关于大跨度钢结构设计的一些探讨
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摘 要：对于建筑结构来说，跨度越大，则其自重就越大且其水平构件的弯矩将按跨度比的平方增长，这是极其不利的，钢结构强度高而质量轻且结构形式灵活，用于大跨度结构具有较大的优势，因此在建筑结构中应用广泛，例如体育馆、候车室、飞机库、航站楼等大跨度结构都用到了钢结构。本文主要对大跨度房屋钢结构设计中需要注意的一些问题进行简单的探讨。
关键词： 大跨度房屋；钢结构；设计
在众多的结构形式中，钢结构具有强度高、重量轻、组装简单、施工周期短等优点，在进行钢结构设计时，要根据具体的工程情况，选择合适的结构形式，在钢材选择上，要充分考虑结构的受力形式和大小，而且要根据建筑结构的标准，考虑钢结构的抗火要求。此外，钢结构建筑一般是采用工厂加工，现场拼装的方式进行施工，这就需要钢结构在运输和起吊过程中有足够的刚度，并保证稳定性要求。
1大跨度房屋钢结构分类
大跨度房屋钢结构按刚性差异以及它们的组合不同，分成三类：刚性结构、柔性结构及杂交（刚柔混合体系）结构。在此主要介绍以下两种大跨度房屋钢结构。
1.1刚性大跨度房屋钢结构
刚性大跨度房屋钢结构的构成如下：由大量钢杆件组成，如：空间桁架、网架等，根据结构单元的形式不同可以分为以下两种类型，一种称为空间网格结构，另一种称为空间结构。
1.2 柔性大跨度房屋钢结构
柔性大跨度结构可由其受力体系的不同分为以下三类：竖直平面结构、水平层面结构及空间结构。在柔性钢结构中，其受力较均匀，而且结构受力主要集中在竖直、水平和空间对称位置上。如：悬索结构、膜结构等。
2 大跨度房屋钢结构的设计要点
对于大跨度房屋结构来讲，其主要设计依据是所受的荷载类型，按照相关的标准，可以将荷载分为以下几类：永久荷载、可变荷载和偶然荷载。在进行结构设计时，还要注意结构布置合理、防震缝的设置等问题。
2.1永久荷载
对大跨度房屋结构，永久荷载主要由以下两方面组成：屋盖结构自重和屋面覆盖材料自重。在永久荷载计算过程中，要根据具体的情况，不要遗漏任何应该计入自重的构件材料。
2.2可变荷载
在大跨度屋面钢结构中，主要包括以下几种可变荷载：（1）屋面活荷载。在一般情况下，屋面均布活荷载按水平投影面积进行计算。对于不同的屋面结构形式，屋面均布活荷载取值不同，不上人屋面均布活荷载标准值取0.5，上人屋面均布活荷载标准值取2.0kN/m2，但是在取值时，还是要充分考虑实际情况，对屋面活荷载取值进行修正。（2）雪荷载。大跨度结构对雪荷载相对比较敏感，屋面雪荷载在可变荷载中占有一定的比率，不同结构形式的屋面有不同的雪荷载值，而且还与屋面的朝向以及常年的风向有关。一般情况下，屋面雪荷载取值小于平面雪压，因为屋面有一定的坡度，在雪落到屋面到时候，有部分已经沿倾斜的屋面滑落。然而，有些特殊结构形式的屋面会产生积雪，这就会使得雪荷载有所增加。因此在确定雪荷载时，要充分考虑实际情况。（3）风荷载。在风荷载作用下，屋面会产生一定的压力或者吸力，而且风荷载具有静力和动力作用的双重特点，在计算风荷载的时候，要分别用静力力学和动力学的知识进行求解，准确计算风荷载值。 大跨度结构的风载体型系数，一般通过风洞试验获得。（4）温度作用。钢结构不同于混凝土结构，其具有较大的热胀冷缩性质，在一些温差较大的地区，钢结构会因为温差产生变形，形成较大的内部荷载作用，称为温度应力，在计算温度作用时，要根据不同的气候条件进行考虑。 （5）支座位移。在大跨度房屋钢结构中，支座位移所产生的杆件内部附加应力不可忽略，而且当支座产生较大的不均匀沉降时，有可能造成结构的局部损坏，甚至危及整个结构的安全，在活荷载计算中，要充分考虑支座位移引起的附加内力。
2.3 偶然荷载
在进行结构受力分析时，要充分考虑偶然荷载作用，本文主要考虑地震作用。地震作用是建筑物因地面运动而产生的一种惯性作用，属于动力作用，通过达朗伯尔原理建立微分方程。它的大小既与结构的固有振动特性有关，又与地面运动的特性有关。大跨度房屋钢结构受地震影响大，在房屋结构设计时，要保证屋盖结构和支撑结构刚度分布均匀，有明确的传力路线，这样在地震作用下，就能够使结构受到的荷载作用通过支座向下传递，避免钢结构出现较大扭转或者其他变形形式，保证结构的安全可靠。而且要针对房屋薄弱部分进行抗震分析，并进行加强，确保其受力符合要求，与整个结构协调。由于大跨度结构的平面投影尺寸较大，尚应考虑地震行波效应和局部场地效应。故对于大跨度空间结构来说，设置一定的防震缝是一种较好的方式，根据具体的工程规模和抗震要求，进行抗震验算，并在合适的位置设置防震缝，以抵抗地震作用。在进行结构设计时，要严格控制结构的重量，而且在钢材的选取上要充分考虑自振周期，尽可能使结构的自振周期相对较长，以使得结构可以通过变形释放地震输入的能量，这样就可以减少地震作用对结构的影响。
2.4计算分析
在对结构进行分析计算时，要重视上部、下部结构的协同工作，并计入多向地震作用的效应。在进行设计时，要充分利用现有的一些结构分析软件和先进的分析方法，对关键部位进行详细设计，并针对具体情况，加强结构的稳定性。经过计算实践表明，对于大跨钢结构来说，可以采用以下几种方法进行分析：多向地震反应谱法、时程分析法、多向随机振动分析方法等。当然，要针对具体的工程项目选择合适的方法，保证结构分析计算的可靠性。
3 结结语
本文首先对钢结构的一些优势进行了分析，进而提出大跨度房屋钢结构设计要点。随着社会和经济的快速发展，各种大跨度结构出现的数量越来越多，而且，近年来，建筑施工技术不断进步，这也为一些复杂的大跨度钢结构的出现奠定了基础，大跨度房屋钢结构设计是经济和社会发展的需要。我们从业者在进行钢结构建筑的设计时，首先应根据建筑结构的使用年限，建筑结构的安全等级以及需要抗震建筑结构的抗震设防类别确定其基本要求。重点要依据可靠度的要求进行设计，在规定的时间，在规定的条件下，完成预定功能的概率设计。
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