大跨度公共建筑屋面鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)

宋晉

摘 要：在一般的建筑設(shè)計(jì)當(dāng)中，在建筑設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)采用一定的跨度設(shè)計(jì)的需要，普通建筑的跨度設(shè)計(jì)較小，隨著人口的不斷增長(zhǎng)，在公共建筑設(shè)計(jì)時(shí)融入大跨度的建筑設(shè)計(jì)，從而滿足使用的需要還能夠保證美觀。建筑設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)承受力度的不同，采用的建筑材料也不盡相同，其中鋼結(jié)構(gòu)對(duì)于大跨度整體設(shè)計(jì)有很好的支撐作用，而且根據(jù)其自身特點(diǎn)，在一般大型公共建筑當(dāng)中應(yīng)用較多，下面針對(duì)大跨度公共建筑屋面鋼結(jié)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)進(jìn)行分析討論。

關(guān)鍵詞：大跨度；公共建筑；屋面鋼；選型；設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步建筑的種類和類型多種多樣，對(duì)于公共建筑的大跨度設(shè)計(jì)，也由于其造型的不同采用不同的設(shè)計(jì)施工手段進(jìn)行建筑。其中對(duì)于大跨度公共建筑而言，最重要就是對(duì)于建筑材料的選擇，要完成大跨度的建筑設(shè)計(jì)首先對(duì)于材料要求好高，首先需要建筑材料有良好的柔韌性和一定的承重性，所以在大跨度公共建筑在材料選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)采用鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)可以滿足大跨度公共建筑設(shè)計(jì)施工的需要，而且節(jié)能低碳環(huán)保。對(duì)于現(xiàn)代大跨度建筑而言要想保證工程質(zhì)量還需要注意許多方面的問題，下面通過某機(jī)場(chǎng)航站樓的造型設(shè)計(jì)為例，對(duì)其應(yīng)用的鋼結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)進(jìn)行分析討論。

1 實(shí)例分析

某機(jī)場(chǎng)航站樓設(shè)計(jì)應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要，將其設(shè)計(jì)的富有時(shí)代特色并融入創(chuàng)新設(shè)計(jì)，其航站樓共分為四部分，分別是南北兩側(cè)的過街樓、主樓、南側(cè)兩個(gè)機(jī)場(chǎng)指廊及連接樓和北連接樓，為滿足人口數(shù)量增長(zhǎng)的需要，這樣就需要將其設(shè)計(jì)成大跨度建筑，而且根據(jù)使用的不同需要注意相關(guān)問題。

2 大跨度公共建筑的選型

2.1 美感性

建筑的美觀性一直是建筑設(shè)計(jì)關(guān)注的重點(diǎn)問題，大跨度建筑的美觀區(qū)別于普通建筑，對(duì)于大跨度建筑而言，由于其自身的形狀特點(diǎn)，展現(xiàn)出一種的大氣磅礴的氣勢(shì)，人們對(duì)于建筑自古以來就會(huì)產(chǎn)生一定安全感，這種感覺是與生俱來的。建筑設(shè)計(jì)的本身就是設(shè)計(jì)師對(duì)于，美感的一種體現(xiàn)，對(duì)于大跨度建筑更是由于其外形設(shè)計(jì)帶給人們不同的視覺體驗(yàn)。對(duì)于人們來說大跨度建筑雖然從其表面開不出太多的建筑特點(diǎn)，而正是這種建筑設(shè)計(jì)的神秘感更加讓人向往想要去探尋，想要一看究竟這就是大跨度建筑的美感所在。

2.2 耐久性

隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，對(duì)于建筑的要求也越來越多，但是對(duì)于建筑本身的要求離不開兩個(gè)特性一是實(shí)用性二是耐久性，對(duì)于建筑的耐久性的要求，是一直一來建筑設(shè)計(jì)重點(diǎn)問題，首先在建筑設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)計(jì)的合理性原則，建筑設(shè)計(jì)隨著社會(huì)發(fā)展的需要，建筑設(shè)計(jì)越來越多樣性，部分設(shè)計(jì)師為了標(biāo)新立異將建筑設(shè)計(jì)的不符合建筑力學(xué)的要求，這樣不僅造成在建筑施工時(shí)產(chǎn)生一定的難度，而且這一類建筑建成之后也難以長(zhǎng)久的保存；其次建筑設(shè)計(jì)的空間配合方面，對(duì)于整個(gè)建筑來說空間的合理規(guī)劃非常重要，空間結(jié)構(gòu)的合理規(guī)劃有助于提高建筑整體的穩(wěn)定性，和今后的長(zhǎng)久使用；最后施工人員操作要求，在保證建筑設(shè)計(jì)的合理性特點(diǎn)的同時(shí)，對(duì)于建筑施工人員的操作同樣會(huì)影響整個(gè)建筑的耐久性，合理的規(guī)范的操作能夠保證建筑整體的施工質(zhì)量和長(zhǎng)久使用。

2.3 實(shí)用性

使用性的主要體現(xiàn)在建筑材料的選擇上，雖然現(xiàn)代建筑技術(shù)較為完善，但對(duì)于材料的選擇仍需要注意，在眾多的建筑材料當(dāng)中鋼結(jié)構(gòu)最適用于大跨度建筑。鋼材料自身的強(qiáng)度較高而且相較于其他承重材料較輕，其次鋼材料的韌性好可以滿足大跨度建筑的外形需要，并且具有一定防震性和耐熱的特性，最重要的是鋼材料，能夠重復(fù)使用低碳環(huán)保，滿足當(dāng)代建筑中可持續(xù)發(fā)展的需要，所以鋼結(jié)構(gòu)在大跨度公共建筑當(dāng)中應(yīng)用較為廣泛。

2.4 合理性

在目前的建筑行業(yè)由于多種多樣的社會(huì)需求，造成建筑的種類較多技術(shù)較為繁雜的情況，這就需要施工材料滿足一定的施工要求，部分材料自身的成本較高，雖然可以滿足建筑施工的需要但是這樣就會(huì)造成整個(gè)建筑施工的成本增加的情況，不符合現(xiàn)代社會(huì)對(duì)建筑材料的合理性要求，所以在材料的選擇方面不光僅僅要考慮其滿足施工和設(shè)計(jì)需要，還需要根據(jù)建筑材料本身是否符合建筑整體的合理性需要，從而節(jié)省建筑施工的成本還能夠滿足整個(gè)施工的要求。

3 屋面的選型

3.1 屋面鋼結(jié)構(gòu)的重量相對(duì)很輕，而且鋼材料要有極高的強(qiáng)度以滿足施工的要求。盡管從材料的容量上看，鋼材僅僅是鋼筋混凝土的3倍，但是其強(qiáng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過混凝土。如果兩個(gè)建筑的承載力相同，那么輕的鋼結(jié)構(gòu)，更適合大跨度施工，一般這類輕的鋼結(jié)構(gòu)重量?jī)H僅是混凝土重量30%。

3.2 鋼管桁架剛度大，幾何特性好。鋼管桁架的管壁較薄，但截面回轉(zhuǎn)半徑很大，故抗壓和抗拉性能好。

3.3 有良好的外形，鋼管桁架的外形很漂亮而且非常輕，如果建筑對(duì)于視覺有較高的要求，那么可以使用鋼管桁架。同時(shí)因?yàn)殇摴荑旒艿闹亓枯p，因此能夠滿足建筑對(duì)內(nèi)部空間的要求。另外，根據(jù)建筑的布置及要求，結(jié)合結(jié)構(gòu)的合理性，主樓屋面結(jié)構(gòu)支承體系采用鋼管混凝土柱+樹形支承鋼柱系統(tǒng)。主樓頂層出發(fā)大廳的鋼管混凝土框架柱網(wǎng)沿航站樓縱橫向均為36m的柱距，柱頂?shù)乃母鶚湫沃С袖撝賹?6m的鋼管混凝土柱網(wǎng)轉(zhuǎn)換成為中部18m的網(wǎng)格，樹形支承柱頂支承雙向倒三角形空間鋼管桁架系統(tǒng)（即桁架支點(diǎn)雙向間距為18m）。

3.4 鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算

本工程結(jié)構(gòu)采用同濟(jì)大學(xué)《空間鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)CAD軟件3D3S》與MIDAS/GEN兩套程序同時(shí)進(jìn)行整體計(jì)算（建模和內(nèi)力計(jì)算與分析），并對(duì)兩個(gè)軟件產(chǎn)生的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比與判斷。

（1）恒荷載。除鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的自重由程序自動(dòng)計(jì)算外，屋面恒荷載取1.0kN/m2（主檁條以上的恒荷載）。

（2）活荷載。屋面的活荷載取0.5kN/m2。

（3）溫度效應(yīng)。由于本工程屬于大跨鋼結(jié)構(gòu)，溫差的取值按《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第210.2條注，取溫差Δt=±15℃。

（4）地震作用。按8度、Ⅱ類場(chǎng)地計(jì)算。除考慮水平地震作用外，還應(yīng)考慮豎向地震作用。

（5）結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.1。本工程鋼材選用Q345B無縫鋼管，經(jīng)計(jì)算，管徑規(guī)格最小Φ146×6、最大Φ273×16、理論用鋼量約為63kg/m2，比一般鋼結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性能更為優(yōu)異。在各種荷載組合作用下，最大撓度處為桁架懸挑端頭處，撓度值為60mm（約1/383），故在制作及加工中考慮了起拱50mm，滿足了規(guī)范要求。通過本工程的實(shí)踐，可以看出：采用鋼管樹形柱+空間鋼管桁架系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)大跨度、滿足建筑及使用要求，且整體性好，用鋼量小。

結(jié)束語

對(duì)于現(xiàn)階段的大跨度結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)來說，不僅僅要考慮以上的建筑材料以及技術(shù)的問題，還要注意施工人員的相關(guān)問題，由于大跨度建筑的特殊性要考慮相關(guān)施工人員的安全，加強(qiáng)安全措施的保護(hù)工作，并且對(duì)于施工人員進(jìn)行一定安全知識(shí)培訓(xùn)工作，這樣才能夠保證整個(gè)建筑施工工作的順利進(jìn)行，有助于社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。

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