大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架設(shè)計要點分析

張媛媛 辛?xí)赠i

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

關(guān)鍵詞：大跨度;鋼結(jié)構(gòu);空間管桁架;設(shè)計要點

中圖分類號：TU393? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

近年來，世界各國在積極加強現(xiàn)代化建設(shè)的過程中，建筑工程領(lǐng)域高速發(fā)展，各種先進的設(shè)計以及施工技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。針對建筑屋蓋體系來講，設(shè)計以及施工也得到了創(chuàng)新，為大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。然而，該環(huán)節(jié)施工呈現(xiàn)出較強的系統(tǒng)性和復(fù)雜性，要想從根本上提升該環(huán)節(jié)施工質(zhì)量，加強大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架設(shè)計研究具有重要意義。

1 空間管桁架結(jié)構(gòu)

現(xiàn)階段，我國民用建筑、工業(yè)建筑等各種大型建筑工程施工中，對空間管桁架結(jié)構(gòu)的應(yīng)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(dǎo)致管桁架形成差異化受力特征，根據(jù)這一特點通?？梢詫⒐荑旖Y(jié)構(gòu)分為空間和平面2種形式。平面管桁結(jié)構(gòu)即腹桿和上、下弦等都位于同一平面上，但是，這種結(jié)構(gòu)形式平面外剛度較弱，易造成平面外失穩(wěn)。當(dāng)腹桿與上、下弦位于三角形截面上形成空間結(jié)構(gòu)時，能加大結(jié)構(gòu)適用跨度并形成較好的空間穩(wěn)定性，同時還能夠構(gòu)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(jié)構(gòu)可以采用空間三角形管桁架，這種形式呈現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，所使用的支撐構(gòu)件數(shù)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(yīng)對C—C型桁架進行應(yīng)用;在采用正方面連接件截面時，應(yīng)對R—R型桁架進行應(yīng)用;在采用長方形連接件截面時，應(yīng)對R—C型桁架進行應(yīng)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(xiàn)出較高的應(yīng)用優(yōu)勢，要想降低施工成本，在實際進行曲線型管桁結(jié)構(gòu)設(shè)計時，可以采用直桿形式的桿件，將曲線替換成近似折線。

應(yīng)用鋼管桁架結(jié)構(gòu)展開設(shè)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(yīng)用鋼管桁架結(jié)構(gòu)過程中所使用的材料更加合理，符合現(xiàn)代建筑工程建設(shè)需求，與先進的設(shè)計理念相符。

2 大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架設(shè)計的要點

隨著大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架的廣泛應(yīng)用，要求設(shè)計人員全面掌握設(shè)計要點，才能夠?qū)⒋罂缍蠕摻Y(jié)構(gòu)空間管桁架的優(yōu)勢全面發(fā)揮出來，以下從主管不等壁厚對接設(shè)計、K型搭接節(jié)點處設(shè)計、空間管桁架施工設(shè)計、相貫口補塊設(shè)計等角度出發(fā)展開了探討。

2.1 主管不等壁厚對接設(shè)計

主管對接口處在大跨度變截面中，經(jīng)常會產(chǎn)生不等壁厚對接現(xiàn)象，針對這一問題，設(shè)計人員在實際工作中，通常會要求生產(chǎn)廠家嚴(yán)格進行全部主管對接口的打內(nèi)坡口處理，同時為了滿足充當(dāng)襯墊的要求，還需要對折板進行應(yīng)用。然而，多數(shù)內(nèi)坡口構(gòu)件在實際施工中的應(yīng)用，都呈現(xiàn)出施工難度大、耗時長的特點。此外，同發(fā)達國家相比，我國的無縫管制造技術(shù)還存在一定滯后性，因此可以對卷管制作法進行充分應(yīng)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(jù)建筑工程施工相關(guān)規(guī)定，嚴(yán)禁產(chǎn)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(gòu)件焊接中，當(dāng)二者擁有不同的厚度與寬度時，當(dāng)焊件一側(cè)擁有超過4 mm以上的厚度時，則應(yīng)從厚度與寬度2個角度出發(fā)，沿著一側(cè)或兩側(cè)制成斜角，1︰1.25為該斜角最大坡度控制參數(shù)。

2.2 K型搭接節(jié)點處設(shè)計

從節(jié)點構(gòu)造上來看，搭接節(jié)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(jié)構(gòu)不同的節(jié)點在設(shè)計時，必須對搭接的方法進行科學(xué)選擇和控制，避免內(nèi)隱藏焊縫數(shù)量的增加。一般而言，在設(shè)計中應(yīng)嚴(yán)格控制主管與腹桿的直徑比，二者的取值范圍應(yīng)控制在不小于0.2和不大于1的范圍內(nèi)，而搭接量在腹桿之間應(yīng)控制在不小于25%的范圍內(nèi)。在選擇節(jié)點的過程中，應(yīng)注重采取有效措施將搭接節(jié)點替換成間隙節(jié)點，這是因為同部分搭接節(jié)點相比，間隙節(jié)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(yīng)用于部分搭接節(jié)點的隱藏部位，而當(dāng)擁有大于1.5的主管與腹桿不平衡系數(shù)時，才能夠?qū)⒑附討?yīng)用于部分搭接節(jié)點上。選擇搭接節(jié)點時，應(yīng)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(jié)點來講，當(dāng)主管垂直方向的內(nèi)力小于腹管內(nèi)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(jié)點構(gòu)件來講，圓管外層直徑同構(gòu)件壁的厚度之間的比值不能大于100。通常情況下，應(yīng)嚴(yán)格控制K型節(jié)點構(gòu)件搭接率，這一數(shù)值應(yīng)不小于25%且不大于100%。當(dāng)設(shè)計施工中產(chǎn)生厚度不同的腹桿時，在實際展開焊接施工的過程中，應(yīng)將薄壁管搭在厚壁管上方。

由此可見，在實際設(shè)計空間管桁架時，應(yīng)對桿件節(jié)點承受力以及桿件進行集中考慮，高度重視節(jié)點的構(gòu)造，在設(shè)計節(jié)點構(gòu)造的過程中，整體考慮各個桿件，為其他設(shè)計環(huán)節(jié)奠定良好基礎(chǔ)。

2.3 空間管桁架施工設(shè)計

在實際展開空間管桁架施工的過程中，應(yīng)遵循的主要程序為“先點焊，后全焊”，當(dāng)搭接節(jié)點存在于桁架施工當(dāng)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(yīng)充分確認(rèn)各個構(gòu)件安裝先后順序，避免顛倒構(gòu)件安裝順序?qū)е陆ㄖこ淌┕ひ约昂笃谑褂眠^程中存在嚴(yán)重的安全隱患。

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

2.4 相貫口補塊設(shè)計

建筑工程整個設(shè)計施工過程中，存在系統(tǒng)性和復(fù)雜性較強的特點，在實際展開施工的過程中，影響工程質(zhì)量的因素也相對較多，人為失誤和設(shè)備誤差等都將對整個工程設(shè)計以及施工造成嚴(yán)重誤差，這些因素的存在都將導(dǎo)致過大的縫隙產(chǎn)生于相貫口縫隙當(dāng)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(xiàn)象發(fā)生的概率。

第一，當(dāng)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(yīng)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(jié)構(gòu)，實際展開切割的過程中應(yīng)呈現(xiàn)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(dāng)擁有過大支管相貫口間隙時，應(yīng)實施支管相貫口的局部構(gòu)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(jié)語

綜上所述，近年來，在我國現(xiàn)代化建筑工程建設(shè)的高速發(fā)展的過程中，大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架的應(yīng)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(guān)設(shè)計人員應(yīng)對大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架設(shè)計的重要性產(chǎn)生深刻認(rèn)知，并從主管不等壁厚對接設(shè)計、K型搭接節(jié)點處設(shè)計、空間管桁架施工設(shè)計、相貫口補塊設(shè)計等角度出發(fā)，深入研究，為從根本上提升大跨度鋼結(jié)構(gòu)空間管桁架應(yīng)用價值奠定理論基礎(chǔ)。

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