某屋盖钢桁架结构分析与设计探究

赛福鼎·乃吉木

摘 要：随着技术的进步和人们审美意识的增强，各种建筑推陈出新，新的设计思路强化了建筑的美感，但同时更要注意稳定性，建筑结构是建筑的基础，需要通过良好的技术进行构建，只有满足了设计标准规范、迎合了社会主流审美潮流的建筑也是完美的，为了确保建筑结构符合要求，则需要全面进行建筑结构技术研究，以此确保建筑稳定安全，实现功能展现。文章主要介绍了某屋盖钢桁架结构体系、分析条件、相关计算结果及支座节点的设计思路，通过整体模型与钢结构单一模型分析结果做全面对比，确保整体模型所得结果更加符合实际工程需要，从根本上推动技术创新、结构创新，提升建筑品质。

关键词：桁架；结构设计；合理性

1 工程概况

就某建筑工程为例，整体采取钢桁架屋盖与混凝土框架结构设计，建筑的组合结构形式（如图1）。图中所示，中间呈现四坡钢结构屋面形状，平面投影尺寸设计标准是110m×44m。建筑最高点设计标高是14.000m，两侧采取单层混凝土框架结构设计，柱网是7.5m×9.0m，混凝土梁顶标高设计是11.000m。

2 屋盖結构体系

屋盖结构体系非常重要，其设计是否科学关系到建筑的稳定性，那么在进行设计时，需要根据科学的预算做好结构设计与布局。根据建筑物的功能，并且按照设计四坡屋面造型的需要，进一步确定混凝土柱整体布局结构，主体结构为平面钢桁架形式，设计桁架跨度为37.5m，各间距为9m，同时在框架四周各悬挑出3m的标高。桁架中间设计标准厚度是2.0m，端部支座的部位设计厚度削减到0，整个悬挑屋檐使用单根方管排列组合，强化建筑强度。建筑的钢屋盖部分设计平面尺寸是72m×37.5m，同时铺设混凝土柱柱网标准是9.0m×37.5m。

3 分析条件

按照建筑结构设计情况，对各部位科学性进行系统分析，要对几项大的指标体系进行检验，确保其合理因素。

（1）几何边界条件。混凝土框架结构和桁架上下弦杆设计较为关键，主要受力部位集中到梁单元，而桁架腹杆、水平支撑及系杆主要通过轴力单元来呈现。钢结构利用小短钢柱和混凝土柱顶形成一定力量的铰接，屋盖檩条部分是简支梁形式，这样能够使受力更加均衡。主桁架选择硬度较高的材质，主要是Q345B材料。上下弦杆非常重要，起到支撑作用，主要使用了Φ299mm×12，腹杆是Φ140mm×6的规格；次桁架上下弦杆承受一定重力，主要使用Φ180mm×8，腹杆Φ95mm×5的规格。

（2）荷载作用。结构设计是确保建筑稳定的前提，设计是否合理，直接影响建筑使用功能发挥，那么在进行设计时，重点考虑了结构自重、屋面活载、屋面恒载、屋面雪载、风荷载、温度作用及地震作用等不同的影响因素，只有全面考虑周到，才能实现建筑结构的科学合理性。在进行设计时，具体数据如下：一是结构自重设计，主要取决于计算程序过程，能够达到自动计入的目标；二是屋面情况。活载控制到0.5kN/m2、恒载控制到0.80kN/m2，可以选择设计到采光天窗处1.50kN/m2；三是基本雪压按50a重现期标准，要控制到S0=0.10kN/m2，可以单独做好设计，和活载量分开计算；四是基本风压要看地面粗糙度，如果是B类，则风压高度变化系数要由规范取值，按50a重现期计算，保持到W0=0.50kN/m2，温度作用±30℃；五是抗震设防烈度整体取7度，基本加速度取值是0.10g。

（3）荷载组合。荷载量直接影响建筑的承重力，要在设计时全面考虑到内力情况，内力基本组合表现职下：1.0恒+1.4风；1.2恒+1.4活+0.84风；1.2恒+1.4活+1.0温；1.0恒+1.4风+1.0温；1.2恒+1.4风+0.98活；1.2恒+1.4活。

4 同设计参数不同模型主要计算结果

（1）挠度对比。建筑的恒载+活载是必不可少的参数，整体模型挠度比单一模型要大许多，大体为122.5%左右。整体标准组合起到综合作用，在这种作用下，需要全面考虑到整体模型桁架最大挠度，设计标准是89mm，挠跨比设计为89/37500=1/421。如果是单一模型，那么，桁架最大挠度设计是40mm，挠跨比是40/37500=1/937。

（2）自振周期对比。钢结构模型呈现单一形式，那么，整个结构自振周期则需要通过局部振动实现，保持密集的阵型，确保稳定性。组合结构模型结构，自振周期则需要考虑均整体平动或扭动的情况，所以说，单一模型刚度大于整体模型刚度。

（3）钢支座反力对比。计算屋盖桁架中间跨取值时，要对不同的部位进行计算，形成整体模型与单一模型钢支座反力结果，按计算得到的结果显示，两个模型所产生的竖向反力没有较大的差别，整体不受影响，两个模型在地震作用下，所产生的反力非常小，若除去地震作用力，那么单一模型产生的跨度方向支座反力就会增加，比整体模型要高出多倍，比值高达41倍以上，所以，我们在进行混凝土柱设计的时候，一要充分做好荷载作用的取值，只有设计合理，才能实现高品质建设目标，确保建筑稳定性。

5 支座节点

屋盖桁架通过多种结构支撑，起到稳定作用，小短钢柱能够支承混凝土柱柱顶，起着重要的作用，过渡板能够对钢结构安装时出现的误差进行有效调整，确保建筑结构满足设计标准。桁架端部厚度减为0，使抗弯刚度不够，出现了突然的锐减情况，那么，为了保证结构均衡，则需要对桁架抗弯刚度做好加强设计，实际操作时，可能通过支座对上下弦杆间焊接钢板来解决，小短钢柱连接过渡板与钢结构预埋件，形成良好的焊接，保证结构协调稳固。

6 整体模型线弹性屈曲分析

在不考虑几何与材料非线性影响因素的情况下，屋盖桁架弹性屈曲表现如下：第一阶屈曲模态是屋盖桁架局部屈曲（见图2），屈曲临界荷载系数K=11.2，也就是11.2倍于1.0恒载+1.0活载作用，屋盖结构如果出现局部屈曲，则证明桁架结构整体刚度良好，满足设计需要。考虑1.0恒载+1.0活载基础上，对标准组合工况进行全面考虑。

7 结束语

屋盖钢桁架结构关系到整体稳定，需要在设计时全面分析与研究，确保钢与混凝土组合结构全面合理，可以通过整体计算做好正确的结构分析，实现边界支座弹性刚度模拟取值科学有效，避免出现结构设计上的计算误差，解决结构中存在的薄弱点，实现建筑质量的稳步提升。

参考文献

[1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范[S].

[2]GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S].