料強度高、結(jié)構(gòu)重量輕;結(jié)構(gòu)的塑性韌性較好;鋼結(jié)構(gòu)的制造簡單施工周期短等優(yōu)點。我們在進行鋼結(jié)構(gòu)設計時，應當從工程實際出發(fā)，合理選用鋼材，選擇高強度、具有較好經(jīng)濟指標的鋼材;在結(jié)構(gòu)方案選擇上，應盡可能采用標準化、模數(shù)化的結(jié)構(gòu)布置;在連接設計中，應選用構(gòu)造簡單、傳力直接的節(jié)點形式，并應滿足構(gòu)造要求;另外，在鋼結(jié)構(gòu)設計中，還應保證鋼結(jié)構(gòu)在加工、運輸、安裝和使用過程中的強度、剛度和穩(wěn)定性要求，并應針對鋼結(jié)構(gòu)的實際，滿足防火、防腐的要求。宜優(yōu)先選用通用的和標準化的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，減少制作、安裝工作量。

1 大跨度房屋主要的鋼結(jié)構(gòu)劃分

大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)按剛性差異以及它們的組合不同，分成三類:剛性結(jié)構(gòu)(網(wǎng)架、網(wǎng)殼、空間精架)、柔性結(jié)構(gòu)(索結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)、索一膜結(jié)構(gòu)、張拉集成結(jié)構(gòu))和雜交結(jié)構(gòu)。雜交結(jié)構(gòu)既可通過剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)的有機組合獲得，也可通過變更傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特性得到，如拉索一網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、拉索一網(wǎng)殼、拱一索、索一桁架等。

在此我們主要討論剛性大跨度房屋和柔性大跨度房屋：

1.1剛性大跨度房屋

剛性大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)主要是指由鋼桿件或鋼梁、鋼柑架組成的結(jié)構(gòu)，且其剛度由結(jié)構(gòu)的組成和構(gòu)件自身的剛度形成。當結(jié)構(gòu)由規(guī)則的空間單元組成時，稱為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，否則稱為空間結(jié)構(gòu)。

空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)主要有網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、組合網(wǎng)架(殼)結(jié)構(gòu)及預應力網(wǎng)架(殼〕結(jié)構(gòu)等形式，一般由鋼桿件組成。具有受力合理、計算簡便、結(jié)構(gòu)整體性強、剛度大、抗震性能優(yōu)、用料省、制作安裝方便、造價經(jīng)濟、造型豐富、適應性強等優(yōu)點。

空間結(jié)構(gòu)一般由鋼梁或鋼析架組成，在跨度較大時還輔以預拉力索以增加結(jié)構(gòu)剛度、減少用鋼量。空間結(jié)構(gòu)除了有與空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相同的優(yōu)點外，還具有結(jié)構(gòu)體系簡潔、更易體現(xiàn)建筑造型等優(yōu)點。但與空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)相比，構(gòu)件和節(jié)點類型一般較多，制作較為不便。

1.2柔性大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)

柔性大跨度結(jié)構(gòu)的受力體系可分為豎直平面、水平層面及空間三大類。其中，張力弦屋架、預張力索衍架體系屬于豎直平面受力體系;單層預張力索網(wǎng)體系和張力膜結(jié)構(gòu)體系屬于水平層面受力體系;空間預張力索網(wǎng)格體系、索彎頂和張拉集成體系屬于空間受力體系。

2 大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的設計要點

大跨度房屋主要按照荷載類型進行設計，其荷載主要分為永久荷載、可變荷載、偶然荷載。對于永久荷載，應采用標準值作為代表值。對于可變荷載，應根據(jù)設計要求采用標準值、組合值、頻遇值或準永久值作為代表值。對于偶然荷載，應按照建筑結(jié)構(gòu)使用的特點確定其代表值。

2.1永久荷載

對大跨度房屋結(jié)構(gòu)，永久荷載主要包括屋蓋結(jié)構(gòu)自重和屋面覆蓋材料自重。

屋蓋結(jié)構(gòu)的自重計算可采用經(jīng)驗公式或由計算機自動完成，在有擦體系中，還應計入擦條的自重。屋面覆蓋材料自重主要是指屋面板、屋面保溫層、找坡層及防水層等的自重。若有吊頂?shù)妊b修構(gòu)造或設備管道，按實際情況采用。

2.2可變荷載

作用在大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)上的可變荷載有以下幾種。

（1）屋面活荷載。屋面均布活荷載一般按屋面的水平投影面計算。對于大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)，不上人屋面，屋面均布活荷載標準值采用0. 5 KN/m2，但當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采用，或在施工中采取特殊措施;上人屋面，屋面均布活荷載標準值采用2. 0 kN/ m2。

（2）雪荷載。屋面雪荷載的大小主要與屋面的幾何形狀、朝向和風向等有關(guān)。大多數(shù)情況下，屋面雪荷載小于荃本雪壓。這是因為雪可從坡度較大的曲面屋頂滑落，風可將松散的雪從平屋頂刮下，有時雪還可能被屋頂外皮的散熱所融化。然而，有時也會產(chǎn)生積雪，如雙坡屋面的背風一側(cè)、雙跨或多跨曲面屋頂?shù)慕唤犹幍?。此時必須考慮采用較大的雪荷載。

（3）風荷載當空氣的流動受到建筑物的阻礙，就會在建筑物表面的法向形成壓力或吸力，這些壓力或吸力稱為建筑物所受的風荷載。風荷載具有靜力和動力作用的雙重特點，其靜力部分稱為平均風或穩(wěn)定風，動力部分稱為脈動風。平均風對結(jié)構(gòu)的作用可用靜力學的方法求得;脈動風對結(jié)構(gòu)的作用應采用動力學的隨機振動理論求得。

（4）溫度作用。大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)在因溫度變化而出現(xiàn)溫差時，由于桿件不能自由變形，會在桿件中產(chǎn)生應力，即溫度應力。溫差的大小與結(jié)構(gòu)合攏時的溫度與當?shù)啬曜罡呋蜃畹蜌鉁叵嚓P(guān)，在設計中應考慮。關(guān)于溫度應力的計算原則按空問結(jié)構(gòu)的相關(guān)規(guī)程執(zhí)行。

（5）支座位移。大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)由于位移的不均勻沉降而引起結(jié)構(gòu)桿件內(nèi)附加應力。

2.3 偶然荷載

在大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)分析中，偶然荷載主要是指地震作用。

地震作用是建筑物因地面運動而產(chǎn)生的一種慣性作用，屬于動力作用。它的大小既與結(jié)構(gòu)的固有振動特性有關(guān)，又與地面運動的特性有關(guān)。

地震作用與風荷載的區(qū)別在于:①地震作用完全屬于動力作用，而風荷載具有靜力和動力作用的雙重特點。②地震作用與建筑物的重量直接相關(guān)，重量越大，地震作用也越大;而風荷載主要與體型(或流形)和開洞情況關(guān)系較大。③建筑物的自振周期越長，對承受地震作用越有利，而對承受風荷載卻是很不利的。

地震作用包括水平地震作用和豎向地震作用兩類。一般情況下，應在結(jié)構(gòu)兩個主軸方向分別考慮水平地震作用，對于8度和9度區(qū)，還應計算大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的豎向地震的作用。

大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)的地震作用一般可采用振型分解反應譜法計算;對于某些規(guī)則的網(wǎng)架和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)還可采用簡化計算方法;對特別重要或體型特別復雜的空間結(jié)構(gòu)，應采用時程分析法進行補充計算。

結(jié)語

大跨度房屋鋼結(jié)構(gòu)設計是經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要。當今社會經(jīng)濟飛速發(fā)展，人民生活水平日益提高，世界各國紛紛籌劃建造更大、更高、更長的各種超大型復雜結(jié)構(gòu)物。來滿足人們對生活空間的追求。我們從業(yè)者在進行鋼結(jié)構(gòu)建筑的設計時，首先應根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的使用年限，建筑結(jié)構(gòu)的安全等級以及需要抗震建筑結(jié)構(gòu)的抗震設防類別確定其基本要求。重點要依據(jù)可靠度的要求進行設計，在規(guī)定的時間，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的概率設計。

參考文獻

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