大跨度屋盖结构（精选9篇）
大跨度屋盖结构 篇1
如今的大型建筑工程建设数量越来越多, 而在大型建筑工程中, 应用最多的结构形式就是大跨度屋盖钢结构, 该结构施工的过程中, 应用的主要施工方式就是桁架施工, 本文主要就工程实例来对大跨度屋盖钢结构工程桁架施工进行详细的研究, 合理的对桁架施工的方法以及施工要点进行了全面的探究, 以为提升桁架施工的质量奠定基础。
1工程概况
某建筑工程采用的是钢结构进行施工, 建筑总面积为162245.7m2, 而钢结构形式主要就是三角结构桁架, 其中钢结构的总重量为1200KN, 而钢结构中的主桁架的重量则为950KN, 其中每一桁架的长度均在45.5m左右, 而桁架的两端位置, 间隔距离在3.5m, 而除了主桁架之外的其他桁架, 每榀之间的距离均为8m, 桁架支座的标高则主要为25.684m, 在桁架的上弦顶部位置, 标高则主要为29.560m。该建筑工程的屋面结构为钢结构, 其投影所覆盖的面积为5560m2, 在钢结构屋盖中, 主桁架主要为9榀, 而次桁架的数量则为15榀, 系管数量33榀, 斜撑数量45榀, 而在钢结构屋盖上, 除了这些部分以外, 另外的构成部件则为马道以及屋面檀条等, 钢结构的构成元件主要包括管材、钢板以及各种西药的构建等, 而选择的管材则主要应为无缝钢管, 而钢板则需要采用Q345B, 而次要的一些构件则应采用Q235B。
2施工方案
2.1具体施工要求。依据施工现场的具体情况, 同时在对桁架结构进行具体分析的基础上, 要合理的对屋盖钢结构进行详细的分析, 所应用的屋盖钢结构需要在工厂内部进行加工处理, 将每一个屋盖钢结构都进行合理的标注, 然后依次将加工制作的屋盖钢结构运输到现场进行运用, 将桁架尽可能的放置在需要进行桁架施工的工程下方, 对拼装位置进行合理的选择, 对胎架进行合理的设计、组装以及焊接, 在对汽车的吊装位置设计完成之后, 就可以对整榀的桁架进行吊装处理。
2.2工厂加工。在该建筑工程中吗, 所应用的主桁架截面呈现几何图形样式, 而且主桁架截面的尺寸也可以设定为2500×1500mm, 其中一个单独的榀桁架的标高则为4250mm, 工厂在对桁架结构特点进行详细分析后, 就可以依据相关运输的要求以及施工质量控制的方法, 在工厂对整榀的桁架进行加工处理, 根据相关工艺技术的要求, 可以将整段的桁架均分为三个部分, 按照阶段进行加工。要切实的保障弯管加工的精确性, 利用弧形杆件进行加工处理, 按照相应的比例要求, 进行放样预拼。所有需要应用到的一些部件, 在出厂之前都需要经过严格的检验, 只有检验合格的工件才能够正式的投入到施工中, 并对每一个工件都进行清晰的标记标注, 在安装拼接的时候要严格的按照顺序进行拼接处理。
2.3现场桁架拼接。在将桁架的相关构件制作完成后, 就可以运输到现场进行拼接施工。而在拼接处理的过程中, 要注意要找拼装基准线的设定标准, 采用胎架对桁架进行支撑, 对桁架实行有效的拼接处理, 这样可以使得桁架的空间可以保持立面结构。要对支撑点的位置进行合理的确定, 单元桁架要利用汽车来进行吊装拼接, 要注意利用电焊机来对下胎架进行焊接处理, 而焊接的顺序则为接口、直腹杆、斜腹杆, 在焊接的过程中, 也要遵循一定的原则, 要保持焊接的对称性。
2.4楼面加固处理。通过现场平面布置图中了解到运输通道至中厅的吊车行走路线的下方均有地下停车场, 楼板设计荷载为15k N/m2, 通过验算在施工过程中楼面荷载达到30k N/m2, 才能满足机械行走、站位吊装要求;在楼板下方采用钢管脚手架进行支撑加固, 加固高度为3.72m, 用 φ48×3.5的脚手架管在加固区域搭设满堂架, 此区域满堂架立杆上端必须撑紧, 立杆横向、纵向间距为600mm, 步距为800mm, 通过验算满足施工要求。
2.5桁架吊装。吊装桁架时汽车吊车头朝相对应轴方向, 使吊车的工作幅度为8m, 50T汽车吊在工作幅度8m时, 臂长32.7m可以起吊重量为12.3T>12.28T, 吊车工位幅度满足吊装要求。起吊前在桁架两端系上方向牵引用风绳, 桁架底部起升到25m时, 主臂朝对应轴方向旋转, 旋转到另一轴部位左右趴杆, 桁架基本到位, 微调好轴线及左右距离后, 与钢支座焊接固定。固定好后松钩, 第一榀桁架吊装完毕, 当两榀主桁架吊装就位后及时完成其之间的次桁架和相关构件, 以便使两榀主桁架形成一个稳固的整体。
3施工控制要点
3.1施工规划。本工程结构拼装区域场地、进场通道、吊装工位狭小, 起吊构件超长, 安装、吊装操作空间紧促, 在道路布置、桁架拼装、吊装过程中必须确保所选方案合理性。且相当部分数量构件在高空安装, 这些比较复杂的操作要求车间制作精度不仅要满足施工规范和设计要求, 还必须较好的满足现场安装工艺的需要。此外, 对于现场施工人员, 特别是起重作业人员和起重指挥人员, 分别要有相应的施工经验和指挥协调能力。
3.2施工验算。对于屋盖钢结构本体施工验算:本工程拟采用楼面加固, 大吨位汽车进行单榀桁架整体吊装。现场应按照施工顺序确定分析工况, 施工区域、通道楼面整体验算, 以及楼面、通道加固整体施工验算, 整榀桁架吊装的吊点内力施工验算, 施工机械、吊索选择施工验算, 为工程吊装控制提供具体详细的理论数据进行指导。
3.3施工测量。现场在拼装胎架上拼装、空中安装, 应随时进行跟踪测量, 确保各阶段组装安装的准确性, 施工测量观测点应根据施工规范、控制要求进行确定, 确保观测点数据的代表性。施工测量数据应及时与设计数据进行比较, 如发现偏差及时向工程技术负责人报告, 查找原因并提出整改措施。
4安全保障措施
在大跨度屋盖钢结构的安装过程中, 必须要做好一定的保护措施, 以免在施工中发生意外事故, 给施工现场人员的人身安全带来威胁, 同时也避免了事故发生对工期进度的影响。一般要求现场施工中所使用的吊装机索具都应符合国家相关规定, 尤其是当这些机械设备需要进行局部变更时, 一定要征得工程技术部的批准, 以确保安全。
结束语
综上所述, 在对大型建筑结构进行施工的过程中, 采用的结构形式通常为大跨度屋盖钢结构, 而在该结构工程中, 桁架是其中的重要构成部分, 桁架施工的质量, 将直接影响到大跨度屋盖钢结构的施工质量, 要想能够使得大跨度的构件以及相类似的工程可以进一步的得到质量上的提升, 就需要合理的采用有效的施工方法对桁架进行施工处理, 以保障大型建筑整体的施工质量, 从而更好的推动大型建筑的发展和建设。
摘要：本文依据工程实例来对大跨度屋盖钢结构工程桁架施工进行了简要的分析, 主要分析的重点内容包括桁架施工要点以及施工方法, 桁架的施工关系到大跨度屋盖钢结构工程的整体施工质量, 因此对其施工质量的要求更为严格。通过合理的施工以及质量控制, 以提升桁架施工的整体质量。希望本文的探究能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。
关键词：大跨度屋盖,钢结构工程,桁架施工
参考文献
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大跨度屋盖结构 篇2
大跨度空间结构施工中,高空作业量多,施工难度大，结构的施工质量尤为重要,并且施工人员的安全防护要求特别高。
高处作业的一般要求
(1）
进行高空作业的各工种和现场人员必须遵守本规程，从事高空作业的人员，必须定期检查，患有下列疾病,不宜从事高空作业:高血压、低血压、心脏病、贫血病、颠病.(2）
高处作业者必须使用安全帽、安全带、穿软底鞋,登高前严禁喝酒，并清楚鞋底泥沙和油垢。
（3)
脚手板、脚手架、栈道、斜边、梯子、吊蓝、挂板等高处作业设备，必须搭设稳固，材质优良，巡回检查使用情况.（4）
高处作业的设备，不许有翘头板、空头板、断裂板、露头钉、朝天钉、空缺挡、折断等缺陷，施工中的“五口”应设围栏及盖板，在“五口”处不得放置落下的料具.(5)
斜道、斜跳板及操作平台上除钉有或焊有防滑条或涂上防滑漆外，应及时清扫上面的泥沙和油垢。
(6）
必须使用梯子登高,不准从模板或脚手架外登高，不允许用起重机吊人员。
(7)
传送工具和材料应用绳索系送，禁止抛掷，禁止从高处向下推掷料具。
（8）
脚手架和起重设备上空及附近空间,如有高压线，应按安全距离控制,脚手架上所有的电线和电器设备应绝缘良好，以防止漏电。
(9）
六级强风和雨雪天及夜间，一般应停止高处作业，如需进行高处作业，则应制定相应的防护措施。
（10)
钢结构吊装前，应进行安全防护设施的逐项检查和验收，验收合格后，方可进行高处作业。
悬空作业安全
（1）悬空作业处应有牢固的立足之处,并必须视具体情况，配置防护栏杆、栏网或其他安全设施。
（2)悬空作业所使用的索具、脚手架、吊蓝、平台等设备，需经过技术验证或鉴定才能使用。
（3)钢结构的吊装，构件应尽可能在地面组装,并搭设临时高空设施，以利于高空固定，点焊、螺栓连接等工序。拆卸时的安全措施，也应一并考虑.高空吊装大型构件前，也应搭设悬空作业中所需的安全设施.（4）进行预应力张拉时，应搭设站立操作人员和设置张拉设备用的牢固可靠的脚手架或操作平台.预应力张拉区域标示明显的安全标志，禁止非操作人员进入.(5)悬空作业人员，必须佩戴好安全帽、安全带等。
攀登作业安全
（1）
现场登高应借助建筑结构或脚手架上的登高设施,进行登高作业时，也可使用梯子或其他登高设施。
（2）
柱、梁和滑轨等构件吊装所需要、的直爬梯及其他用于登高用的拉攀件，应在构件施工图或说明内作出规定,攀登用具在结构构造上，必须牢固可靠.(3)
梯脚底部应垫实，不得垫高使用，梯子上端应有固定措施。
（4）
钢柱安装登高时，应使用钢挂梯或设置在钢柱上的爬梯.（5)
登高安装钢梁或轨道时,应视钢梁高度,在两端设置挂梯或搭设钢管脚手架.（6)
在网架或网壳上、下弦登高操作时,应视跨度大小在两端及跨中设置攀登时上下的梯架。
交叉作业安全
（1）
结构安装过程各工种进行上下立体交叉作业时，不得在同一垂直方向上操作，下层作业的位置,必须处于依上层高度确定的可能坠落范围半径之处，不符合以上条件时，应设置安全防护层.（2)
脚手架边缘、上层结构边缘，严禁堆放拆下的构件。
（3）
施工高度较大时，凡人员进出的通道口均应搭设安全防护棚.（4）
由于上方施工可能坠落物件或处于起重机扒杆回转范围之内的通道,在其受影响范围内，必须搭设顶部能防止穿透的双曾保护廊.结构焊接安全
1、防止触电
（1)
电焊机外壳，必须接地良好,其电源的装拆应由电工进行.（2）
电焊机设备单独开关,开关应放在防雨的匣箱内，拉合匣时，应戴手套,侧向操作.（3)
焊钳与把线必须绝缘良好,连接牢固,更换焊条应戴手套.潮湿地点，应站在绝缘胶板或木板上。
（4）
严禁在带压力的容器或管道上施焊，焊接带电的设备必须先切断电源，(5）
贮存过易燃易爆、有毒物品的容器或管道,必须先清楚干净,并将排气孔口打开。
(6)
焊接预热工件时,应有石棉匝布或挡板等隔热措施。
(7）
把线、地线禁止与刚丝绳接触，更不得用钢丝绳或机电设备代替零线.所有地线接头，必须连接牢固。
(8）
更换场地移动把线时，应切断电源,并不得手持把线爬高攀登.（9)
雷雨时，不得进行露天焊接作业。
(10)更换焊条时一定要戴皮手套，不要赤手操作。带电情况下，为了安全，焊钳不得夹在腋下去搬被焊工作件或将焊接电缆挂在脖子上。
(11)下列操作,必须在切断电源后才能进行：
a）
改变焊接接头时;
b）
更换焊件需要改变二次回路时;
c）
更换保险装置时;
d）
焊机发生故障需进行检修时；
e）
转移工作地点搬动焊机时；
f)
工作完毕或临时离开现场时。
2、防止爆炸
防止爆炸主要发生在气割过程中,由于要用到乙炔瓶，所以储存和使用乙炔瓶注意以下几方面问题：
（1)乙炔瓶储库的设计和建造，应符合建筑设计防火规范中乙炔站设计规范的有关规定.(2)储存间应有专人管理，在醒目的地方应设置标志。
（3)严禁与氯气瓶、氧气瓶及易燃物品同间储存.(4)储存间与明火或散发火花地点的距离，不得小于15m,且不应设地下室或半地下室。
(5)储存间应有良好的通风、降温等设施，要避免阳光直射，要保证运输畅通，在其附近应设置有消防栓和干粉。
(6)乙炔瓶储存时,一般要保持竖立位置,并应有防止倾倒的措施。
(7）使用乙炔瓶的现场，储存量不得超过5瓶，超过5瓶但不得超过20瓶，应在现场或车间内用非燃烧体或难燃体隔墙分库;储存量不超过40瓶的乙炔库房，可与耐火等级不低于二级的生产厂房毗郐建造。
钢机构吊装安全
1、一般规定：
(1）吊装前应编制结构吊装施工组织设计或制定施工方案，明确起重机吊装安全技术要点和保证安全技术措施。
（2)参加吊装的人员应经体检合格,在开始吊装前应进行安全技术教育和安全技术交底。
(3)吊装工作开始前，应对起重运输和吊装设备以及用索具、卡环、夹具、锚锭等的规格、技术性能进行细致检查和试验，发现有损坏或松动现象,应立即调换或修好。其中设备应进行试运转，发现转动不灵活、有磨损应立即修理。重要构件吊装前应进行试吊，经检查各部件正常，才可进行正式吊装。
2、防止高空坠落
（1）为防止高处坠落，操作人员在进行高处作业时，必须正确使用安全带.安全带一般应高挂使用。
（2)在高处安装构件时，要经常使用悄杠校正构件位置，这样必须防止因撬杠滑脱而引起的高空坠落。
（3）在雨期、冬季里，构件上常因潮湿或积有冰雪而容易使操作人员滑倒，采取扫清积雪后在安装，高空作业人员必须穿防滑鞋方可操作.(4）高空操作人员使用的工具及安装用的零部件,应放入随身佩戴的工具袋内,不可随便向下丢掷。
（5）在高空用电焊切割或气割时，应采取措施防止割下的金属或火花掉下伤人。
(6）地面操作人员，尽量避免在高空作业的正下方停留或通过，也不得在起重机的吊杆或正在吊装的构件下停留或通过。
（7）构件安装后，必须检查连接质量，无误后，才能摘钩或拆除临时固定工具，以防构件掉下伤人.(8）设置吊装禁区,禁止与吊装作业无关的人员入内.3、防物体下落伤人
(1)高空往地面运输物体时，应用绳捆好吊下。吊装时,不得在构件上堆放或悬挂零星物体。零星材料和物体必须用吊笼或钢丝绳保险绳捆扎牢固，才能吊运和传递,不得随意抛掷材料物件，工具,防止滑脱伤人或意外事故.(2)构件绑扎必须绑扎牢固，起吊点应通过构件的重心位置，吊升时应平稳，避免振动或摆动.(3)起吊构件时，速度不应太快，不得在高空停留过久，严禁猛升猛降，以防构件脱落。
(4）构件就位后临时固定前，不得送钩，解开吊索索具。构件固定后，应检查连接牢固和稳定情况。当连接确实安全可靠才可拆除临时固定工具和进行下步吊装。
(5）风雪天，霜雾天和雨期吊装,高空作业应采取必须的防滑措施，如在脚手架、走道、屋面铺麻袋或草垫，夜间作业应有充足照明.4、防止吊装结构失稳
（1）构件吊装应按规定的吊装工艺和程序进行，未经计算和可靠的技术措施，不得随意改变或颠倒工艺程序安装构件.（2)构件就位够，应经初校和临时固定或连接可靠后方可卸钩,最后固定后方可拆除临时固定工具。高宽比很大的单个构件，未经临时或最后固定组成一稳定单元体体系前，应设溜绳或斜撑固定。
（3）构件固定后不得随意撬动或移动位置，如需要重新校正时,必须回钩。
（4)多节吊装时，应吊完第一节后,将下节灌浆固定后，方可安装上节构件.5、防止触电
（1）吊装现场应有专人负责安装、维护和管理用电线路和设备。
(2）起重机在电线下进行作业时，工作安全条件应事先取得机电安装或有关部门同意。起重机在电线附近行驶时,起重机与电线之间的距离不应小于相关规定。
(3)构件运输时,距高压线路净距不得小于2米，距低压线路不得小于1米,如超过规定应采取停点或其他措施.（4）使用塔式起重机或长吊杆的其他类型起重机，应有避雷防触电设施，各种用电机械必须良好的接地或接零，接地电阻不应大于4欧姆，并定期进行接地极电阻遥测试验。
6、塔吊、起重机等大型设备施工安全
（1）大型机械设备的拆装作业，必须由具备安装资质的专业队伍和人员承担，一般人员不得参与.(2)安拆作业前,承接单位要召集工程技术、安全部门人员一同勘察现场情况，协商制定安全技术保证措施。
(3)大型机械的拆除安装，对参加拆装人员要进行安全技术交底，严格遵守拆装程序，拆装时，要有安全监管员和技术负责人在现场指挥.(4)大型机械的安装拆除作业,应遵守电气、机械、高空作业安全规程，防止触电、坠落、挤伤等事故.（5）安装完毕的设备,应符合《起重机械安全规程》和《建筑机械使用安全技术规程》的要求，并通过公司或劳动部门验收后方可使用。
(6)各种机械设备都应遵守《建筑机械使用安全技术规程》。要加强对操作人员的安全教育，经常深入施工现场检查规程执行情况，发现问题及时解决，消除安全隐患。
(7)对操作人员必须经过安全操作技术培训、考核,取得操作证后,方可单独操作.（8)执行定机、定人、定岗位制度,加强责任心教育，要求操作人员不仅要保证本机的安全，且要保证协同作业人员的安全。
(9）结合机械设备的定期检查，委派专人对设备的安全保护装置和指示装置进行检查,以确保安全装置齐全，灵敏、可靠。
（10）机操人员必须听从施工人员的正确指挥，精心操作。对于施工人员违反安全技术规程和可能引起危险事故的指挥，操作人员有权拒绝执行。
（11)各种型号塔吊使用,必须实行定人、定机、定岗位责任。配备1~2名司机和2名以上指挥人员及维修工，团结一致，统一指挥。
(12)塔吊作业前按规定对机械进行调整、紧固、润滑及防腐。经常检查塔身垂直度，垂直度偏差要小于4％。
（13)塔吊作业前应进行空载与重载运转试验，并经常检查各电气保险装置、限位装置、报警指示系统是否齐全有效。
(14）起吊重物时，严禁超负荷使用。
(15）不论有无安全装置和设备,严禁任何人随吊物品升降。
（16)作业前先发信号，然后将重物离地0.5米左右停车，确定刹车、钓钩、重物绑扎无问题后，方可指挥起升作业，塔吊停用时，钓钩上升距吊杆距离不得小于1米.（17）塔吊在停电、停工时，应将重物卸下,不得悬空挂在空中。
(18)塔吊卷筒上钢丝绳不得少于三圈，钢丝绳在筒上应排列整齐，并经常保持油润,达到报废标准时应及时更换。
(19)塔吊司机应认真作好塔吊运转记录及交接班记录方可离岗。
大跨度屋盖结构 篇3
关键词：空间结构,钢管桁架结构,屋盖结构,计算分析
前言
空间钢管桁架结构体系是大跨空间结构中的一个重要成员。郑州大学新校区体育馆由三组环向桁架、三组径向桁架和三组撑杆为主要构件组成, 外环、外部径向桁架与中环构成结构的主要受力骨架, 通过封闭外环的设计, 使其形成一个受拉的环箍, 限制了外部径向桁架滑动支座端的径向位移, 从而减小了整个结构的竖向挠度, 在此满足规范要求的同时, 使结构用钢量达到最佳经济指标。该屋盖平面的水平投影为轴对称的花瓣形, 在半径约7m和15m及外围处设置三道封闭的环桁架, 沿径向设置24道空间桁架, 并以环桁架为分界沿圆周方向错开布置, 径向桁架被划分为外、中、内三部分。整个结构外观简洁, 轻逸, 受力合理, 传力直观, 整体性能好。对它进行探索有助于了解结构性能, 指导设计施工, 并为类似结构的应用提供依据。
1 管桁架结构概述
近年来, 钢管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, 钢管结构在我国建筑结构中的应用也越来越多, 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。2001年建成的建筑面积7250的北京植物园展览温室是国内首次采用相贯节点的曲线钢管桁架结构。钢结构用材为16Mn, 钢管最大规格为299mmx12mm, 钢结构总吨位720t。上海体育馆的膜结构屋盖主要由钢管相贯而成的32榀桁架、环梁组成, 呈南北对称的马鞍形状, 最大跨度288.4m, 标高31.74-70.54m, 主桁架最大钢管直径508mm, 采用直接焊接K型节点。最长的悬挑梁74.162m, 材料采用英钢50D。南京国际展览中心的二层展厅是一个长243m、宽75m的无柱大空间, 屋面呈弧形, 南北两端主入口各有15m悬挑, 西侧又有14m悬挑。采用的是钢管拱架、檩架的结构方案。
2 钢管桁架结构的形式及特点
2.1 管桁架的分类:
根据受力特性和杆件布置不同, 可分为平面管桁结构和空间管桁结构。平面管桁结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内, 结构平面外刚度较差, 一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定。在现有管桁结构的工程中, 多采用Warren桁架和Pratt桁架形式, Warren桁架一般是最经济的布置, 与Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半数量的腹杆与节点, 且腹杆下料长度统一, 这样可极大地节约材料与加工工时。Vierendeel桁架主要应用于建筑功能或使用功能不容许布置支撑斜杆时的情况.
空间管桁结构通常为三角形截面, 与平面管桁结构相比, 它能够具有大的跨度, 且三角形桁架稳定性好, 扭转刚度大且外表美观。在不布置或不能布置面外支撑的场合, 三角形桁架可提供较大跨度空间。一组三角形桁架类似于一榀空间刚架结构, 且更为经济。可以减少侧向支撑构件, 提高了侧向稳定性和扭转刚度。对于小跨度结构, 可以不布置侧向支撑。
2.2 连接件的截面形式常用的杆件截面形
式为圆形、矩形、方形等, 按连接构件的不同截面可分为以下几种桁架形式:
C-C型桁架:即弦杆和腹杆均为圆管相贯的桁架结构;
R-R型桁架:即弦杆和腹杆均为方钢管或矩形管相贯的桁架结构;
R-C型桁架:即矩形截面弦杆与圆形截面腹杆直接相贯焊接的桁架结构。
2.3 桁架的外形
从桁架外形 (即从弦杆类型来分) 方面可分为:直线型与曲线型管桁结构。随着社会对美学要求的不断提高, 为了满足空间造型的多样性, 管桁结构多做成各种曲线形状, 丰富结构的立体效果。当设计曲线型管桁结构时, 有时为了降低加工成本, 杆件仍然加工成直杆, 由折线近似代替曲线。如果要求较高, 可以采用弯管机将钢管弯成曲管, 这样建筑效果更好。
2.4 管桁架的优点
钢管结构因其具有优美的外观、合理的受力特点以及优越的经济性, 在现代工业厂房、仓库、体育馆、展览馆、会场、航站楼、车站及办公楼、商住楼、宾馆等建筑中得到了广泛的应用, 如上海体育场、上海科技城、首都机场新航站楼、广州新白云及长航站楼、广州国际会展中心、上海新国际博览中心、南京国际会展中心、南京奥林匹克体育场、江苏省南通市体育会展中心等大型工程中均采用了钢管结构。工程实际表明, 钢管结构既可以很好地满足建筑要求, 又能够使结构达到安全、适用、经济等性能指标, 符合钢结构的最新设计观念。
钢管截面具有一系列独特的优越性能, 主要有以下几个方面:
(1) 圆管和方管的管壁一般较薄, 截面回转半径较大, 故抗压和抗扭性能好。对称截面形式使得截面惯性矩对各轴相同, 有利于单一杆件的稳定设计。截面的闭合提高了抗扭刚度, 对板件局部稳定性而言, 闭合截面也优于有悬挑板件的开口截面。在许多场合下, 建筑师也愿意利用钢管外观简洁的特点表达其建筑意图。
(2) 在截面积相同的型钢中, 钢管外表面积最小, 这就使得钢管与大气的接触面积最小, 加之钢管往往会两端封闭, 内部不会生锈, 这就大大减少了防腐防火涂层的材料消耗和涂装工作量。而且钢管结构较易于清刷、油漆, 故维护更为方便。
(3) 钢管截面的流体动力特性好。承受风力或水流等荷载作用时, 荷载对钢管结构的作用效应比其它截面形式结构的效应要低得多。
(4) 钢管加工便利。随着多维数控切割技术的发展, 钢管的相贯线切割已经不再是难题, 国内许多钢结构加工厂家已经掌握了这项技术。
虽然就材料单价而言, 钢管价格高于普通开口截面形式的型钢, 但上述优点综合起来, 钢管结构在众多结构形式中仍然是优先选用的基本结构形式之一。
结语:利用空间钢管桁架作为屋盖结构具有很多优点, 不仅满足了本体育馆大跨度的要求, 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。
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大跨度屋盖结构 篇4
近年来，我国社会经济的发展突飞猛进，随着经济的不断发展也致使各类建筑业的得到了空前的繁荣，一些大跨度、超高层建筑应运而生。建筑物中运用钢结构种类越来越多，厂房、住宅、桥梁、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑也越来越广泛运用钢结构材料。钢结构本身具备自重轻，强度高，施工快等独特优点，因此对高层、大跨度，尤其是超高层、超大跨度，采用钢结构更是非常理想。钢结构的快速发展，在我国取得了不少成就。第一，钢结构建筑的数量不断增加，应用范围不断扩大，如：2008年奥运主体育场“鸟巢”，世界第三高度420米的上海金茂大厦，具有国际领先水平的深圳赛格大厦72层、高度291米全部采用钢管混凝土柱，采用国产钢材、国内设计、施工的大连世贸中心，跨度216米的公路铁路两用低塔斜拉桥的芜湖长江大桥，上海宝钢大型轧钢厂房，咸阳市也建成了西北地区首座钢结构商住楼丽彩广场C座，三十二层，建筑高度98米，成为现代咸阳的标志性建筑。第二，钢结构技术不断改进。由于以前钢材使用受限制，建筑采用传统的模式，而现在出现了钢管、圆管、钢构混凝土等，要求结构的节点也随之变化，管管相接。材料上，有高强度的钢，厚板钢材，玻璃，不锈钢，钛合金。施工上也有新的工艺。钢结构在我国具有极大的发展空间，国外钢结构建筑使用钢材占钢材总量的10%左右，而中国仅占4%左右，我国的人均钢材占有量刚达到世界人均水平100千克左右，日本人均钢材占有量是400-500千克，有一定差距。现阶段我国钢结构建筑只占建筑总量不足3％的比例，发达国家已占30％～50％。我国钢结构发展具有较大的空间和潜力，伴随着建筑市场的持续发展，钢结构的发展将得到进一步的推动。中国处于全面建设的高峰期，正大量消耗着全球的自然资源。钢结构与混凝土结构相比，它环保且更利于建筑产业化的发展。钢结构建筑在现代建设中得到了越来越广泛的应用。但钢结构耐火性能低，如何提高钢结构的耐火性能对于建筑的安全性至关重要。
二、钢结构建筑火灾特点
在加热的情况下，钢材的力学性能随着温度的升高而变化。一般表现为弹性模量、屈服强度、极限强度随温度的升高而下降，塑性变形和蠕变随温度的升高而增加。在200℃～350℃时热轧钢出现所谓的“蓝脆”现象，此时钢材的极限强度提高而塑性降低，与其他温度段相比变“脆”。在500℃时，钢的极限强度和屈服极限大大降低，塑性增大。在450℃～600℃ 时，碳化物趋于石墨化和球化。石墨化的产物是由于碳化铁分解，生成游离的石墨粒的结果。如果加热的温度越高，时间越长，钢的含碳量越高，则碳化物的球化便越剧烈。存在石墨化和球化，表明钢在高温下弱化了，力学性能降低。合金材料的加入一般会使钢的上述变化需要的温度提高。试验结果表明：在200℃以内强度变化不明显，屈服强度略有下降，而极限强度基本没有变化。200℃以后屈服强度随温度升高而降低的速率开始加快。极限强度在200℃～300℃由于出现“蓝脆”而较常温下略有提高，300℃以后极限强度随温度升高明显降低。在600℃时，低碳钢的屈服强度和极限强度均只有常温时的35%～40%，而碳素钢丝的强度更低。随着温度进一步升高，在800℃时钢材的强度基本消失。同时钢材的伸长率和截面收缩率随温度升高面增大，表明高温下钢材的塑性性能增大，易于变形。此外，钢材在一定温度和应力作用下，随时间的推移会发生缓慢变形，即蠕变，蠕变会导致材料松驰。
钢材在高温下屈服点降低是决定钢结构耐火性能的重要因素，如某一钢构件在常温下受荷载作用应用值是屈服点的一半，但火灾时由于钢材在火灾高温作用下屈服强度降低，当实际应力值达到了降低了的屈服强度时就表现出屈服现象而破坏，使结构承载能力急剧下降，造成钢结构建筑物部分或全部垮塌毁坏。这类典型的火灾案例有，2001年世贸大厦被撞击后飞机携带大量的燃油向大厦底部流淌，火势迅速向下蔓延，燃烧不久，灼热的高温就通过钢结构迅速传遍整幢大楼，致使大厦承重的钢结构熔化，撞机仅57分钟南楼就彻底崩溃倒塌，而北楼也仅坚持了1小时22分钟，造成了死亡2797人、损失360亿美元的惊世惨案。2003年4月5日，青岛市即墨正大食品有限公司厂房发生火灾，在高温作用下，钢结构屋架仅仅约30分钟便轰然倒塌，导致20多名员工被埋压在厂房内遇难。目前，在建筑领域已采取了多种方式对钢结构进行保护，钢结构构件的各类防火措施也孕育而生。
二、钢结构建筑耐火性能提高方法
建筑钢结构的防火保护措施按照其防火行为来分主要分为主动防火和被动防火。主动防火主要是指水喷淋法以及消防员的灭火行为，即主动地控制建筑发生火灾的趋势。被动防火即不包括灭火行为采取其他形式提高钢结构的耐火极限的一种防火保护方法。从热量传输原理上来说，钢结构防火保护措施可以分为截流法和疏导法。
1、水喷淋法。水喷淋法是在结构顶部设喷淋供水管网，火灾时，自动启动(或手动)开始喷水，在构件表面形成一层连续流动的水膜，从而起到保护作用。
2、截流法。在构件的表面设置一层保护材料，截断或阻滞火灾产生的热流量向构件的传输，使构件在规定的时间内温升不超过其临界温度。由于选用的材料导热系数小而热容量大，可以很好地阻滞热流向构件的传输，从而起到保护作用,包括喷涂法、屏蔽法和包封法等方法。
（1）喷涂法。用喷涂机具将防火涂料直接喷在构件表面，形成保护层。喷涂法是一种最简单、最经济、最有效的做法，其价格低、重量轻、施工速度快、适用于形状复杂的钢构件，也是钢结构厂房中最常采用的防火处理方法之一。（2）屏蔽法。把钢结构包藏在耐火材料组成的墙体或吊顶内，在钢梁、钢屋架下作耐火吊顶，火灾时可以使钢梁、钢屋架的升温大为延缓，大大提高钢结构的耐火能力，而且这种方法还能增加室内的美观，但要注意吊顶的接缝、孔洞处应严密，防止窜火。（3）包封法。在钢结构表面做耐火保护层，将构件包封起来，其具体做法有：用现浇混凝土作耐火保护层，用砂浆或灰胶泥作耐火保护层，用矿物纤维作耐火保护层，用轻质预制板作耐火保护层。
3、疏导法。疏导法是先将热量传到构件上，然后设法把热量导走或消耗掉，同样可使构件温度不至升高到临界温度，从而起到保护作用。疏导法目前主要是充水冷却保护这一种方法，水冷却法是在空心钢柱内充满水，高温时，构件把外界环境中吸收的热量传给水，依靠水的蒸发消耗热量或通过循环把热量导走，构件的温度可维持在100℃左右。如美国的堪萨斯州银行大厦和匹兹堡钢铁公司大厦，采用的就是水冷却进行防火保护。冷却方法对于钢管柱的结构体系来说是一种非常有效的防火方法。但为了防止钢结构生锈，须在水中放入专门的防绣外加剂，冬天还须加入防冻剂而且由于对结构设计有专门的要求，所以目前实际上已很少使用。
三、钢结构防火涂料的分类及优缺点
对钢结构材料进行防火处理，其目的就是将钢结构的耐火极限提高到设计规范规定的极限范围，其措施是多种多样的。其中，喷涂防火涂料施工方便、重量轻、成本低、不受构件几何形状限制，应用范围最广，效率最高。所以，喷涂防火涂料是一种比较常见也相对成熟的做法。目前在实际工程应用中，我国钢结构防火保护方法绝大多数是采用喷涂防火涂料。
1、钢结构防火涂料的防火原理。钢结构防火涂料的防火原理是采用绝热或吸热的材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量向钢材传递的速度，推迟钢结构温升和强度减弱的时间。根据《钢结构防火涂料》(GB14907?2002)，钢结构防火涂料定义为施涂于建筑物及构筑的钢结构表面，能形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。
2、钢结构防火涂料分类及优缺点。钢结构防火涂料一般可分为厚涂型、薄涂型和超薄型。目前，钢结构防火涂料代表性的产品有：国内的“SD22”“TN2LG”防火涂料，“SD21”“LB”防火涂料，“SCB”、“SCA”防火涂料。国外的产品如英国 Grace Construction Products的“Monokete Firep roofingU K26”，美国美商华人企业股份有限公司的“AD”防火涂料，德国Herberts的“Water Based 38320”防火涂料，38091型防火涂料，英国的“Nullifire”防火涂料等等。（1）厚涂型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度在8毫米～50毫米的涂料，这类钢结构防火涂料主要由多孔绝热材料如粉煤灰空心微珠、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、石墨、矿物纤维等为骨料配以耐高温粘结剂而制成。其防火原理就是由于涂层的导热系数小，具有良好的热绝缘性，从而可在火灾中有效保护钢材不受破坏。厚涂型钢结构防火涂料的耐火极限一般为0.5小时～3小时。厚涂型钢结构防火涂料的优点：耐火极限高，可达3小时；主要组分为无机材料，耐火性能受环境影响小；原材料来源广，价格低；遇火时不会放出有毒有害气体。缺点是涂层厚、自重大，粘结力差，易剥落；表面粗糙，装饰性差；施工麻烦，水泥基涂料需养护。（2）薄涂型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度在3毫米～7毫米的钢结构防火涂料。目前国内外所使用的薄涂型钢结构防火涂料一般均为膨胀型防火涂料。膨胀型防火涂料膨胀组分一般由脱水成炭催化剂、成炭剂和发泡剂三部分组成。膨胀型防火涂料受热时，成炭剂在催化剂作用下脱水成炭，炭化物在发泡剂分解的气体作用下形成膨松、有封闭结构的炭层，该炭层可以阻止基材与热源间的热传导，另外多孔炭层可以阻止气体扩散，同时阻止外部氧气扩散到基材表面，达到防火目的。薄涂型钢结构防火涂料的优点：涂层薄、质轻，粘结力强，干燥快；表面光滑，颜色可调，装饰性好；单位面积用量少；施工简便，抗震动、抗挠曲性强。缺点是主要组分为有机材料，遇火时可能会释放出氨、HCN、卤化氢、一氧化氮、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳、氯、溴等有毒有害气体；还有耐久性差，存在随着环境、时间等溶出、分解、降解和老化等问题，耐火性能受环境影响大，严格意义说不能用于室外。（3）超薄型钢结构防火涂料是指涂层使用厚度不超过3毫米的钢结构防火涂料。超薄型钢结构防火涂料的防火机理与薄涂型完全一致。因目前国内外钢结构防火涂料的发展趋势是涂层超薄、装饰性强、施工方便、防火性能高、应用范围广，对涂料的粘结力和耐水性有较高的要求，因此，超薄型钢结构防火涂料一般为油性膨胀型防火涂料，本涂料除应具有较好的防火隔热性能、粘接力好、强度高，能经受高低温循环的影响外，涂层还应具有良好的耐水性、耐酸性、耐盐腐蚀性，和不易脱落，贮存稳定，装饰性好，施工方便等特点。这类钢结构防火涂料受火时膨胀发泡形成致密的防火隔热层，该防火隔热层延缓了钢材的升温，提高了钢构件的耐火极限。与厚涂型和薄涂型钢结构防火涂料相比，超薄型钢结构防火涂料粒度更细、涂层更薄、施工方便、装饰性更好是其突出特点，在满足防火要求的同时，又能满足人们高装饰性要求，特别是对于裸露的钢结构。超薄型钢结构防火涂料的优点：涂层更好、装饰性更好，兼具薄型涂料的优点，施工受环境影响小。但同样具有薄型涂料的缺点。
3、钢结构建筑防火涂料存在的问题。尽管钢结构防火涂料起着主要的作用，在钢结构建筑工程应用中充分体现了价值，但其除了自身存在的缺点外，其它方面的问题也较为明显。具体表现在生产、施工方面，国内多数钢结构防火涂料生产企业的规模不大，生产工艺流程
大跨度屋盖结构 篇5
近年来, 各大型体育馆等场馆采用钢网架屋顶结构。初步确定结构的相关设计参数后, 对参数的可行性和结构的可靠度进行评价至关重要[1,2,3]。目前, 普遍采用中国建筑设计研究院开发的PKPM进行验算。本文基于有限元分析软件ADINA对该类钢网架结构进行有限元分析, 验算结构的变形和强度[4,5]。
1 基本设计资料与数值模型建立
1.1 基本设计资料
某大型体育馆下部结构为混凝土框架结构, 上部结构为大跨度空间钢管桁架结构, 主桁架最大跨度45.9 m, 为游泳馆的桁架。桁架圆钢管选用无缝钢管或焊接直缝钢管, 屋盖主桁架采用Q345B钢, 支撑、马道采用Q235B钢。设有水平支撑和竖向支撑、系杆。
风荷载:基本风压0.6 k N/m2, 地面粗糙度类别为B类。风压高度系数按规范采用。屋面恒载:0.8 k N/m2, 屋盖悬挑部分附加恒载:0.6 k N/m2。屋面活载:0.5 k N/m2。
1.2 数值模型建立
该钢网架屋盖分两部分, ZHJ1和ZHJ2, 考虑结构的空间作用, 建立三维空间整体计算模型, 模型包括桁架、檩条、屋面支撑体系, 三维空间整体计算模型见图1。
2 钢屋架结构受力及变形验算
2.1 荷载取值
结构计算分析时荷载取值如下:
1) 恒荷载:屋面恒载取0.8 k N/m2, 屋盖悬挑部分附加恒载0.6 k N/m2, 桁架自重根据钢材自重自动生成。
2) 活荷载:屋面活荷载取0.5 k N/m2。
3) 风荷载:根据GB 50009—2012建筑结构荷载规范, 考虑50年重现期的基本风压0.6 k N/m2, 地面粗糙度类别B类, 风荷载标准值:
其中, βz为风振系数, 根据GB 50009—2012建筑结构荷载规范, 选取参数计算得出;μs为风荷载体型系数, 根据GB 50009—2012建筑结构荷载规范选取;μz为风压高度变化系数, 按高度查表取值;ω0为基本风压。
4) 地震作用:抗震设防烈度按7度计算, 设计基本地震加速度取0.10g, 结构阻尼比取0.035。根据GB 50011—2010建筑抗震设计规范, 水平地震作用采用振型分解反应谱法计算, 竖向地震作用的标准值取重力荷载代表值和竖向地震作用系数的乘积。
计算结构内力时, 考虑以下几种荷载组合:1.2恒+1.4活;1.35恒+1.4×0.7活;1.2恒+1.4活+1.4×0.6风;0.75 (1.2恒+1.2×0.5雪+1.3地震) 。
荷载组合时考虑满跨活荷载和半跨活荷载两种情况;风荷载考虑横向来风和纵向来风两种情况;水平地震作用分为横向和纵向两种情况。
2.2 数值分析计算结果分析
荷载作用标准组合正常使用极限状态结构竖向位移云图如图2所示。
由图2可知:竖向位移最大值为42 mm。GB 50017—2003钢结构设计规范附录表A.1.1规定主梁或桁架挠度限值为l/400 (l为受弯构件的跨度, 对悬臂梁和伸臂梁为悬伸长度的2倍) , ZHJ1和ZHJ2悬伸长度为18 000 mm, 因此挠度限值为90 mm。计算竖向位移最大值为42 mm, 满足规范要求。
荷载基本组合 (最不利组合) 承载能力极限状态结构轴力云图如图3所示。
由图3a) 可知:ZHJ1最大压力为420 944, 压杆型号为φ325×10, 根据GB 50017—2003钢结构设计规范式 (5.1.1-1) :
强度满足规范要求。
根据GB 50017—2003钢结构设计规范表5.1.2-1可知, 截面分类为b类, 根据式 (5.1.2-2) 计算得出压杆的长细比为:λ=14.4, 查表C-2可知φ=0.985, 根据GB 50017—2003钢结构设计规范式 (5.1.1-2) :
稳定性满足规范要求。
由图3b) 可知ZHJ2最大压力为649 410 N, 压杆型号为φ325×10, 根据GB 50017—2003钢结构设计规范式 (5.1.1-1) :
129.3 MPa<345 MPa, 强度满足规范要求。
根据GB 50017—2003钢结构设计规范表5.1.2-1可知, 截面分类为b类, 根据式 (5.1.2-2) 计算得出压杆的长细比为:λ=14.4, 查表C-2可知φ=0.985, 根据GB 50017—2003钢结构设计规范式 (5.1.1-2) :
131.3 MPa<345 MPa, 稳定性满足规范要求。
3 结语
本文以算例的形式, 介绍了有限元分析软件ADINA在钢网架屋盖结构设计中的应用。计算结果表明, 该钢屋架屋盖结构中所有构件的轴力均未满足强度和稳定性的要求, 而且该屋盖的竖向挠度也满足结构变形控制指标的要求, 故该钢屋架屋盖结构设计所选取的相关参数合理。该算例表明, 有限元分析在验算钢屋架屋盖结构设计参数的可行性方面的适用性, 可以直接利用有限元软件ADINA建立结构的有限元分析模型, 输入相关设计参数进行计算分析。类比本算例, 可通过建立符合实际的有限元分析模型, 将ADINA作为辅助工具应用于其他工程结构的参数设计与力学验算中。
摘要：利用ADINA软件, 建立了某体育馆钢网架屋顶结构的有限元模型, 并结合该屋盖结构的材料特性、几何特性和边界条件等相关参数, 计算分析了钢屋架结构的受力及变形特征, 结果表明, 该屋顶结构变形和强度均满足规范要求。
关键词：钢网架,ADINA,荷载,竖向位移
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大跨度屋盖结构 篇6
在某车站站房房屋建设中, 房屋结构是采用大跨度网结构进行施工, 屋盖南北方向最大跨度为93m, 而东西跨度为32m, 最大的自由度是27m, 因此在网架的螺栓球节点的设置中采用拱形进行设计, 这样就确保在施工中施工面积的合理应用, 结构设计为倒四角锥网壳体系, 在屋面施工中是采用压型钢钢板进行施工, 并且能够在相应的支撑条件之下为下弦周边的支撑柱和局部上线支撑方式分析, 并且在网架结构的表面采用工厂抛丸除锈, 以确保在工程施工中钢结构能够满足设计要求。待现场网架安装后涂装超薄型钢结构防火涂料, 使得其在安装的过程中达到一定的防火标准和耐火要求之后在进行施工管理。
2 施工方法
针对本工程施工中如此大的跨度分析, 在目前的高空屋盖网架结构中一般都是采用满堂红脚手架作为施工辅助设施。在网架结构安装中应当以高空散装法施工为主, 避免出现网架结构稳定性不足缺陷。网架安装前对网架支座轴线和标高进行严格的验线检查, 针对当前的轴线、标高和位置进行严格控制, 确保在施工中能够合理的控制施工质量。安装前, 搭设满堂红脚手架, 针对各个放线支点位置的标高进行严格控制, 使得支点及其临时支点的数量和位置都能够满足当前的施工设计要求。
3 屋盖施工
屋盖在施工的过程中是采用逐次施工方式, 从一边逐步朝着另外一边进行施工, 这样能够确保屋盖施工的质量合理进行。
3.1 满堂红脚手架搭设
在工程的施工中, 是利用屋面网架结构的相关施工要求和方式从左向右逐次施工, 并且要针对脚手架搭设的几何尺寸进行严格控制, 针对横距1.0m, 纵距1.0m, 步距1.5m的施工部位合理控制, 确保施工质量和施工应用措施能够满足当前的施工技术要求。a.脚手架搭设前, 按尺寸要求放线、铺垫板, 并标定好立杆位置。b.搭设流程。横向扫地杆→立杆→纵向扫地杆→第一步横向水平杆→第一步纵向水平杆→连墙杆→第二步横向水平杆→第二步纵向水平杆 (循环以上步骤) 。c.搭设时按定位一次竖起立杆, 将立杆与纵横向扫地杆连接固定, 然后再装第一步的纵向和横向水平杆, 随校正立杆垂直之后予以固定, 并按此要求继续向上搭设。d.剪刀撑、横向支撑等整体拉结杆件应随搭升的架子一起及时设置。
3.2 网架散件组装
在网架散件的组装和拼接中, 是通过将吊装运至在脚手架上, 而且均匀的摊铺在合理的框架之中, 并且对框架中的各种材料进行均匀铺摊, 仔细的和对施工土质, 按照图纸和设计要求进行组装, 避免出现网架散件组装故障和其他缺陷。
3.3 临时支点设置
在临时支点的支撑的时候, 一般都是以千斤顶作为主要的支撑设备, 并且能够及时的对数量、位置和相应的标高进行控制, 确保支点上下部及其其他的辅助设备能够合理的加固, 防止在施工的过程中由于受到施工因素的影响而发生下沉现象或者其他多种质量隐患。
3.4 安装下弦平面网格:
a.在施工中根据支座的轴线和标高问题分析, 进行合理的放样, 做好对注定的轴线和中心线的放样和施工, 并且通过水准仪为器具进行水平检查, 在对各个柱网之间的集合尺寸和标高进行控制, 结合设计要求进行确认, 确认各个施工点都达到设计要求之后进行加固, 加固一般是采用支座螺母紧固法和焊接固定法。螺栓球节点网架是一种新型的屋盖承重结构, 在施工中是一种多次超静定空间结构体系, 它逐步改变了一般平面结构的受力情况, 对各种能够承受自身的荷载进行分析。b.连接各支座间的水平杆件并紧固螺栓, 并且应当根据安装图中的各种相应的编号进行综合分析, 在每个临时的垫块和垫层下面实施严格的旋球平面, 并且使得其与下弦杆能够合理的连接在一起, 并且一次性拧紧到位。c.将腹杆与上弦球组合形成1个向下四角锥体, 腹杆与上弦球的连接一次拧紧到位, 腹杆与下弦球的连接1颗拧紧到位, 其余3颗松动, 为安装上弦杆起松口作用。d.上弦杆安装由内向外传, 上弦杆和球拧紧与腹杆和下弦球拧紧一次进行。e.安装过程中, 及时检查网架、网格的尺寸, 检查网架纵向尺寸与网架矢高尺寸。如有出入, 迅速调整千斤顶的高低位置来控制网架尺寸。f.每安装完1个单元体, 即拆除下弦支垫, 复验网架的轴线尺寸、支座标高, 确认达到规范要求后再进行下1个单元搭设。
3.5 安装上弦倒三角网格:
a.网架第2单元起采用连续安装法组装, 从支座开始安装1根下弦杆, 同时下弦第1跨间也桩1跟下弦杆, 组成第1网格, 将第1节点球拧入, 下弦第1网格封闭。然后安装倒三角椎体, 将1球3杆小单元吊入现场, 组成下弦第2网格封闭。b.按上述工艺继续安装1球3杆倒三角锥, 在1个倒三角锥间安装纵向上弦杆, 使之练成一体, 逐步推进, 每安装1组倒三角锥, 则安装1根纵向上弦杆、上弦杆两头用螺栓拧入, 使网架上弦也组成封闭形的方网格。
3.6 安装下弦正三角网格:
a.采用2球1杆形式, 将1杆拧入支座螺栓孔内, 安装横向下弦杆, 使球与杆组成封闭的方网格。b.安装一侧斜腹杆, 便于控制网格矢高, 再安装另一侧斜腹杆, 完成1组正三角网格, 逐步向一侧安装, 直到支座为止。c.每完成1个正三角锥后, 检查上弦的方网格尺寸误差, 逐步调整, 紧固螺栓。正三角锥网格安装时, 时刻注意临时支点的受力情况, 谨防支点下沉。
3.7 注意事项:
a.在高空散装法的安装的时候, 应当随时检查网架安装的各种质量问题, 针对施工的各个环节及对角线尺寸进行分析, 确保网架长度和质量的稳定合理。若发现安装过程中尺寸等有出入时, 应当及时针对其中存在的问题进行调整, 确保准确无误的施工质量。b安装网架时, 必须检查网架整体挠度。测试点为5个, 网架中心设1点, 测试点挠度平均值须小于等于设计值的115%。网架的挠度可以通过上弦和下弦尺寸的调整来控制挠度值。
4 结论
从近年的发展看, 钢结构工程在施工中, 其施工结构逐步朝着大型化和复杂化发展, 各种单一的安装方法可能已经不能够满足当前施工需要, 一个工程中往往采用多种不同的安装技术, 安装方法在朝集成化的方向发展。在满足质量、安全、进度及经济效益的前提下, 应结合现场施工条件和设备机具等资源落实情况等因素综合确定安装方案。
摘要：网架结构在大跨度结构中运用越来越广泛, 伴随着当前我国社会发展需要和经济实力的进一步增强, 大跨度及空间钢结构领域得到迅猛发展。随着国内基础设施建设、工业化、城镇化建设的需要, 大量城市建筑物的建设为我国大跨度及空间钢结构的发展提供了机遇。以某车站站房钢构屋盖施工为背景, 着重对大跨度高空散装钢结构屋盖网架施工安装技术进行阐述, 总结施工经验, 为以后类似工程施工提供参考和借鉴。
大跨度屋盖结构 篇7
关键词：大跨度,轻型屋架,温度作用,内力分析
1温度场的确定
温度作用属于可变的间接作用,主要由季节性气温变化、太阳辐射、使用热源等因素引起,在结构或构件中一般可用温度场的变化来表示。对结构的温度场工况包括最大温升工况和最大温降工况两类。
1.1 气温、热源影响
1.1.1 最大温升工况
将冬季施工期温度即参考温度取最冷月平均气温-6 ℃作为最低初始温度T0,min,将使用阶段夏季的汽机房温度最高45 ℃作为最高平均温度Ts,max,即整体温升51 ℃。
1.1.2 最大温降工况
将夏季施工期温度即参考温度取最热月平均气温30 ℃作为最高初始温度T0,max,将使用阶段冬季的未开汽机时温度-6 ℃作为最低平均温度Ts,min,即整体温降-36 ℃。
1.2 太阳辐射的影响
对于上部钢屋架部分,除考虑气温、热源的影响外,还应考虑由于压型钢板吸收太阳辐射的温升高,取太阳辐射温度增加值11 ℃。
1.3 温度场取值
1.3.1 屋架温度场取值
最大温升工况(考虑太阳辐射):62 ℃;最大温降工况(不考虑太阳辐射):-36 ℃。
1.3.2 下部混凝土结构温度场取值
考虑到钢屋架下部为混凝土结构,单纯的分析上部钢屋架的温度作用而不考虑下部混凝土结构的温度作用的贡献是不合理的。而且,混凝土的温降工况温度场受到材料本身的收缩当量影响,其取值与上部钢屋架也不尽相同。下部混凝土结构的温度场取值为:最大温升工况:51 ℃;最大温降工况:-59 ℃(考虑混凝土的收缩与徐变的影响)。
2温度作用的折减
在温度荷载作用下,混凝土材料与钢材的变化有所区别。混凝土材料并非是完全弹性的,材料的塑性,装配式与否,徐变造成的应力松弛等原因对温度作用的大小均有较大影响,而钢材受以上因素的影响很小。因此对于考虑温度作用,需对混凝土材料进行刚度折减,钢材不需折减。对下部混凝土弹性计算结果的折减系数取值:材料塑性采用0.85系数,装配式影响采用0.5系数,徐变对应力松弛的影响采用0.5系数[2,3]。三项相乘可得折减系数为0.212 5。
3计算结构分析
运用SAP2000有限元分析软件对主厂房结构进行计算分析,本文在结构整体计算的基础上提取屋盖部分进行分析。可得出屋盖结构的整体变形、杆件的内力分布以及起控制作用的工况组合。
3.1 屋面板的整体变形情况
屋面板的变形能较好的反映屋盖整体受温度作用的影响情况,图1～图3分别表示了仅考虑屋盖温度作用、考虑屋盖温度作用及下部混凝土折减温度作用、考虑屋盖温度作用及下部混凝土未折减温度作用三种情况的屋面板变形云图。
可以看出:三种情况的屋面板变形趋势基本一致,在温升及温降工况下,屋面板的最大变形位置均发生在靠近山墙1跨～2跨的位置,最小变形位置均发生在屋面板中部靠近E轴的位置。不折减的混凝土温度作用改变了屋盖本身的温度作用的变形云图幅值,而折减后的混凝土温度作用对屋盖本身的温度作用的变形云图幅值影响较小,这与实际工程考虑混凝土刚度折减尤其是考虑下部混凝土结构对上部屋盖温度作用小的理念更为吻合。由于本模型采用轻型屋面板,屋面的恒、活荷载不大,其控制作用的荷载是风吸荷载。因此在荷载组合下,温升工况为不利工况,温降工况为有利工况。
3.2 上、下弦杆件内力分析
在屋架结构中,上弦、下弦杆是主要受力构件。本文分别选取温升工况下各榀屋架上弦、下弦的内力进行比较,如图4,图5所示。
由图4可以看出,温升工况下,屋架上弦最大拉力、压力均发生在1轴,12轴,其余轴屋架基本处于受拉状态,轴力范围为:-51.74 kN～105.17 kN,并且1轴,2轴,11轴,12轴的屋架上弦在1.5 m,6 m,36 m,40.5 m的位置发生了较大的轴力突变。由图5可以看出,温升工况下,屋架下弦基本处于受压状态,轴力范围为:-976.24 kN～47.93 kN,其中1轴,12轴的屋架下弦压力最大,并且1轴,2轴的屋架下弦在3 m,39 m的位置发生了较大的轴力突变。同时可以看出,靠近A轴的弦杆轴力比靠近E轴的弦杆轴力大,这与E轴下部的混凝土约束作用强于A轴有关。
3.3 腹杆内力分析
由于在实际设计中,内力最大的腹杆往往发生在靠近支座的位置,为了研究腹杆在整个屋架的内力分布情况,本文分别选取温升工况下各榀靠近A轴支座、E轴支座的腹杆内力进行比较,如图6所示。由图6可以看出,2轴,4轴,9轴,11轴屋架的支座腹杆轴力发生突变,边榀屋架(1轴,2轴,3轴,10轴,11轴,12轴)中靠近A轴与靠近E轴的支座腹杆轴力基本一致,中榀屋架(4轴～9轴)中靠近A轴与靠近E轴的支座腹杆轴力互为反号。在温升工况下,最大支座腹杆拉力发生在2轴,11轴,最大支座腹杆压力发生在1轴,12轴。
3.4 屋架支座端杆内力分析
屋架支座端杆是屋架与下部结构连接的重要构件,它既可以将屋架的荷载传递到下部结构,同时,下部结构也可以通过屋架支座端杆影响屋架。在工程设计中,屋架端杆往往是受力最大最复杂的构件,因此,应专门针对此构件进行研究。本工程屋架端杆与下部结构的连接方式采用铰接。本文选取E轴各横向轴线支座端杆的内力进行比较,如图7所示。
由图7可以看出,在温升工况下,1轴,12轴和2轴,11轴的支座端杆轴力分别承受最大压力和拉力;最大纵、横向剪力,最大纵、横向弯矩均发生在1轴,12轴,其余轴线支座的纵、横向剪力,纵、横向弯矩则按由两边向中间逐渐减小的规律变化。
4结语
经过以上对屋盖变形,屋架上、下弦杆内力,支座腹杆内力、屋架支座端杆内力的分析,可以得到如下的结论:1)温度变化对于大跨屋架结构的变形起显著作用,温度效应的作用不可忽视,在结构设计时,要充分考虑结构的温度效应,提高结构在正常使用情况下的可靠性要求。2)屋架在荷载组合下,温升工况为不利工况,温降工况为有利工况。3)各构件在温度作用下的最大内力均发生在靠近山墙处的1轴,2轴,11轴,12轴这四榀屋架上,因此在设计中应保证构件截面具有足够的安全储备;而对于其余榀屋架构件,考虑到其内力在温度工况下较小,可在截面设计中进行优化设计。
参考文献
[1]北京金土木软件技术有限公司.SAP2000中文版使用指南[M].第2版.北京:人民交通出版社,2012.
[2]王铁梦.工程裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
大跨度屋盖结构 篇8
关键词：钢结构,大跨度,屋盖,造价
我们对钢结构大跨度屋盖系统最常采用的主要受力形式一般分为:①梁;②平面桁架;③空间网架;④空间桁架;⑤张拉弦结构。
由于对造价非常敏感的一般为常规建筑, 对于超大跨度的建筑由于甲方可参考结构很少, 所以一般对造价并不太敏感, 我们把跨度范围锁定在18 m～36 m范围内。虽然按照力学原则梁系结构受力性能不如平面桁架, 平面桁架受力性能不如空间桁架, 空间桁架不如带预应力的张拉弦结构, 但由于加工水平不同, 对结构本身的研究深度不同, 所采用的计算假定不同, 用钢量却反了过来。加工的复杂程度、施工的复杂程度, 要求精度是从梁系结构到张拉弦结构越来越难。
综合以上因素, 门式刚架项目及施工企业遍地开花, 几乎把屋架类的平面桁架, 挤出了历史的舞台, 而网架、空间桁架等, 退居跨度非常大, 屋面刚度或外观有特别要求的公共建筑方面。
1 分析比较
下面我们用大量的例子做数据分析比较, 讨论一下各种类别结构在含钢量, 加工难度上的优缺点。 (由于空桁、张拉弦加工, 施工难度很大, 工程经验不丰富, 暂不在本次考虑之内) 为了便于比较, 外部荷载采用统一的标准, 按一种最常见荷载情况, 风荷载采用0.45 kN/m2, 雪荷载采用0.45 kN/m2, 未注明柱距采用7.5 m屋架类平面桁架。
(1) 含钢量 (第一排为跨度, 第二排为含钢量单位kg/m2 , 第三排为考虑支撑后的含钢量) 柱距7.5 m。
根据双跨, 24×180×7.5 (m) 厂房计算支撑系统, 含钢量7.2 kg/m2。支撑系统跟柱距, 跨度关系不太大。上表统一按7.2 kg/m2考虑, 可见由于平面桁架力学模型占优, 单从主构上含钢量是相当占优势的。但由于计算假定, 计算理论的落后, 严重影响了整体的含钢量, 经计算发现支撑系统, 所占的含钢量非常大, 综合在一起一下就超过了门式刚架的含钢量。现在比较一下主构, 相同条件下应力比0.9 (各部分基本都达到这个应力比, 经过优化) 的门式刚架27×7.5含钢量11.5 kg/m2, 且采用的是Q345钢。即使采用混凝土柱+钢梁 (虽应用较多理论不太成熟) 也要10.8 kg/m2 (虽然少了钢柱, 但由于柱端较难制成固端, 往往采用简支, 受力性能不好, 含钢量并没有减小太多, 却造成安装的困难) 。屋架有百分之十左右的优势。但门刚的支撑系统所占含钢量只有1 kg/m2左右。这主要是因为门刚的计算假定认为屋面的檩条和隅撑即可充当平面外支点, 而屋架必须采用上下弦单独的刚性系杆, 对于屋面支撑系统, 门刚通过张紧的圆钢, 而屋架采用的是考虑受压的角钢, 如果同样采用压型钢板及冷弯檩条, 在没有大型荷载的情况下, 屋架采用如此强的支撑系统是过于保守的。所以可以说目前常规做法及相关理论的滞后, 造成屋架比门刚费钢的假象。目前屋架有一定新的发展, 例如不采用角钢, 省略节点板采用相贯焊接的薄壁钢管相贯焊接屋架。通过分析比较发现在普通角钢屋架中节点板的比重占到了百分之十左右, 如果采用这种形式的屋架将比门式刚架含钢量有百分之二十的优势。另外将支撑系统借鉴门刚系统, 采用张紧的圆钢, 只增加下弦支撑, 这样就避免了受力结构形式优却费钢的尴尬。
2 加工, 安装及后期维护
这三个问题是屋架比较大的弱点, 也是空间桁架和张拉弦结构的一个大的弱点。屋架由于跨度大, 不能整榀运输, 往往采用现场焊接拼装, 由于焊缝繁多, 双角钢除锈存在大量死角, 没有简单可靠的拼接节点, 这样加工量大, 施工周期长, 除锈麻烦, 这就使得普通屋架, 具有较大的劣式。但是如果采用冷弯钢管屋架时, 除了需要相贯切割, 焊接机以外 (价格较高一般企业不具备购买能力) , 其他的劣势就不难么突出了, 此种屋架也可以采用法兰式全栓接拼接节点, 除锈面积小。只是视觉上略显笨重。
综合考虑在没有外形特殊要求情况下, 当屋盖的荷载较大, 刚度有较严格要求时, 普通屋架类平面桁架是具有一定优势的, 若换成新型屋架, 各方面优势更强一些。
3 平面网架
(1) 含钢量 (第一排为跨度, 第二排为含钢量单位kg/m2) 。
可以看出采用网架在含钢量上并没有优势, 这个现象非常奇怪, 本身网架结构体系是个非常合理的计算模型, 并且采用满应力设计, 含钢量却非常高, 仔细分析细节我们会发现有四个重要的原因。
第一, 网架有一个最小截面的要求, 主要考虑的是初挠曲的因素。
第二, 网架由于加工量的考虑, 杆件的种类不超过五种, 考虑这样两个因素, 即使采用满应力设计之后, 仍有大量低应力杆件。
第三个, 也是最重要的, 为了安装方便, 采用了螺栓球这种特殊的节点, 球体大小对受力并不贡献 (大小只与杆件安装距离有关) 但却占到整体含钢量的10%～30%, 这个无贡献的部分比重很大。不过由于檩条跨度小, 往往比门刚的檩条含钢量低1 kg/m2～2 kg/m2。
第四点, 由于普通厂房一般为狭长体形, 网架往往单向支撑, 且柱本身的抗侧刚度比较弱, 这样网架的受力模型往往趋近于支座可有限移动的单向受力体系, 由于这个特点网架的空间受力特点往往发挥不出来造成含钢量提高。
上面的表格中网架的含钢量指得是一般厂房采用的网架, 实际上如果是公共建筑网格的尺寸往往是矩形或方形, 且由于支撑网架的柱子通过框架梁和其他柱子联合产生的抗侧刚度很大, 这时网架的含钢量是相当低的。
例如:一个27 m×27 m的正放四角锥网架, 荷载同默认荷载, 支座约束为, x, y, z三个方向都约束的标准铰支座, 这时网架的含钢量为12.1 kg/m2。若采用抽空四角锥的话, 含钢量可达到11.16 kg/m2。综合檩条, 比高应力比的门钢含钢量还低10%.并且采用的Q235钢, 材料还会便宜一些。综合安全度, 屋盖刚度都远大于各部分都接近极限的门式刚架。
综合考虑当屋面有大的荷载, 有要求灵活布置的吊车时, 或者跨度大于40 m时, 网架都显示了很大的优势。
4 制作安装
制作安装上, 网架非常消耗人工, 螺栓球的制作需要特别的削切工具, 加工精度要求很高, 小厂较难完成。焊接球现场焊接量非常大, 检测困难, 质量难以保证, 整个的施工工期是门钢的几倍, 加工量大, 设备要求高, 安装要采用满堂架或大型起重设备, 这样一来常规厂房采用网架系统并不占优势。但网架形状随意, 外形美观, 刚度大, 安全度高, 运输非常方便, 在40 m以上跨度, 采用抽空四角锥, 含钢量还是具备一定优势的。目前有种新类型的网架, 上, 下弦采用冷弯槽钢, 取消上弦节点, 下弦节点采用节点盒。屋面板直接固定到上弦槽钢上, 省去檩条。工厂内直接加工好一个个锥体。这样含钢量比一般网架降低20%, 安装量也大大降低。加工的难度也大大降低, 是种值得关注的新形式。由于实际工程较少, 在特别重要的工程还是应当慎用的。
由于上面两种结构都属于桁架类, 杆件都是只考虑轴力, 依靠程序设计, 人为优化的程度很小, 只有桁架的高度, 网架的厚度和网格大小是我们需要考虑的, 其他均为程序自行考虑。所以此两类结构结构选型的意义大于构件优化的意义。
5 门式刚架
(1) 含钢量 (第一排为跨度, 第二排为柱距, 第三排为含钢量单位kg/m2, 第四派为有两台5吨吊车时主构, 不包括吊车系统的含钢量) 。
材质为q345, 有吊车时柱脚固接
上面数据表明门式刚架在计算理论上非常深入先进, 虽然基本的受力模式没有优势可言, 但整体含钢量却能把其他结构比下去一大截, 加之其构造非常大胆简洁, 使其在支撑系统上的含钢量也几乎可以忽略, 在另一方面, 理论的深入致使结构在计算模型上安全余量很低 (如果抛开蒙皮效应) , 加上加工设备门槛低, 只要采用简单的组立机, 自动焊机就能形成一个加工厂, 每年由风雪等自然因素产生的倒塌破坏非常之多。抛开上述问题, 它的含钢量确实非常低, 工期短, 地基易处理, 对于厂房来说是个非常有优势的体系以下看一个比较 (第一排为跨度, 柱距7.5, 第二排为含钢量单位kg/m2) 。
这是国标标准图上的含钢量, 采用Q235。
6 小结
以上总结了目前钢结构大跨度结构常见的三种形式用钢量的情况, 影响原因, 以供结构设计人员参考。
参考文献
[1]陈绍藩.钢结构设计与原理[M].第三版.
[2]轻型房屋钢结构应用技术手册[M].北京:中国建筑工业出版社.
[3]轻型钢结构设计指南 (实例与图集) [M].北京:中国建筑工业出版社.
[4]轻型钢结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社.
大跨度屋盖结构 篇9
该体育馆位于广东省某市,网架结构形式为马鞍形,下弦支承于主体结构柱上,柱顶标高最高为25.14m,钢网架跨度为61.82m×75.4m,四周悬挑,最大的悬挑尺寸为12.4m。网架为螺栓球连接,屋盖檩条采用镀锌钢檩条,屋面板材料为75mm厚1040型夹心复合板。
该市体育馆遭受强台风“黑格比”正面袭击造成屋盖严重损坏。据统计,西北面屋面板被风吹跑了约1 000m2,南面屋面板被吹跑了约200 m2;同时,被风吹落的屋面板及连接件在散落过程中,砸到下游屋面板和下部的玻璃幕墙上,进一步造成了屋面板损坏及玻璃破损等次生灾害。主要损坏情况见图1。
2 工程事故的分析
造成本次风灾事故的原因是多方面的,本文主要从施工措施及施工规范等方面进行分析。
通过对现场的调查发现,本工程围护结构的破坏,首先从大挑檐及网架边缘等屋盖薄弱部位开始,并导致了整个(部分)围护结构的破坏。下面具体分析本次风灾中出现的几处典型破坏。
2.1 屋盖四周边缘区域破坏
在风灾现场,我们发现屋面夹芯板已经被风吹跑,抗风钉除个别被拔断外,大多数抗风钉(见图2)仍留在檩条上。这说明破坏不是因抗风钉的强度不够导致的,是因施工中采用的抗风钉垫片偏小,导致屋面板在强风高吸力作用下发生冲切破坏而被拉出。
在大挑檐及网架边缘等屋盖薄弱部位,当风压超过设计基本风压时,随着板与檩条连结的抗风螺钉超负荷工作,风荷载在屋面板抗风钉(螺钉)的钢板垫片处集中;当螺帽下未加设钢板垫片或钢板垫片过小,在风力的反复作用下,孔洞就会不断扩大,从而导致屋面板产生疲劳破坏或撕裂。
因此,在结构设计及施工中,应对大挑檐及网架边缘等屋盖薄弱部位加强抗风构造。如,增加抗风钉数量,使用足够的台风垫圈等措施,可有效提高屋面板的抗风效果。
2.2 屋面板的搭接问题
图3为本次风灾屋面板纵向搭接典型的破坏形态。从照片中可以看出,屋面板在纵向搭接处仅采用相互翻边搭接而未做拉铆处理,相邻两块板之间未形成有效的整体作用,且未对该部位进行密封处理。因而,当风向沿板纵向吹时,由于靠近上游檐口的屋面本来就受到很高吸力作用,而屋盖纵向搭接处台阶诱发气流再次分离使该区域负压进一步加大,从而导致上层夹芯屋面板在高吸力及灌入风产生的正压共同作用下会被掀开撕裂。
图4为屋面板横向连接处相邻屋面板从扣板中脱开的情况。从图中可以看出虽然夹芯板面板与扣板之间采用了咬边处理,但由于屋面板咬边处刚度不够、即使加胶黏结后,仍在超强台风下发生屋面板从咬边处脱开从而被掀起的现象。
采用穿透式螺钉(抗风钉)屋面常用的连接形式有搭接连接和扣接连接。搭接连接一般用于单层彩钢板间连接,扣接连接一般用于复合板间连接。扣接连接一般在接缝处设置扣板,扣板与金属屋面板之间通过自攻螺丝(抗风钉)、拉铆钉等连接件加以连接,并进行防水处理。
本工程处于台风多发地区,且不能明确并固定风的主方向。因此,建议类似工程在横向及纵向连接均以采用标准扣接连接为宜,并加强连接件与金属屋面板连接,并做好防水处理。
2.3 装饰构件连接问题
图5为屋盖挑檐吊顶在台风中整体吹落的情况。导致吊顶整体脱落的原因是:当上表面被风掀开吹跑以后,吊顶上表面也暴露在风场中而受到负压作用,加上下表面正压的作用,风荷载显著增大,网架各构件的影响加大了风场的复杂程度,吊杆受到复杂的弯剪扭作用从而导致连接强度不足。屋面板卷起后落到下面,又对天花板产生冲击,也是吊顶脱落的原因之一。
2.4 关于屋盖工程施工规范方面的问题
目前,我国《屋盖工程技术规范》(GB50207-94)中还没有对屋盖抗风构造做出规定。因此,在膜结构屋盖和防水保温复合夹芯板屋盖体系等对风敏感的屋盖体系施工工程中,施工单位只能参照已建工程和自身经验进行抗风构造处理,故也造成屋盖工程质量的参差不齐及监管困难。
3 施工构造措施探讨
1)相关技术规程应更完善,并对屋盖抗风构造做出相关规定,以便能正确指导施工及相关监督。
2)由于屋面的迎风前缘形成小范围的分离泡区域,分离泡中的湍流运动剧烈,局部吸力很大,同时屋盖边缘存在柱涡和锥涡,在风灾中大量破坏的屋面结构说明旋涡在屋盖的迎风边缘具有强大的能量;悬挑屋盖因为上、下表面均受风荷载作用,屋盖下表面受正正压力作用,而上表面受分离泡升力作用,产生很大的净升力;各项实验及工程实践都证明大挑檐及屋架边缘是屋盖结构的薄弱部位。在设计与施工中,应对围护结构的薄弱部位从严进行强化设计,加强抗风措施。如增加抗风钉数量,并使用足够的台风垫圈等措施,避免由于薄弱部位首先破坏后引起的连锁破坏。
3)由于靠近上游檐口的屋面本来就受到很高吸力作用,而屋面板如采用搭接方式,则撒拉处台阶易诱发气流再次分离使该区域负压进一步加大。因此屋面板的连接应尽量采用可靠的连接方式。在顺风方向应采用扣接连接,在逆风方向可采用搭接连接;如不能判断风袭方向,则应对各搭接方向均应采用可靠的扣接连接。
4)檩条体系应能保证足够的刚度,避免由于檩条体系的刚度过小,引起变形过大,从而引起屋面板的变形,进而产生附加应力。同时屋面板与檩条体系的连接应采取可靠措施,如采用相应的台风配件(如台风垫圈等)。
5)各附属结构的施工应确保质量及安全,避免由于附属结构的破坏引起的次伤害。
4 结语
建筑物屋盖系统是建筑物最容易受到强风破坏的部位。据国内外统计,在历次强风作用下屋盖体系破坏约占建筑物风灾损失的50%以上。特别是近年来新颖别致的大跨度屋盖结构广泛应用于候机厅、体育馆、会展中心、文化广场等大型重要公共建筑中,这些屋盖结构集合了新材料、新技术的应用,具有自重轻、柔度大、阻尼小等特点,但对风作用却十分敏感,常常发生被强风破坏的情况。因此,加强屋盖风致破坏机制的研究,认真总结分析风灾发生的原因,找出合理的抗风措施,在设计和施工中加强屋盖薄弱部位的抗风处理,提高围护系统的抗风能力和防渗能力,对于未来防范和减轻台风灾害是非常必要的。
摘要：在遭受强台风“黑格比”正面袭击后,某市体育馆的屋面围护结构造成了严重的损坏。文中结合一般大跨度屋盖结构风灾破坏的特点,对此风灾的几处典型破坏进行了分析,并对大跨度屋盖结构的实用抗风施工构造措施提出了自己的看法。
关键词：大跨度屋盖结构,围护结构,施工构造措施
参考文献
[1]黄本才,等.结构抗风分析原理及应用[M].上海:同济大学出版社,2008.
[2]靳百川.轻型房屋钢结构构造图集[K]北京:中国建筑工业出版社,2002.