大跨度鋼結構空間管桁架設計要點分析

張媛媛 辛曉鵬

摘? 要：在我國積極進行現代化建設的過程中，隨著建筑工程規模的逐漸擴大，建筑屋蓋體系也逐漸發生了變化，鋼結構成為建筑屋蓋體系的主要形式，大跨度鋼結構空間管桁架應用也越來越廣泛。鑒于此，該文對空間管桁架結構進行了簡要概述，并詳細探討了大跨度鋼結構空間管桁架設計的要點，為工程設計提供參考。

關鍵詞：大跨度;鋼結構;空間管桁架;設計要點

中圖分類號：TU393? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

近年來，世界各國在積極加強現代化建設的過程中，建筑工程領域高速發展，各種先進的設計以及施工技術得以廣泛應用。針對建筑屋蓋體系來講，設計以及施工也得到了創新，為大跨度鋼結構空間管桁架的廣泛應用奠定了基礎。然而，該環節施工呈現出較強的系統性和復雜性，要想從根本上提升該環節施工質量，加強大跨度鋼結構空間管桁架設計研究具有重要意義。

1 空間管桁架結構

現階段，我國民用建筑、工業建筑等各種大型建筑工程施工中，對空間管桁架結構的應用越來越廣泛，典型代表有哈爾濱滑雪場、成都機場航站樓以及上海央子港大橋等。

不同的桿架布置會導致管桁架形成差異化受力特征，根據這一特點通常可以將管桁結構分為空間和平面2種形式。平面管桁結構即腹桿和上、下弦等都位于同一平面上，但是，這種結構形式平面外剛度較弱，易造成平面外失穩。當腹桿與上、下弦位于三角形截面上形成空間結構時，能加大結構適用跨度并形成較好的空間穩定性，同時還能夠構建美感良好的外觀。在無法有效布置平面外支撐時，較大跨度空間屋蓋結構可以采用空間三角形管桁架，這種形式呈現出較好的穩定性，所使用的支撐構件數量較少，因此成本較低。

正方形、圓形以及長方形等是管桁架連接件桿件截面的主要類型，在采用圓形連接件截面時，應對C—C型桁架進行應用;在采用正方面連接件截面時，應對R—R型桁架進行應用;在采用長方形連接件截面時，應對R—C型桁架進行應用。

桁架外形會受到弦桿類型的直接影響，通常以曲線型桁架和直線型桁架為主，從提升建筑美觀度來看，曲線型桁架呈現出較高的應用優勢，要想降低施工成本，在實際進行曲線型管桁結構設計時，可以采用直桿形式的桿件，將曲線替換成近似折線。

應用鋼管桁架結構展開設計和施工，不僅能夠提升建筑工程外形的美觀性，同時還能夠降低成本，同其他施工材料相比，應用鋼管桁架結構過程中所使用的材料更加合理，符合現代建筑工程建設需求，與先進的設計理念相符。

2 大跨度鋼結構空間管桁架設計的要點

隨著大跨度鋼結構空間管桁架的廣泛應用，要求設計人員全面掌握設計要點，才能夠將大跨度鋼結構空間管桁架的優勢全面發揮出來，以下從主管不等壁厚對接設計、K型搭接節點處設計、空間管桁架施工設計、相貫口補塊設計等角度出發展開了探討。

2.1 主管不等壁厚對接設計

主管對接口處在大跨度變截面中，經常會產生不等壁厚對接現象，針對這一問題，設計人員在實際工作中，通常會要求生產廠家嚴格進行全部主管對接口的打內坡口處理，同時為了滿足充當襯墊的要求，還需要對折板進行應用。然而，多數內坡口構件在實際施工中的應用，都呈現出施工難度大、耗時長的特點。此外，同發達國家相比，我國的無縫管制造技術還存在一定滯后性，因此可以對卷管制作法進行充分應用，但是這一過程中直縫鋼管圓度差異問題的形成不可避免。

根據建筑工程施工相關規定，嚴禁產生±0.75%的直縫鋼管以及外徑偏差率大于3.0 mm/m的彎曲度偏差度。在2個構件焊接中，當二者擁有不同的厚度與寬度時，當焊件一側擁有超過4 mm以上的厚度時，則應從厚度與寬度2個角度出發，沿著一側或兩側制成斜角，1︰1.25為該斜角最大坡度控制參數。

2.2 K型搭接節點處設計

從節點構造上來看，搭接節點通常可以分為3種類型，分別為完全搭接、部分搭接和間隙搭接。針對結構不同的節點在設計時，必須對搭接的方法進行科學選擇和控制，避免內隱藏焊縫數量的增加。一般而言，在設計中應嚴格控制主管與腹桿的直徑比，二者的取值范圍應控制在不小于0.2和不大于1的范圍內，而搭接量在腹桿之間應控制在不小于25%的范圍內。在選擇節點的過程中，應注重采取有效措施將搭接節點替換成間隙節點，這是因為同部分搭接節點相比，間隙節點更加容易組裝，施工便捷。

通常情況下，不可以將焊接施工應用于部分搭接節點的隱藏部位，而當擁有大于1.5的主管與腹桿不平衡系數時，才能夠將焊接應用于部分搭接節點上。選擇搭接節點時，應注重將25%寬度的被搭接管與搭接管進行重疊。同時，針對部分搭接的K型節點來講，當主管垂直方向的內力小于腹管內力的1/5時，此時被搭接桿件趾部不可以焊接。并且，針對搭接節點構件來講，圓管外層直徑同構件壁的厚度之間的比值不能大于100。通常情況下，應嚴格控制K型節點構件搭接率，這一數值應不小于25%且不大于100%。當設計施工中產生厚度不同的腹桿時，在實際展開焊接施工的過程中，應將薄壁管搭在厚壁管上方。

由此可見，在實際設計空間管桁架時，應對桿件節點承受力以及桿件進行集中考慮，高度重視節點的構造，在設計節點構造的過程中，整體考慮各個桿件，為其他設計環節奠定良好基礎。

2.3 空間管桁架施工設計

在實際展開空間管桁架施工的過程中，應遵循的主要程序為“先點焊，后全焊”，當搭接節點存在于桁架施工當中時，施工人員必須對焊接搭接的部位進行明確處理，也就是說，在實際展開施工的過程中，應充分確認各個構件安裝先后順序，避免顛倒構件安裝順序導致建筑工程施工以及后期使用過程中存在嚴重的安全隱患。

安裝空間管桁架的過程中，應從以下安裝順序入手：在安裝主管的基礎上對支管進行安裝，在完成一個支管安裝以后應直接焊接直管趾部，最后才可以將焊縫焊接應用于支管與支管之間。

2.4 相貫口補塊設計

建筑工程整個設計施工過程中，存在系統性和復雜性較強的特點，在實際展開施工的過程中，影響工程質量的因素也相對較多，人為失誤和設備誤差等都將對整個工程設計以及施工造成嚴重誤差，這些因素的存在都將導致過大的縫隙產生于相貫口縫隙當中，因此只有及時展開查缺補漏才能夠降低相貫口縫隙過大現象發生的概率。

第一，當擁有超過8 mm的桁架同主弦管相貫口間隙長度時，在處理這一問題的過程中，應將相貫口進行徹底替換，同時也可以切割相貫口周圍部分結構，實際展開切割的過程中應呈現出長橢圓形，長度不可以小于500 mm，并替換切割部分，在替換施工中進行打坡口焊接施工;第二，當擁有過大支管相貫口間隙時，應實施支管相貫口的局部構件補塊，使用長橢圓形補塊，保證其擁有不小于300 mm的長度，并采用坡口焊接法。

3 結語

綜上所述，近年來，在我國現代化建筑工程建設的高速發展的過程中，大跨度鋼結構空間管桁架的應用越來越普遍，大大提升了建筑的美觀性以及功能性。因此，相關設計人員應對大跨度鋼結構空間管桁架設計的重要性產生深刻認知，并從主管不等壁厚對接設計、K型搭接節點處設計、空間管桁架施工設計、相貫口補塊設計等角度出發，深入研究，為從根本上提升大跨度鋼結構空間管桁架應用價值奠定理論基礎。

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