大跨度屋面采用门式刚梁或网架设计概述.pdfVIP

大跨度屋面采用门式刚梁或网架设计概

述

摘要：结合相关规范及案例，对大跨度屋面设计采用门式钢梁或者网架进行

了研究，阐述了设计时需注意的问题，并从设计规范选取、荷载取值、节点设计

等角度做出说明，以保证设计的合理性。

关键词：大跨度屋面、门式刚梁、网架、设计

引言

随着时代的发展，大跨度、大空间结构的应用越来越广泛，钢筋混凝土在大

跨度结构运用中存在两个问题，一是在带裂缝工作状态下，裂缝的存在不仅造成

受拉区混凝土材料不能充分利用、结构刚度下降和自重比例上升，而且限制了它

的使用范围；二是从保证结构耐久性的要求出发，必须限制混凝土裂缝开展的宽

度，这就使高强度钢筋无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其作用，相应也不可能

使高强混凝土的优点发挥出来。因此，当荷载与跨度增加时，只能通过增加截面

或钢筋用量的方式来控制裂缝和变形，这种做法既不经济又会增加结构的自重，

而钢结构能够克服钢筋混凝土结构用于大跨度结构的缺点。

钢结构强度高，自重轻，整体刚性好，变形能力强，抗震性能好，施工周期

短，标准型材，易加工，易控制精准度，构件截面小，室内空间利用率高，管线

可以借助型材内部布线以节省空间和敷设造价，可实现大跨度结构和超高结构，

钢材可以回收再利用，可持续，做到绿色无污染。钢结构施工基本是机械化施工，

工厂预制，现场焊接或者螺栓连接等。大跨度、大空间结构通常会优先选用钢结

构（网架，桁架，门式刚架，大跨度钢梁等）。一些对空间有特殊需求的空间结

构通常也会采用钢结构进行处理计算设计。

1工程概况

现以新疆维吾尔自治区昌吉市某小区运动馆项目为例，对大跨度屋面分别采

用门式刚梁与网架的设计过程进行概述。门式刚梁采用PKPM设计软件钢结构模

块利用钢结构二维设计的门式刚架进行结构整体设计。网架采用MST设计软件进

行结构整体设计。

本工程位于新疆维吾尔自治区昌吉市，主要建筑功能为健康运动能量馆，地

上一层（局部二层），室内外高差0.100m，抗震设防烈度8度，设计基本地震加

速度0.20g，设计地震分组第三组，场地类别Ⅱ类，特征周期0.45s，基本风压

0.60kN/m2（按照50年一遇考虑），基本雪压1.00kN/m2（按照100年一遇考

虑），采用大跨度框架结构，框架柱采用钢筋混凝土柱，屋面梁或屋面结构采用

钢结构，外墙采用300mm厚自保温砌块，室内运动场屋面尺寸为43.0m×28.0m

大跨度屋盖，檐口高度为8.000m，屋面采用有组织排水，本结构中的框架柱、框

架梁的抗震等级均为一级。

2大跨度屋面梁采用门式刚梁的设计方案

本工程采用PKPM设计软件钢结构模块利用钢结构二维设计的门式刚架输入

模型数据与荷载数据，遵循现行国家规范、规程，根据工程实际情况，进行门式

刚梁设计。本工程刚架平面布置图见图1，共五榀刚架。在常用功能门式刚架网

格输入向导中输入本工程数据，构件布置中初步布置梁柱，结构计算中参数输入

选项、活荷载不利布置、风荷载布置，地震计算参数根据本工程具体情况设置输

入，钢材钢号为Q355B，焊条型号采用E50型，防火设计中按照建筑耐火等级二

级进行抗火设计。因为门式刚梁支座处与钢筋混凝土柱的牛腿采用铰接连接，设

计计算过程中门式刚梁支座处按铰接进行设计计算。计算结果查询中检查设计结

果，包括应力与配筋、抗火设计、构件信息、计算长度、结果文件。根据计算结

果调整构件截面，作用弯矩与考虑屈曲后强度抗弯承载力比值、平面内稳定应力

比与平面外稳定应力比控制在0.90~0.95之间，最终确定构件截面。梁采用变截

面梁，GL1截面为H12x800x350x12x350x12，GL2截面为

H16x800x350x22x350x22x1200。

图1

计算结果文件中显示设计主要依据、结果输出。其中结果输出包括总信息、

节点坐标、各荷载标准值作用、地震计算、荷载效应组合及强度、稳定、配筋计

算、钢柱钢梁计算结果等。

完成各项验算后，采用绘施工图功能，输入绘图参数，检查拼接节点，设置

连接参数，自动进行节点设计，绘制刚架施工图（GJ图见图2）。根据程序自动

统计的每平米用钢量约为33.11kg。

图2

3屋面采用网架的设计

本工程通过MST软件输入模型数据与荷载数据，遵循现行国家规范、规程，

根据工程实际情况，本工程为正放四角锥矩形平板网架（网架平面