宋力

摘要：當(dāng)前建筑工程施工技術(shù)發(fā)展水平日益提高，大跨度工程設(shè)計建設(shè)中鋼結(jié)構(gòu)也得到了較為廣泛的應(yīng)用。大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是一個相對較為復(fù)雜的過程，因此為了保證設(shè)計的質(zhì)量，應(yīng)在設(shè)計中嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范和要求來處理，進而有效提高設(shè)計的合理性。

關(guān)鍵詞：大跨度；鋼結(jié)構(gòu)；設(shè)計；規(guī)范

大跨度鋼結(jié)構(gòu)與其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計存在著很多的相似之處，需要在設(shè)計的過程中采取有效的方式，解決結(jié)構(gòu)變形設(shè)計及荷載設(shè)計過程中容易出現(xiàn)的多種問題。而且大跨度結(jié)構(gòu)在設(shè)計的過程中也會受到很多因素的影響，故此設(shè)計人員在工程建設(shè)和實踐過程中，應(yīng)充分地考慮行業(yè)規(guī)范要求，進而完成結(jié)構(gòu)的分析和計算工作。

一、大跨度鋼結(jié)構(gòu)的特點

（一）構(gòu)件數(shù)量和截面類型眾多

大規(guī)模的建筑通常由上萬個構(gòu)件組成，同時構(gòu)件的類型尺寸和截面各不相同，因此這也為施工單位的放樣環(huán)節(jié)帶來了非常大的困難，一些彎曲構(gòu)件必須要經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗才能應(yīng)用于工程當(dāng)中。

（二）構(gòu)件加工精度要求嚴(yán)格

大跨度工程通常為重點建設(shè)工程，所以對建筑質(zhì)量有著十分嚴(yán)格的要求。施工人員應(yīng)加大構(gòu)件加工精度控制力度，規(guī)定構(gòu)件焊接的過程中均應(yīng)達(dá)到一級水平，這就加大了設(shè)計和建設(shè)的難度。

（三）現(xiàn)場焊接工作較為繁重

施工前通常需要對其進行預(yù)拼裝處理，同時需要完成大量的焊接工作。大跨度鋼結(jié)構(gòu)不同于普通的建筑結(jié)構(gòu)，所以必須要使用全新的設(shè)計理念和施工技術(shù)，只有這樣，才能保證工程設(shè)計和建設(shè)的質(zhì)量。

二、大跨度鋼設(shè)計概述

（一）性能設(shè)計

在結(jié)構(gòu)設(shè)計和發(fā)展的過程中，以性能為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念是一種非常主流的發(fā)展趨勢。性能的設(shè)計主要是采用多種方式達(dá)到結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)的設(shè)計方法。其主要借助對結(jié)構(gòu)的科學(xué)分析及計算，對鋼結(jié)構(gòu)在不同條件下的性能參數(shù)予以科學(xué)預(yù)測和分析，從而判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計能否滿足大跨度鋼結(jié)構(gòu)性能標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（二）結(jié)構(gòu)幾何與材料雙非線性計算分析

當(dāng)前，在大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的過程中，出現(xiàn)了很多的新材料和新工藝，鋼結(jié)構(gòu)建筑的自重更小，且跨度也明顯提高。在達(dá)到屈服荷載前，建筑的變形也更為明顯，且其幾何非線性特征也更為顯著。若結(jié)構(gòu)即將達(dá)到結(jié)構(gòu)荷載的極限值時，材料的性質(zhì)也會從線彈性逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄?。利用有限元方式完成大位移彈塑性分析，這樣便能夠充分地了解并掌握受到極限荷載作用后結(jié)構(gòu)自身的工作狀態(tài)?，F(xiàn)階段，眾多的有限元計算軟件均應(yīng)用在了結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，這也提高了結(jié)構(gòu)幾何和材料雙非線性計算分析的質(zhì)量和效率。

（三）延性性能前提下的設(shè)計思路

在性能基礎(chǔ)上的設(shè)計，必須要充分考慮到鋼結(jié)構(gòu)自身的性能，結(jié)合結(jié)構(gòu)分析計算的最終結(jié)果，以及不同荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，對大跨度鋼結(jié)構(gòu)的性能進行科學(xué)評估。此外還要以此為根據(jù)確定工程設(shè)計的方案。并在設(shè)計工作中將鋼結(jié)構(gòu)材料的延性作為一個重要的考量指標(biāo)。

三、基于性能的大跨度鋼結(jié)構(gòu)具體設(shè)計分析

（一）變形能力的設(shè)計

在大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，需確保鋼結(jié)構(gòu)體系既可滿足變形能力的基本需要，又能滿足結(jié)構(gòu)承載力和穩(wěn)定性的基本要求。在鋼結(jié)構(gòu)體系中的所有構(gòu)件均能夠達(dá)到強度的基本要求后，再對材料的結(jié)構(gòu)彈性變形予以有效控制，從而加強設(shè)計的質(zhì)量及效果。另外在設(shè)計中通常采用施加預(yù)應(yīng)力與結(jié)構(gòu)預(yù)拱的方式。在預(yù)應(yīng)力處理方法當(dāng)中，其能夠有效改善結(jié)構(gòu)的剛度與承載力，控制結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，同時還可增強鋼結(jié)構(gòu)體系的彈塑性變形能力，將適度的預(yù)應(yīng)力施加在結(jié)構(gòu)當(dāng)中，以此便能夠減少結(jié)構(gòu)變形和損壞對結(jié)構(gòu)性能的影響。

（二）荷載類型設(shè)計

荷載主要分為三種形式，一種是永久荷載，一種是可變荷載，最后一種是偶然荷載。在大跨度鋼結(jié)構(gòu)當(dāng)中，永久荷載通常是由屋面覆蓋材料的自重與無蓋結(jié)構(gòu)的自重構(gòu)成。屋面覆蓋材料相對較多，其主要有屋面板、屋面保溫結(jié)構(gòu)和防水層。屋蓋結(jié)構(gòu)重量計算通常采用計算公式或計算機完成，若屋蓋當(dāng)中包含檁條結(jié)構(gòu)，則應(yīng)將擦條的重量也算入到結(jié)構(gòu)的重量當(dāng)中。如果結(jié)構(gòu)中有吊頂結(jié)構(gòu)或設(shè)備管道，則要加入到計算的范圍。此外，在工程施工中大跨度鋼結(jié)構(gòu)會受到工程實際情況的影響，因此其可變荷載也會存在較大的差異，主要分為以下幾種：

第一種是屋面活荷載。這種荷載的計算需要充分結(jié)合屋面水平投影面積的大小。大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋面上的活荷載標(biāo)準(zhǔn)通常為0.5kN/m2，而如果在工程建設(shè)或維修時出現(xiàn)較大的荷載，則應(yīng)充分結(jié)合具體情況，來采取更具針對性的處理方式。

第二種是雪荷載。雪荷載的大小與鋼結(jié)構(gòu)屋面的形狀、朝向等都存在著十分密切的關(guān)系。一般而言，屋面雪荷載不會超過最大雪壓。雪可能會從較陡的曲面屋頂上滑落到地面，風(fēng)也會刮走松散性較強的雪，在溫度升高后，屋面的雪也有可能會發(fā)生融化現(xiàn)象。而對于雙坡屋面的背風(fēng)坡或者曲面屋頂出現(xiàn)積雪，則應(yīng)對雪荷載進行重新計算。

第三種是風(fēng)荷載。若大跨度鋼結(jié)構(gòu)建筑對空氣的流動起到了較為明顯的阻礙作用，建筑物的表面就會出現(xiàn)不同程度的法相壓力和吸力，上述受力也就是建筑物所要承受的風(fēng)荷載。風(fēng)荷載主要作用于建筑物的表面，其主要有兩個作用，一個是動力作用，一個是靜力作用。

靜力作用主要為平均風(fēng)和穩(wěn)定風(fēng)。動力作用通常為建筑物所受到的脈動風(fēng)。在計算平均風(fēng)的過程中，可采用靜力學(xué)的方法，而在計算脈動風(fēng)對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力時，一般選用動力學(xué)當(dāng)中的隨機振動理論。

偶然荷載也是一個十分重要的荷載類型。在大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計當(dāng)中，應(yīng)充分考慮到地震等多種偶然荷載對建筑物受力所產(chǎn)生的影響。如果地面發(fā)生振動，則建筑物會受到不同程度的慣性力。鋼結(jié)構(gòu)的特性會影響到偶然荷載的數(shù)值。研究人員在對地震作用進行科學(xué)分析時，發(fā)現(xiàn)建筑物的自重越大，地震作用就越明顯。在研究和分析過程中，采用了振型分解反應(yīng)譜法完成了對大跨度鋼結(jié)構(gòu)地震作用的測算。此外對一些較為規(guī)則的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)可以采用簡化算法。且在計算重要鋼結(jié)構(gòu)或復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)的過程中，一般采用時程分析的方式。

四、結(jié)語

綜上所述，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)采用全新的設(shè)計理念，并積極拓寬設(shè)計的思路，不斷改進和完善設(shè)計的整體方案，進而達(dá)到大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要求，最終提高大跨度鋼結(jié)構(gòu)工程的質(zhì)量。

參考文獻：

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