鋼結構桁架結構在建筑中的應用

高謀

（陜西建工機械施工集團有限公司　陜西西安　710032）

新時期背景下，經濟發展成效顯著，對于鋼材的需求量明顯提高。具體表現在建筑工程項目中，對鋼結構的使用也更為普及。鋼結構建筑堅固性理想且資源消耗不大，實際的建造費用少，可回收價值較大，所以備受建筑廠家認可。桁架結構因其自身優勢明顯，被廣泛應用在鋼結構建筑中。由此可見，深入研究并分析桁架結構在鋼結構建筑中的應用具有一定的現實意義。

1　桁架結構概述

1.1　定義

所謂的桁架結構，具體指的就是結構化梁式結構，而力桿件和節點幾何體是這種結構的核心，結構本身質量輕且具有大跨度特征，施工方便。按照特征的差異，可以對桁架結構種類進行細化。其中，以外形為標準可以將桁架結構劃分成折弦桁架結構、平行弦桁架結構與三角形桁架結構。而以幾何組成為標準可以將桁架結構劃分成聯合桁架、簡單桁架與復合桁架。以承受水平推力為標準對桁架結構進行細化，即有推力和無推力兩種梁式結構。

1.2　基本作用原理

一般情況下，桁架結構中的各個桿件，在受力方面都是以單向拉伸和壓縮為主。通過水平方向的拉與壓即可確保桁架結構處于平衡狀態，以免結構對支座施加水平推力。另外，桁架結構在布局方面具有靈活性，且實際的適用范圍較為廣泛。特別是抗彎性能，通過兩端承受壓力與拉力，能夠使內力臂不斷增加，抗彎強度得以優化。而且抗剪性能理想，可以向支座傳遞剪力，進一步提升抗剪的能力。由此可見，桁架結構的抗彎與抗剪性能都顯著改善，為使用材料強度功能的發揮提供了必要的保障，被廣泛應用在不同類型跨度屋頂結構設計中，尤其是鋼結構建筑，使用效果明顯。

2　桁架結構在鋼結構建筑中的實踐應用

根據上文對桁架結構定義與作用原理的研究與分析可以發現，桁架結構是鋼結構建筑設計中最常使用的結構形式。為此，以下將通過具體工程案例，對桁架結構在鋼結構建筑中的實踐應用加以闡釋，以期為桁架結構的推廣使用提供有價值的參考依據。

2.1　工程案例

某大學屋蓋鋼結構工程主要涵蓋了東屋蓋結構與西屋蓋結構。其中，東看臺屋蓋的結構主要由沿著徑向所布置的12榀懸挑空間鋼管桁架和沿著環向所布置的3道水平鋼管桁架共同組成，屬于空間鋼管桁架結構。而西看臺的屋蓋結構則是由內部與外部兩道環向拱形空間鋼管桁架與徑向的直線形鋼管桁架組成，也是空間鋼管桁架結構的一種類型，如圖1所示。

圖1　西看臺罩棚的鋼結構圖示

下文將以西看臺罩棚的鋼結構為重點展開研究與分析。

2.2　桁架地面拼裝環節

2.2.1拼裝的步驟

（1）優化布置拼裝的現場，選擇體育場的內外部，共同完成構件堆場以及拼裝場地的設置，為桁架就近拼裝提供必要的保障。

（2）拼裝的流程。在完成地面準備以后，要選擇支撐點投影并放線，合理搭設胎架。在此基礎上，開展測量與復測工作，完成放線定位任務。隨后，即可安裝下弦桿定位與上弦桿定位。除此之外，還包括腹桿定位的安裝與桁架復測等多個環節。

（3）合理設計拼裝胎架。綜合考慮現場的場地環境與吊裝的方案，將桁架截面的形狀與結構特點作為重點參考依據。要想確保桁架拼裝與吊裝的精準程度，還應當對拼裝胎架進行有效地設計。需要注意的是，拼裝的胎架需要被布置于桁架上弦節點與下弦節點的位置，對桁架進行予以支撐。要想有效地規避胎架的植株和主拱腹桿發生碰撞，應保證胎架支柱向節點位置偏移特定距離。

2.2.2拼裝的方法

①根據桁架圖紙要求完成定位放線；②按照定位線對胎架進行擺放；③正確擺放桁架上弦桿與下弦桿，并完成徑向桁架腹桿的組裝，使用均點焊的方式加以固定；④完成桁架間環向桁架的組裝，同樣使用點焊進行固定；⑤桁架間單向斜撐的組裝，借助電焊的方式予以固定；⑥復測整體桁架，確保尺寸與設計要求相適應；⑦根據具體順序開展焊接施工作業；⑧焊縫探傷工作的開展；⑨及時填補油漆，為吊裝做準備。

2.2.3保證拼裝質量的有效方法

一方面，焊接收縮量補償。可以在工廠內部完成無余量的預組裝工作，也就是在確定桿件下料長度的時候，無需對焊縫的根部間隙予以考慮。在這種情況，控制尺寸就是設計尺寸。另外，應在吊裝現場實施有余量的拼裝作業，具體指的就是預留出焊縫根部的間隙。

另一方面，靈活使用補償加載撓度。對各點位置撓度的變形值加以計算，并且在胎架拼裝搭設方面，充分衡量撓度的補償數值。

2.3　桁架的安裝

（1）合理選擇吊裝機械設備。結合西看臺結構與構件的形式、作業半徑以及重量等多種因素，對吊裝機械設備進行選擇。其中，可以在場內選擇使用型號為7150的150t履帶吊，主要的功能就是主拱分段的吊裝。而在場外要選擇型號為LR1200的200t履帶吊，主要的功能就是吊裝外主拱分段以及徑向桁架。

（2）對吊裝單元的有效驗算。綜合考慮結構的構成特征與吊裝環節構件的受力特征，在吊裝過程中，應選擇使用具有代表性的吊裝單元完成驗算。其中，對于內拱的首段吊裝單元，其節點的最大位移是1.3mm，最大的應力是每平方毫米為15N。由此可以得出結論，此構件處于穩定狀態。在內拱的第六段吊裝單元中，其節點的最大位移是0.82mm，最大的應力是每平方毫米為15N。由此可以得出結論，構件具有較強的穩定性。

（3）安裝主桁架。在所有吊裝單元完成拼裝以后，即可開展吊裝作業。在實踐過程中，應借助捆綁式的吊裝模式，盡可能保證吊鉤的位置和每榀吊裝單元的重心相互重合。

3　桁架結構未來發展展望

在優化桁架結構方面，核心在于桁架結構的優化，可以借助桁架截面與節點位置優化手段實現這一目標。另外，在優化結構截面面積與節點位置的過程中，也是保證結構與應力、節點位移等諸多約束條件相吻合的重要基礎。伴隨社會經濟的加速發展，建筑材料與施工水平也與時俱進地實現了創新性發展，更多的理論與優化方案產生，同樣也提出了桁架結構模型。由此可見，桁架結構在未來建筑建設中的應用也將更為普遍。

4　結束語

綜上所述，基于市場競爭的愈加激烈，建筑行業的建設施工更強調安全性與效益性。其中，桁架結構因其自身優勢在鋼結構建筑建設中的重要性逐漸突顯出來。在這種情況下，貫徹落實鋼結構建設施工的過程中，應靈活運用桁架結構，通過采取優化設計的方式和創新措施，有效地獲取更為可觀的經濟效益與社會效益。

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