某大跨度钢结构设计方案比选及体系优化探讨

某大跨度钢结构设计方案比选及体系优化探讨

张民君

（广东鸿宇建筑与工程设计顾问有限公司，广东 东莞 523000）

摘 要：伴随科技的发展，钢结构技术的完善与发展，大跨度钢结构已经被广泛的应用在大型场馆与工业厂房等方面，这不仅节省了施工所使用的材料，还为施工提供了一定的方便，因此，广大施工单位将该施工方式应用到了施工设计中。文章主要对某大跨度钢结构设计的几种方案进行比选，对管桁架结构的优点与在该工程施工中的适应性展开了分析。同时，应用相应的计算机软件对管桁架的梁柱与柱脚连接方式进行对比分析，并展开计算优化等，旨在为未来同类设计提供有效的资料参考，确保其设计更加合理有效。

关键词：设计方案；大跨度钢结构；体系优化

中图分类号：TU391 文献标志码：A 文章编号：1006-6012（2019）06-0082-02

如今，在国民经济与科技水平不断

提升的背景之下，我国钢结构建筑种类越来越多，尤其在大跨度钢结构建设方面的种类与形式更是层出不穷。目前，该形式的设计已经被广泛应用在某些大型场所内，如体育馆、会展场所以及各类工业厂房等。当前，国内外在大跨度钢结构建设方面，其跨度不断增加，外形也越发新颖，同时内部结构也逐渐复杂化，因此在设计中，设计人员需要合理设计方案，并进行比选，确保能够选择出具有高安全性与经济性的设计方案。1 工程概述

在本工程中，其结构跨度是66米，连续4跨，平面柱网大小是（66×45）米，每个柱子之间的距离是9米。屋面的投影尺寸大小是（264×65）米，最大的建筑高度是23米。该结构设计的四面是敞开的，仅仅有屋盖，并且侧面没有设置任何的维护结构。全钢大跨空间结构是该工程结构的重要特点，这种结构的设计具备一定的优点，如自身重量比较轻，柔性也比较强，具有较低的自振频率，在风荷载方面有较高的敏感度，施工成本低等。2 大跨度钢结构设计方案比选

建筑行业的发展，推动了我国社会的进步，因此，我国在发展中应该给予建筑行业发展高度重视。大跨度钢结构设计符合我国建筑设计的标准要求，设计方案的正确选择，能够为建筑单位节省施工材料，减少成本的投入。对于施工单位而言，工作人员需要给予设计方案的制定高度重视。

从该工程结构特点显示状况看，在实际设计中，需要与实地的调研与资料查阅等方面相结合[1]。本文工程在设计期间初步选定了三种结构形式设计方案，包括网架、索桁以及钢管桁架。为了能够确保该工程的设计结构最优，需要与建筑方案结合，首先应该建立计算机模型，之后相关工作人员需要与结构方案意向设计结合，确保设计的合理性与美观性。而本工程设计中一共有12个设计方案，对这12个方案进行结构总结分析，共可分为网架、索桁以及钢管桁架三种结构形式。该工程结构方案比选结果如下。

一方面尽管网架造价最低，但是杆

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件繁多并且较为凌乱[2]，具有很多的节点，同时在应用后也会存在着不流畅的问题。这种形式属于较为传统的体系，与其他三种结构形式相比，其表现力较低。另一方面，虽然索桁的结构形式具有足够的独立性与新颖性，但是它的结构最高点高度会与规划所要求的高度不符，一般都会高于其规定高度。目前我国并没有应用这种结构形式进行建造的案例，而此类结构对于连跨结构而言，其中间梁柱交点处理起来难度比较大，并且处理工作复杂，预应力无法被有效的施加在其中，给施工单位增加了财力压力。可钢管桁架却与这三种结构形式相反，该结构形式造价比较低，并且它的形式比较美观，同时其节点形式较为流畅，并且设计方便简单，具有良好的几何特性，抗压性能和抗扭曲性能较强；施工较为方便简单，还能够节省大量的施工材料。这种结构形式打破了传统的连接构造方式，用焊接的方式将各种杆件连接在一起，另外，这种结构形式方便工作人员实施防锈工作，同时也有力清洁维护工作的实施，钢管在接触地面方面的面积较小，方便防护工作的实施。由于钢管桁架结构形式有诸多优点的存在，因此如今钢管桁架结构形式已经被国内外广泛应用，被一些大跨度标志性建筑中起着重要的作用。3 大跨度钢结构体系优化

该工程在确定建筑造型和结构形式以后，需要将建筑基本结构体系框架确定下来，关键是将将梁柱的节点与柱脚节点连接方式确定下来。同时，将梁柱节点与柱脚节点的连接方式作为重要依据，设计时对三种结构体系进行了研究，现设计方案如下。

方案一主要是采用梁柱刚接、柱脚铰接的方式；方案二采用的是柱脚固结的方式；方案三主要是梁柱刚接加柱脚固接的方式。

在这三种设计方案中，各自存在着自己的特点与形式。方案二中采用梁柱铰接的方式，不利于在跨梁中挠度，导致在整个结构中有很多杆件设计控制中，以挠度为主，而非以强度为主进行控制，为此这种方式需要使用大量的钢，同时在固接柱脚的时候会出现很大程度的弯

矩，这将在一定程度上提升建筑设计施工的基础费用，增加财力上的压力。方案三中所使用的梁柱与柱脚刚接的方式，形成了一定的刚接框架，这对控制两跨之间的挠度提供了便利，同时该框架结构的效能一般都比较高，杆件也有很高的利用率，因此在施工中具有很低的用钢量，并具有大的结构刚度，同时整体的稳定性也好于方案二。但是该方案也有弊端存在，如柱脚会出现较大程度的弯矩，极大程度上增加了设计的复杂性，不仅提升了设计的造价，还增加了设计的困难性，施工中也极易出现施工工期被延长的问题。

而方案一则集中了方案二与方案三的优点，采用的是梁柱刚接与柱脚铰接的方式[3]。一方面，该设计方案的上部结构一般是梁柱刚接形式所连续形成的两铰拱，具有较大的结构刚度，稳定性也优于方案二与方案三，具有高可靠性；另一方面，柱脚铰接在理论上，柱脚发生弯矩的几率几乎是零，那么在基础设计中其基础设计体量会大大减少，基础造价也会随之降低，施工工期也会缩减，为按时完成建筑施工提供了相应的保障。除此之外，结构刚度的提升在一定程度上降低了风振系数。在本文研究工程中，四面处于开敞状态，侧向风的荷载也比较小，这样一来，柱顶的位移就会很小，因此采用柱脚铰接的方式是可行的。

在大跨度钢结构设计中，柱距的选取关系着整个结构体系的质量[4]，同时也与整个结构体系是否能够经济的、安全的运行有着极为重要的关联。因此，在此方案设计中，相关设计人员对9米与12米两种柱距进行了比较，并且也展开了计算，其目的在于保证柱距选择的合理性。在实际设计中合理的增加柱距，能够节省用钢量，节省材料的使用，减少施工单位的成本投入，但是会给次结构带来影响，增加檀条的跨度，结构的用钢量也会随之增加。可实际上，在各个单位用钢量方面依旧有一些差别存在，因此应用9米柱距设计更加安全可靠。4 结束语

本文主要以某一大跨度钢结构设计方案为例，对该工程的概况、大跨度钢结构设计方案比选以及（下转第120页）

【建材装饰】

布置，并充分考虑安装方案的可行性，从而保障机电设备安装时能够尽量避免对其他系统产生影响。

3.6 应用建筑信息模型技术

建筑信息模型技术能够充分优化设备的安装工艺，保障机电设备安装质量。建筑信息模型技术基于三维数字设计方案，对高层建筑进行动态模拟，为施工单位提供更加完善的设备安装方式，并且能够加强质量管控。建筑信息模型技术主要包括对高层建筑物结构进行检查，使得进入单位的技术人员能够依据项目的设计图纸，对建筑物结构进行全面的分析。同时，建筑信息模型技术搭载了三维模型，能够充分模拟出建筑物的具体规格和尺寸，保障设备安装的精准程度，并降低设备的安装成本。因此，建筑单位在进行设备安装过程中，应当利用建筑模型技术对设备进行仿真模拟，从而根据仿真出来的结果，完善设备的安装参数，保证安装行为的规范性和高效性。

建筑施工单位应当利用建筑模型技术对各方面参数进行反复核对，要充分

住宅与房地产

提高设备安装的科学性，一旦出现质量问题，可以利用该技术进行故障排查，及时有效地找到故障发生的位置，缩短维修的周期。另外，在建筑施工管理的过程中，利用该技术可以对建筑物进行参数的调整。建筑模型技术能够提供更加完善的人机交互界面，使得建筑施工单位能够充分协调各部门之间的工作，保障设备安装工作能够依据计划顺利进行。4 结束语

在当前时代下，社会不断发展，居民生活水平不断提高，越来越多的人开始注重生活品质。基于当前的市场环境，项目施工单位应当不断完善超高层建筑机电设备的安装技术，施工单位需要对以往存在的安装问题进行全面分析。在进行设备的安装过程中，项目的施工单位要提高技术人员的职业素质，通过引入职业技能培训，保障设备安装的规范性。另外，需要制定科学完善的安装方案，尽量缩短设备安装周期，并且要做好相应的防护措施，降低设备运行时产

2019年6月

生的噪音，减少给居民生活带来的影响。并且，建筑施工单位需要利用机电综合管线深化技术和建筑信息模型技术来完善当前的设备安装工作，不断优化按照工艺，提升设备安装的精准程度，从而保障机电设备安装的质量，为人们的正常生活提供更加完善的保障。参考文献：

[1]张希黔.处于世界先进水平的我国超高层建筑施工技术[J].施工技术,2018,47(6):5-12+52.

[2]唐峻峰,汪洁.BIM技术在成都环球贸易广场超高层建筑施工中的应用[J].施工技术,2017, 46(11):151-153.

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[4]马立.超高层管井内空调水立管安装技术[J].工程技术研究,2016(8):51-52.

[5]牛东旭.分析超高层建筑机电设备的安装新技术[J].住宅与房地产,2016(15):135.

（上接第82页）大跨度钢结构体系优化展开分析，通过分析明确了在大跨度钢结构设计中，主要包括网架、索桁以及钢管桁架结构形式，这四种形式各自有各自的特点，但是也有缺点存在。在四种结构形式中，钢管桁架是应用最广泛的一种形式，施工简单，维护方便，节省施工材料，可做到环保施工，从而为推动我国社会进一步发展奠定坚实的基础。

参考文献：

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[5]徐军.超大跨距钢结构散货堆场罩棚安装方案比选[J].中国港湾建设,2015(4):17-20.作者简介：张民君（1986—），男，安徽安庆人，本科，工程师，研究方向：建筑结构。

（上接第109页）信号传递工作进行控制，还可以通过气孔张开闭合来控制整个蒸腾作用，能调控植物的各项生理运行，从而达到调节植物生长的目的。调节植物生长发育能更好地改善园林工程施工环境所不能满足的部分生长条件问题，为园林绿化植物的成活率提供良好的解决方式，增强植物的观赏性。2.2 合成材料的应用

随着我国社会经济和科学技术的不断发展，在一定程度上推动了合成材料在园林绿化工程中的发展，其中三维垫网和透水管应用尤为突出。三维垫网作为合成材料中的组成部分，其主要适用于园林绿化工程项目中植草固土的环节。在三维垫网进行铺设施工完成之后，需要利用砂石等材料对整个垫网进行相应的填充工作，提高土壤应用的稳定性，保证植被可以正常生长。在植草的前期阶段，由于其气温变化或是大雨等天气发生时，植被很容易被侵蚀，直接影响植被的成活率，该材料的应用能很好地避免因为恶劣天气对整个园林植被造成的不良冲击，从而提升整个园林建设质量。该技术方式较为简单，提高了边坡的稳定性。透水管也是园林绿化工程施

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工应用较广泛的材料之一，其特点就是透水性较强，例如在土壤水分较多时，透水管能通过自身的纤维，将多余的水分进行吸收，使其能够通过管道排除，从而解决整个园林工程项目排水的问题。2.3 草坪增绿剂的应用

在园林绿化工程建设中草地占有的比例比较大，草坪美观度直接影响着园林绿化质量。草地生长条件较低，其在整个园林绿化中，需要其能够依照设计方案中绿草进行种植。但是草坪常会因为水分问题达不到美观效果。因此，需要借助草坪增绿剂来改善该问题，对草坪的移植或是新草坪的铺设工作，增绿剂能很快满足其想要的美观效果，该材料属于天然环保材质，对人们的生命健康不会造成危害；能改善各个季节对草坪的影响，使人们四季都能观赏到绿地的生机。

2.4 架空砖的应用

架空砖是我国现代化园林绿化工程建设过程中主要的施工材料。其具有良好的渗水性能，将架空砖运用到整个园林道路路面施工中，能发挥其自身的优势，其优势就是在路面基础土层和架空砖两者之间网状结构部位有着合理缝隙，

利于雨水和空气流通。在土质渗水帮助下，还可以利用雨水依托架空砖更好地渗透，避免土壤中因为蓄水造成不良影响，从而保证园林绿化工程施工质量的同时，还能提高城市园林吸水渗透的运行能力。3 结束语

在当前城市化进程中，我国城市园林建设不断得到创新与发展。现阶段园林项目建设施工中新型技术与新材料的合理应用，不但能够提高整个城市绿色环保建设，还能在一定程度上提升人们日常生活质量水平。其最为重要的就是推动了我国整个园林绿化工程行业的发展，提升了人与大自然的和谐共处，以及生态平衡的进步与发展。参考文献：

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