北京某学校大跨度圆钢管屋架结构设计.doc

北京某大跨度圆钢管屋架结构设计 本文结合北京金海湖学校风雨操场屋盖圆钢管屋架的实例，介绍了圆钢管（以下简称钢管）屋架形式的确定、设计的一般原则和节点形式与计算等方面的主要内容，供设计人员参考。 圆钢管屋架 设计 Large Span Round Steel roof truss design in a Beijing school Abstract: Examples of this paper, I designed the Beijing Jinhaihu school gymnasium roof project circular steel roof truss, introduced the main contents of circular steel pipe (hereinafter referred to as pipe) truss form of identification, design and nodes in the form of general principles and aspects of computing for designers. Key words: Circular steel roof truss，Design 引言 随着近年来我国建筑工业化的快速发展以及钢管桁架具有的良好性能钢管桁架结构在大跨度空间结构中得到广泛应用。在室内篮球馆、中型体育场馆屋面结构设计中，钢管屋架结构形式也越来越多的被设计师采用。与普通型钢桁架相比，钢管桁架结构主要具有以下优点： （1）钢管刚度大，几何特性好。钢管的截面惯性矩与截面抵抗矩以及回转半径等方面的截面特性均比等截面积的角钢、其它型钢或角钢组合T形截面等构件的大，抗扭和抗压受力性能好。 （2）施工简单，节省材料。钢管桁架在节点处摒弃了普通型钢桁架的节点板和角钢组合垫板，构件间采用直接焊接，使杆件直接传力，提高了桁架的受力性能。同时，减少了桁架的焊接工作量，可缩短桁架的制作工期。 （3）节点形式简单，结构外形简洁、流畅。 （4）单榀钢管桁架整体性能好，制作安装时翻身、起吊都比较容易，不易变形。 （5）有利于防锈与清洁维护。钢管和大气接触表面积小，易于防护。在节点处各杆件直接焊接，没有难于清刷、油漆、积留湿气及大量灰尘的死角和凹槽，维护更为方便。钢管构件端部封闭后，其内部不易生锈。 本文以一个工程为实例，介绍钢管屋架结构设计中的几个要点，供设计人员参考。 1 工程概况 该建筑物为北京金海湖学校风雨操场，主体结构为混凝土框架，屋面采用圆钢管屋架，屋架跨度33.5m，轴线面积为15480m2，轴网柱距为12m×15m。屋面系统中屋面板采用压型钢板，屋架采用钢管屋架，檩条采用C型冷弯薄壁型钢卷边檩条，屋面支撑采用相贯焊接圆管支撑，屋面无天窗，屋面坡度为1/15。屋架平面布置图如下图所示。 2 钢管屋架形式的确定 钢管屋架是基于桁架结构的，是平面桁架形式的一种，因此，其结构形式与桁架的形式基本相同，其外形主要与建筑要求和排水方式有关。与普通型钢屋架相比较，在选择钢管屋架的形式特别是屋架腹杆的布置方式时，主要考虑以下几个主要因素： （1）屋架节点类型要少，节点处汇集的杆件数量要尽可能少，交于弦杆节点上的腹杆数量不宜多于三根。这主要考虑节约材料和便于加工。 （2）结合檩条的间距和天窗立柱位置，来考虑每跨钢管屋架的节间布置，节间数量以偶数为宜。 （3）主管与支管或两支管轴线之间的夹角不宜小于30°，否则，焊缝质量不易保证。钢管节点的几何参数以满足规范规定的视为铰接节点的适用范围为宜。 在现有钢管桁架结构的工程中，平面钢管桁架多采用华伦（Warren）桁架和普腊（Pratt）桁架形式，华伦桁架一般是经济的布置，与普腊桁架相比，华伦桁架腹杆下料长度统一，节点数少，这样可节约材料与加工工时。此外，规则形状的华伦桁架具有更大的空间去满足放置机械、电气及其它设备的需要。 综上所述，本工程屋架形式采用了华伦桁架形式。见图2所示。 图2 屋架形式 3 钢管屋架的一般设计原则 31 分析模型 钢管桁架结构在计算分析时所采用的模型主要与节点的刚度有关，根据杆端弯矩情况及节点刚度的大小不同有三种分析模型： （1）假设所有杆件均为铰接； （2）假设所有杆件均为刚接，杆件都按梁单元考虑； （3）假设主管为刚接梁单元，支管与主管间为铰接，支管只承受轴力。 一般情况下，钢管屋架的分析模型按第（1）种考虑，即假设所有杆件均为铰接。在大多数钢管结构中，相贯节点仅作为铰接节点处理，原因在于细长杆件的端部约束弯矩不大，有些情况下则由于弦杆管壁抗弯刚度较小，忽略了杆端弯矩的影响，各杆件受力均为二力杆。尽管如此，在设计过程中，也不要盲目选择第（1）分析模型，因为，视为铰接模型有两个前提： 在设计施工