某展馆大跨度桁架屋面结构选型

某展馆大跨度桁架屋面结构选型

田丹

关键词：大跨度；钢桁架；经济性比较；工作构思

ABSTRACT：Itisrequestforamorehigherdemandtoconstructhigh-spanstructureunderthefastdevelopingeconomyofChina，exceptingtosolvetheproblemofhigh-spanstructureonresearchanddevelopmentintheory，theorganizationandinstallationdesignarealsoimportant.Especiallytherearemoreandmorenewskills、technicsoccurredwiththedevelopingofsciencetechnologyandproductiveforce，soselectingdifferentdesignwilleffecttheschedule，qualityandcostoftheproject.howtochoosethereasonabledesignandconstructschemetogetthebesteconomybenefitswiththeminimumlabourcost，itisbecomeaveryconcerningissueinarchitecture.Thisarticlewillreachagoalofhowtochoosethebeststructureschemethroughthetechnicalandeconomicalanalysefromconstructcaseofahigh-spansteelstrussframe

KEYWORDS：high-span，steeltruss，economiccomparison，workidea

引言：钢桁架用钢材制造的桁架。工业与民用建筑的屋盖结构、吊车梁、桥梁等，常用钢桁架作为主要承重构件。近年来，钢桁架结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用，而且在工业及民用建筑中的应用日益广泛。如宝钢三期工程中采用方管桁架，吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪展览馆、上海“东方明珠”电视塔和长春南岭万人体育馆均采用方钢管作为主要结构构件，广州体育馆屋盖采用了方钢管和圆钢管，上海虹口体育场采用圆钢管作为屋面承力体系，成都双流机场屋盖采用了圆钢管作为主要受力构件。在公共建筑领域，钢管结构中独特的结构形式层出不穷，如悉尼水上运动中心，美国迦登格罗芙水晶教堂；单层大空间建筑领域，除了在超级市场、货栈和仓库中继续广泛应用外，还出现了一些超大型结构，如新加坡章楦机场机库，大阪国际机场候机厅；另外还有轻型大跨结构，如人行天桥和起重机结构；其他特殊用途的结构，如天线桅杆和航天发射架等。

1、本工程概况

北京某展馆钢结构工程项目中，主展馆占地面积约1.25万m2，展馆纵向长度为171m，横向长度为72.9m。展馆净空高度为10m，要求采用一脊双坡屋面。屋面采用组合桁架结构，桁架跨度为77m，桁架端高度为3.5m，双片桁架组合，宽度为1.0m。桁架中心间距9.0m。②轴以后横向剖面见图1，平面见图2。

2、设计参数

本工程抗震设防烈度8度（0.20g），设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅲ类，建筑抗震设防类别为丙类。该结构设计使用年限五十年，基本风压0.45kN/m2，基本雪压0.40kN/m2；屋面设计恒荷载0.30kN/m2，吊挂恒荷载0.15kN/m2（照明、装饰），0.2kN/m（风道）；屋面活荷载0.50kN/m2。本工程结构静力计算及地震作用计算使用的是中国建筑科学研究院PKPM工程部研发的PKPM系列结构设计软件08版。

3、结构选型

考虑到结构跨度比较大，在准备开始阶段，试算过几个不同的方案，并初步做了不同方案的经济性比较，见表1；不同结构形式计算应力比结果对比，见表2。

注：出厂费包括原材料费和加工费。

注：受压弦杆和端腹杆的长细比取值为100；其他受压腹杆长细比取值为150；受拉弦杆和腹杆的长细比取值为200

通过表1、表2中数据不难看出：

1）大跨度网架结构的总造价最高，因为出厂费中的原材料费相对比较高，安装费也较其他四种结构形式高；并且在计算中，所有网架杆件均为满应力设计，安全系数较低；

2）圆管桁架结构的总重量虽比组合桁架结构总重量略低，但是由于出厂费中的加工费较高而使得总造价高出组合桁架结构；

3）方管桁架结构的总重量也与组合桁架结构相差不多，但仍因出厂费中原材料价格高而导致总造价偏高；

4）H型钢桁架结构的总重量最大，而出厂费单价、安装费单价与其他三种形式的桁架结构不相上下，这样，H型钢桁架结构的结构形式也因总造价偏高而被排除；

5）组合桁架结构的总重量虽然不是最低的，但总造价是这五种结构形式中最低的，满足了业主的经济性要求；并且从结构的安全角度考虑，由表2中结果对比可知，组合桁架结构的结构安全性也相对较高，从经济性和安全性两方面综合考虑，最终选定了组合桁架结构方案。

4、本工程特点

1）首先，业主要求整个建筑不设中柱，布展不能受限制，因此该结构采用72m大跨度（见图3）；其次，虽然本结构设计使用年限为五十年，但是作为本展馆使用年限仅为两年，结构设计中全高强螺栓的连接方式有易于构件的拆除，在异地重建时只需要更换高强螺栓即可；另外，采用全高强螺栓连接，解决了由于跨度大而引发的难运输问题，提高了安装速度，缩短了工期；再次，为了减小平面外支撑间距，上、下弦采用组合形式（见图四），在工厂焊接完毕再发现场。

2）该建筑从结构进场吊装到整体结构全部完成，以及屋面板、墙面板全部完成历时33个日历日，施工速度之快实属罕见。这也是为满足业主要求，在结构设计中考虑到的主要因素之一。该展馆于2010年4月23日投入使用，布展效果达到了预期的目标，使结构的大空间性完美的展现了出来，得到业主的一致好评。

结语：

1）利用空间钢桁架作为屋盖结构具有很多优点，不仅满足了本展览馆大跨度的要求，而且作为一种结构体系，它符合了大跨空间结构的发展需要，营造了美学与力学的完美结合的设计理念。此类结构形式得到了广泛的工程实践应用，具有强劲的发展势头。

2）在进行大跨度屋面计算的时候，先要选择合理的结构形式，综合考虑经济、加工、施工等各方面的因素，尽量使得结构在满足经济性的基础上，便于加工和施工。本结构在设计的过程中，选择了多种结构形式的方案比较，最终确定了H型钢与圆管的组合桁架结构；并且采用全螺栓的连接形式，为类似工程的设计提供了参考。

参考文献：

[1]GB50017-2003钢结构设计规范

[2]GB50009-2012建筑结构荷载规范

[3]CECS102：2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程

[4]GB50011-2010建筑抗震设计规范

[5]方江生.复杂大跨度屋盖结构的风荷载特性及抗风设计研究[D].同济大学.2007年.

[6]刘锡良.我国网架结构的应用与发展[N].建筑时报.2007年.