大跨度公共建筑屋面钢结构选型与设计

宋晋

摘 要：在一般的建筑设计当中，在建筑设计时都会采用一定的跨度设计的需要，普通建筑的跨度设计较小，随着人口的不断增长，在公共建筑设计时融入大跨度的建筑设计，从而满足使用的需要还能够保证美观。建筑设计时根据承受力度的不同，采用的建筑材料也不尽相同，其中钢结构对于大跨度整体设计有很好的支撑作用，而且根据其自身特点，在一般大型公共建筑当中应用较多，下面针对大跨度公共建筑屋面钢结构的选型和设计进行分析讨论。

关键词：大跨度；公共建筑；屋面钢；选型；设计

随着社会的发展和进步建筑的種类和类型多种多样，对于公共建筑的大跨度设计，也由于其造型的不同采用不同的设计施工手段进行建筑。其中对于大跨度公共建筑而言，最重要就是对于建筑材料的选择，要完成大跨度的建筑设计首先对于材料要求好高，首先需要建筑材料有良好的柔韧性和一定的承重性，所以在大跨度公共建筑在材料选择时应当采用钢结构，钢结构可以满足大跨度公共建筑设计施工的需要，而且节能低碳环保。对于现代大跨度建筑而言要想保证工程质量还需要注意许多方面的问题，下面通过某机场航站楼的造型设计为例，对其应用的钢结构选型与设计进行分析讨论。

1 实例分析

某机场航站楼设计应社会发展的需要，将其设计的富有时代特色并融入创新设计，其航站楼共分为四部分，分别是南北两侧的过街楼、主楼、南侧两个机场指廊及连接楼和北连接楼，为满足人口数量增长的需要，这样就需要将其设计成大跨度建筑，而且根据使用的不同需要注意相关问题。

2 大跨度公共建筑的选型

2.1 美感性

建筑的美观性一直是建筑设计关注的重点问题，大跨度建筑的美观区别于普通建筑，对于大跨度建筑而言，由于其自身的形状特点，展现出一种的大气磅礴的气势，人们对于建筑自古以来就会产生一定安全感，这种感觉是与生俱来的。建筑设计的本身就是设计师对于，美感的一种体现，对于大跨度建筑更是由于其外形设计带给人们不同的视觉体验。对于人们来说大跨度建筑虽然从其表面开不出太多的建筑特点，而正是这种建筑设计的神秘感更加让人向往想要去探寻，想要一看究竟这就是大跨度建筑的美感所在。

2.2 耐久性

随着社会的发展和进步，对于建筑的要求也越来越多，但是对于建筑本身的要求离不开两个特性一是实用性二是耐久性，对于建筑的耐久性的要求，是一直一来建筑设计重点问题，首先在建筑设计时考虑设计的合理性原则，建筑设计随着社会发展的需要，建筑设计越来越多样性，部分设计师为了标新立异将建筑设计的不符合建筑力学的要求，这样不仅造成在建筑施工时产生一定的难度，而且这一类建筑建成之后也难以长久的保存；其次建筑设计的空间配合方面，对于整个建筑来说空间的合理规划非常重要，空间结构的合理规划有助于提高建筑整体的稳定性，和今后的长久使用；最后施工人员操作要求，在保证建筑设计的合理性特点的同时，对于建筑施工人员的操作同样会影响整个建筑的耐久性，合理的规范的操作能够保证建筑整体的施工质量和长久使用。

2.3 实用性

使用性的主要体现在建筑材料的选择上，虽然现代建筑技术较为完善，但对于材料的选择仍需要注意，在众多的建筑材料当中钢结构最适用于大跨度建筑。钢材料自身的强度较高而且相较于其他承重材料较轻，其次钢材料的韧性好可以满足大跨度建筑的外形需要，并且具有一定防震性和耐热的特性，最重要的是钢材料，能够重复使用低碳环保，满足当代建筑中可持续发展的需要，所以钢结构在大跨度公共建筑当中应用较为广泛。

2.4 合理性

在目前的建筑行业由于多种多样的社会需求，造成建筑的种类较多技术较为繁杂的情况，这就需要施工材料满足一定的施工要求，部分材料自身的成本较高，虽然可以满足建筑施工的需要但是这样就会造成整个建筑施工的成本增加的情况，不符合现代社会对建筑材料的合理性要求，所以在材料的选择方面不光仅仅要考虑其满足施工和设计需要，还需要根据建筑材料本身是否符合建筑整体的合理性需要，从而节省建筑施工的成本还能够满足整个施工的要求。

3 屋面的选型

3.1 屋面钢结构的重量相对很轻，而且钢材料要有极高的强度以满足施工的要求。尽管从材料的容量上看，钢材仅仅是钢筋混凝土的3倍，但是其强度要远远超过混凝土。如果两个建筑的承载力相同，那么轻的钢结构，更适合大跨度施工，一般这类轻的钢结构重量仅仅是混凝土重量30%。

3.2 钢管桁架刚度大，几何特性好。钢管桁架的管壁较薄，但截面回转半径很大，故抗压和抗拉性能好。

3.3 有良好的外形，钢管桁架的外形很漂亮而且非常轻，如果建筑对于视觉有较高的要求，那么可以使用钢管桁架。同时因为钢管桁架的重量轻，因此能够满足建筑对内部空间的要求。另外，根据建筑的布置及要求，结合结构的合理性，主楼屋面结构支承体系采用钢管混凝土柱+树形支承钢柱系统。主楼顶层出发大厅的钢管混凝土框架柱网沿航站楼纵横向均为36m的柱距，柱顶的四根树形支承钢柱再将36m的钢管混凝土柱网转换成为中部18m的网格，树形支承柱顶支承双向倒三角形空间钢管桁架系统（即桁架支点双向间距为18m）。

3.4 钢结构计算

本工程结构采用同济大学《空间钢结构系统CAD软件3D3S》与MIDAS/GEN两套程序同时进行整体计算（建模和内力计算与分析），并对两个软件产生的计算结果进行综合对比与判断。

（1）恒荷载。除钢结构构件的自重由程序自动计算外，屋面恒荷载取1.0kN/m2（主檩条以上的恒荷载）。

（2）活荷载。屋面的活荷载取0.5kN/m2。

（3）温度效应。由于本工程属于大跨钢结构，温差的取值按《钢结构设计规范》第210.2条注，取温差Δt=±15℃。

（4）地震作用。按8度、Ⅱ类场地计算。除考虑水平地震作用外，还应考虑竖向地震作用。

（5）结构重要性系数：1.1。本工程钢材选用Q345B无缝钢管，经计算，管径规格最小Φ146×6、最大Φ273×16、理论用钢量约为63kg/m2，比一般钢结构的经济性能更为优异。在各种荷载组合作用下，最大挠度处为桁架悬挑端头处，挠度值为60mm（约1/383），故在制作及加工中考虑了起拱50mm，满足了规范要求。通过本工程的实践，可以看出：采用钢管树形柱+空间钢管桁架系统，可以实现大跨度、满足建筑及使用要求，且整体性好，用钢量小。

结束语

对于现阶段的大跨度结构建筑设计来说，不仅仅要考虑以上的建筑材料以及技术的问题，还要注意施工人员的相关问题，由于大跨度建筑的特殊性要考虑相关施工人员的安全，加强安全措施的保护工作，并且对于施工人员进行一定安全知识培训工作，这样才能够保证整个建筑施工工作的顺利进行，有助于社会的发展和进步。

参考文献

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[2]杨丽华.深圳大运会游泳馆屋面系统钢结构设计[J].中国建筑防水，2010.

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