大跨度建设下的钢结构设计研究

摘要：我们国家的现代化建设在飞快的发展，大跨度结构形式的应用非常广泛。但同时大跨度结构形式对于受力状态和施工质量有着较高的要求，需要在结构设计和选型过程中保证美观的同时，必须兼顾结构的强度和稳定性，因此，本文对大跨庋建筑结构形式的设计进行深入研究，试图为之提供行之有效的可行性建议。

关键词：大跨度；建筑结构；施工；设计

中图分类号：S611 文献标识码： A

1、大跨度钢结构的体系概述

在对大跨度的钢结构进行设计的过程中，应该根据现有的建筑结构类型的不同，以及我国的相关行业执行规范，选择合适的类型进行钢筋混凝土结构的混接，目前来看，在建筑中常见的大跨度的钢结构的主要类型是H人字形钢梁钢架，这种方式的最大的特点是在钢架连接的过程中，实现对门式钢架结构功能的充分发挥，即可以根据建筑结构的需要进行不同的设计方案的调整，结构中的各种计量符合要求，就可以实现其功能的正常发挥，因此这种更加灵活的大跨度的钢结构设计方案更加适合现代建筑的多样化发展需要。

2、大跨度钢结构中存在的问题

大跨度钢结构中最让人担心的问题就是其使用年限，因为一个大跨度建筑一定会花费很多的物资人力，设计和建筑过程中的难度还因不同地点难度不同。这种年限问题最主要的就是大跨度结构使用上何为大跨度，很多设计者为了美观着想，总是认为跨度越大越宏伟，但却往往忽略了其使用年限，这样只能维持短暂的美观，时间一久就会出现问题。一般情况下，建筑完成后尤其是大跨度钢结构，还要重新进行计算和检核，其过程也是相当麻烦的，一旦在大跨度中发现问题，后续工作就会变得相当繁琐，若是没有得到好的检核，还会造成很大程度的损失，因为大跨度结构不稳定的人员伤亡事故国内外经常发生。所以对于另一个存在的问题，检核问题也应得到广泛的关注，只有在建筑前良好的设计，在建筑过程中认真的施工，提高建筑质量，防止事故的发生。

3、大跨度下四大结构类型的特点及应用

3.1四大结构的介绍。

随着社会的发展，技术水平的不断进步，各国建筑文化的不断融合，让许多设计者有了更多的创新，对原有建筑也有了很多更新。现在的建筑业，将重点放在了大跨度建设当中，生活中最常见到的大跨度结构主要有：网架结构、网壳结构、膜结构和悬索结构。前三种都是比较常用的，最后一种只有在大型桥梁建筑中才多件。如今也在这些基础上出现了很多复合结构，这种新型结构的利用，也给大跨度钢结构增添了许多风采。通过这些空间结构的广泛探讨，组合和应用，可以说是奠定了大跨度钢结构成为主流的未来发展趋势。我国现阶段的建筑业也将大跨度钢结构设计建设作为我国建筑业科技水平的一大重要体现，在很多国家和地区，大跨度钢结构也成为评比建筑业水平的一大标准。四大结构的设计应用，以及其他新型结构和组合复合结构的应用，便成为大跨度钢结构中的核心内容。

3.2网架结构与网壳结构。

网架和网壳结构式建筑业中最常见的两种结构。网架结构是一种由钢管或者钢材相互交错，通过有关的技术人员，将其连接成比较有稳定性的网架结构，通过连接的规律，不同种的若干杆件的连接，形成不同的网架结构，也称其为多层结构。既然是网架结构的我们就能很明显的知道其优点了。例如从它的材质来说，是一种承受能力大，受力均匀且不易于变形的材料，而随着材料工程的不断发展，还有很多更加轻的，更加有承受力的材料运用当中，从很大程度上来说，这种材料不仅使其承受的东西越来越种，也极大的减少了自身重量造成的压力，节约了成本，也使材料消耗量减少。在例如从其结构上说，网架结构也使一种稳定性的应用，一般采取的都是三角形，这样又加强了其牢固性和承受力，还增加了大跨度钢结构的审美性。

3.3膜结构与悬索结构。

除了我们上述的网架和网膜结构，就是膜结构和悬索结构。首先来说膜结构，膜结构在初期并不是相当广泛，大跨度也并没有其他几种明显。而现在的膜结构大多是一种复合结构，与其他技术融合，达到更加牢固，跨度更大的需求，被广泛应用起来。膜结构主要是通过膜内空气支撑，其特点就是自重轻、跨度大、建筑造型自由丰富、施工方便、具有良好的经济性和较高的安全性、透光性和自洁性好，由多变的曲面所形成的内部空间既宽大宏伟又富有运动感；可以为建筑形体和立面处理提供新的可能性，只是耐久性较差，这也是为何复合结构现在应用的广泛，它可以结合网架结构，在一些重要点上加以支撑，延长其使用的寿命。在悬索结构建筑物中，我们就拿悬索大桥举例，一般的悬索都是由大重量钢材构成的，其质量要求，强度要求非常高，在建筑设计的过程好还要进行大量的计算，虽然我们不一定要用大型设备起重，但是在建筑过程中还是相当的费人费力。但是我们也能看出其优点的不可替代性。

4、大跨度建设下钢结构体系的性能设计

4.1大跨度钢结构结构桁架的设计

桁架是由杆件组成的一种网格式结构体系。杆件之间的结合铰接，因此在外力的作用下，对于单棍桁架，由于整体性好，上下弦杆焊接的接头少，不易产生焊接形变。而且整福桁架的几何尺寸偏差较小，制作速度快，能够有效地避免二次倒运，节省大量的制作时间和成本费用。通过批量生产加工的方式制作钢结构桁架，以流水线的生产方式充分提高钢结构桁架的机械化程度以及制作效率。此外，为了最大限度的减少钢结构桁架的工作量，应该尽量减少桁架的分段数量，方便后期运输。一棍桁架可以进行分段焊接，分段时应该尽量避开节点。

4.2大跨度钢结构结构形式的选择

结构形式是建筑的基本要素，承担着建筑的物质层面，兼具结构属性和形态属性。在结构形式的选择方面，本文主要从刚性混合结构和刚、柔混合结构两个方面进行分析，其中刚性混合结构常见的是拱梁结合、拱杆结合以及梁杆结合三种形式，拱梁结合可以通过截面应力接收来自垂直轴向的外力，抵抗轴向作用力。但是拱梁结合的形式不能变换造型；拱杆结合主要沿着长度方向以法向应力传递，力的改向机制依靠个别拉力和压力的协调作用，具有较强的创造性；梁杆结合既可以有效地抵抗轴向荷载，而且还可以依靠增加横截面积抵抗垂直方向的轴向作用力。 刚柔混合体系包括混合吊挂、混合张拉、混合加劲以及半刚性悬挂四种类型。混合吊挂主要借助悬索和斜拉索将悬挂体和承载体整合在一起，是桥梁建造工艺与建筑建造相结合的形式：混合张拉主要利用拉压杆件将不稳定的构件整合在一起，主要特点是利用拉索控制结构的受力状态：混合加劲借助刚性子结构对柔

性子结构进行加劲或者稳定，该形式可以均匀的传递和分配较为集中的荷载，提高建筑整体的刚度；半刚性悬挂主要是采取一定措施使建筑结构本身具有刚度结构和抵抗变形的能力。

4.3大跨度钢结构结构的高度和宽度比控制

高宽比指房屋总高度与平面较小宽度之比。在抗震结构体系中，根据结构总体高度和抗震设防烈度确定结构类型和最大适用高度。大跨度钢结构结构的高宽比是影响结构整体稳定性和抗震性能的重要参数，它直接影响着结构刚度、侧移以及振动形式。当高宽比值较大时，可以使结构产生较大的水平位移，而且由于倾覆力矩使支撑柱产生很大的轴向力.因此需要限定大跨度钢结构结构的最大高宽比值，使其保持在一个合理范围内，超过时应该进行专项研究，采取必要的抗震措施。

结束语

综上所述，大跨度钢结构结构形式的特点就是承载能力相对较大，制造成本相对较低，通常都是适用在各种大跨度的建筑当中，而且能够制作成直径较大的类型以及各种类别的长度。但是由于大跨度钢结构结构施工环节比较多，技术工艺有相对复杂，整体的工艺流程在相互之间的衔接又十分的紧密，尤其是桥梁以及大跨度弯顶等建筑设计当中，需要进行严格的质量控制。因此本文重点分析了大跨度钢结构结构形式的设计，并通过采取相应的解决措施，保证大跨度钢结构结构的稳定性和安全性。