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摘 要：建筑结构通常都会有一个跨度，有的建筑跨度小，有的建筑跨度大，从建筑学上讲，如果建筑的跨度大于30m，那么就可以将其称为大跨度建筑。大跨度建筑一般出现公共建筑中，例如电影院、广场以及体育场等。本篇文章以具体的工程为例分析了大跨度建筑的屋面钢结构选型以及设计，希望为大家带来参考。
关键词：大跨度；公共建筑；屋面钢；选型；设计
现在建筑结构的类型较为多样，这也跟人们对建筑的要求有关，因为建筑结构的类型逐渐在变化，所以建筑从设计的时候开始就有了诸多条件，而且在建筑施工中，施工的过程不仅要满足全部的条件，还要保证施工的质量。因此现代建筑的设计以及选型就比以往的复杂的多，因此要对其更重视。
1 实例分析
某航空机场的站楼造型设计要求创新、独特，分为主楼、南北两侧过街楼、南侧两个指廊及连接楼、北连接楼四部分；站坪机位数28个，航空业务量预测为设计目标2019年满足年旅客吞吐量三千万人次，高峰时刻可以得到国际航空运输协会认可的C级服务水准。
2 大跨度公共建筑的选型
2.1 美观性
大跨度建筑可以从建筑的外形上看出特点，在國外的很多国家都有这类的建筑，例如古罗马的万神庙。万神庙是古罗马中一个重要的建筑，建筑结构的类型就是大跨度。可是由于技术以及条件的限制，其结构类型只能表现在内部，人们从建筑的外部看不出什么特点。尽管如此，在当时的社会，人们就知道了，大跨度建筑结构不仅仅是内部的一个结构，可以与建筑的外部完美的结合。而且在体积庞大的建筑面前，人们会对建筑有畏惧感，从而感到自己的卑微。但是给人震撼感受的建筑又都是人类自己创造的，因此在对建筑敬畏的同时也感叹自己的伟大。
2.2 耐久性
人们对于多样性的建筑会提出诸多要求，但是有两个要求是不会改变的，一个是建筑的实用性；另外一个建筑的耐用性，而且这两个要求也使人们对于建筑提出的最基本要求，无论是什么类型的建筑都离不开这两点。尤其是对建筑的耐用性，要求是非常严格的。而这些要求集中的表现在建筑的造型以及抵御能力上。第一，在设计建筑造型的时候，要坚持合理性的原则，而且建筑的造型中，绝对不能有无用的结构。建筑的使用以及与建筑的空间有关，很多的人认为，建筑的空间大，才能让建筑发挥使用性，其实不然，就算是建筑的空间很小，设计师可以让建筑在较小的空间内发挥较大的作用。因为我们的土地紧张，因此建设出来的建筑物空间都不是很大，因此在设计的时候，就要处理好两者的关系。这样才可以让建筑有实用性，还能保证建筑的耐用性。建筑要有抵抗不利因素的能力，例如台风、地震、暴雨等，绝对不可以再有任何不良因素的时候，出现坍塌后者是晃动等情况。
2.3 实用性
屋面钢结构的重量是由结构的特性以及材料决定的，现在使用的基本都是新型的技术，因此结构的重量轻，而且结构有加强的实用性。从结构的外观上看，膜结构的外观是所有结构中最轻便的一种，如果建筑使用了膜结构，那么整体的建筑都会有飞翔的感觉，会让人有很强的视觉感觉。而旋梭结构出现在建筑的梁上次数多，所以会让人有飘逸的感觉。网壳结构相对古板，给人一种沉闷的感觉，但是这几种结构的材料都是钢结构。为了能够在施工中方便，使用的钢结构重量要小。
2.4 合理性
大跨度结构的建筑在建筑市场很多见，而且这种材料是由多种材料组成的，并且在使用的时候，优势较为明显，最明显的优势就是结构的合理性，这样才能让建筑在使用中能够发挥积极的作用。现在不仅仅是建筑材料在完善，而且建筑有关的理论也在更加，而结构的类型也在多变。人们在建设建筑的时候，追求的是用最少的材料实现最佳的效果。因此在对建筑设计的时候，要注意建筑的结构的选择，同时也要考虑材料的应用。要保证建筑能够合理受力。如果在设计中建筑结构的外形比较复杂，那么就要要求内部的能够简单受力。
3 屋面的选型
3.1 屋面钢结构的重量相对很轻，而且钢材料要有极高的强度以满足施工的要求。尽管从材料的容量上看，钢材仅仅是钢筋混凝土的3倍，但是其强度要远远超过混凝土。如果两个建筑的承载力相同，那么轻的钢结构，更适合大跨度施工，一般这类轻的钢结构重量仅仅是混凝土重量30%。
3.2 钢管桁架刚度大，几何特性好。钢管桁架的管壁较薄，但截面回转半径很大，故抗压和抗拉性能好。
3.3 有良好的外形，钢管桁架的外形很漂亮而且非常轻，如果建筑对于视觉有较高的要求，那么可以使用钢管桁架。同时因为钢管桁架的重量轻，因此能够满足建筑对内部空间的要求。
另外，根据建筑的布置及要求，结合结构的合理性，主楼屋面结构支承体系采用钢管混凝土柱+树形支承钢柱系统。主楼顶层出发大厅的钢管混凝土框架柱网沿航站楼纵横向均为36m的柱距，柱顶的四根树形支承钢柱再将36m的钢管混凝土柱网转换成为中部18m的网格，树形支承柱顶支承双向倒三角形空间钢管桁架系统（即桁架支点双向间距为18m）。
4 钢结构计算
本工程结构采用同济大学《空间钢结构系统CAD软件3D3S》与MIDAS/GEN两套程序同时进行整体计算（建模和内力计算与分析），并对两个软件产生的计算结果进行综合对比与判断。本工程荷载及主要参数取值：结构计算的荷载由恒荷载、活荷载、风荷载组成，同时考虑了温度效应和地震作用。
（1）恒荷载。除钢结构构件的自重由程序自动计算外，屋面恒荷载取1.0kN/m2（主檩条以上的恒荷载）。
（2）活荷载。屋面的活荷载取0.5kN/m2。
（3）温度效应。由于本工程属于大跨钢结构，温差的取值按《钢结构设计规范》第210.2条注，取温差Δt=±15℃。
（4）地震作用。按8度、Ⅱ类场地计算。除考虑水平地震作用外，还应考虑竖向地震作用。
（5）结构重要性系数：1.1。本工程钢材选用Q345B无缝钢管，经计算，管径规格最小Φ146×6、最大Φ273×16、理论用钢量约为63kg/m2，比一般钢结构的经济性能更为优异。在各种荷载组合作用下，最大挠度处为桁架悬挑端头处，挠度值为60mm（约1/383），故在制作及加工中考虑了起拱50mm，满足了规范要求。通过本工程的实践，可以看出：采用钢管树形柱+空间钢管桁架系统，可以实现大跨度、满足建筑及使用要求，且整体性好，用钢量小。
结束语
大跨度结构选型和设计是一个系统性非常强，同时复杂性也非常强的问题，在建筑工程的设计和建设中，这种结构通常在造型上都是比较特别的，而在功能上是比较复杂的，所以在设计中必须要采取有效的措施对其予以合理的设计，只有这样，才能体现出更好的设计效果，从而推动该结构形式的广泛应用。
参考文献
[1]乔旭，刘志强，姜明理，邢玉军.某机场航站楼钢结构火灾安全性评估[J].消防科学与技术，2010（2）.
[2]杨丽华.深圳大运会游泳馆屋面系统钢结构设计[J].中国建筑防水，2010（11）.
[3]常建新.大跨度空间钢管桁架屋盖吊装方案研究[J].建筑施工，
2011，7.
关键词：大跨度；公共建筑；屋面钢；选型；设计
现在建筑结构的类型较为多样，这也跟人们对建筑的要求有关，因为建筑结构的类型逐渐在变化，所以建筑从设计的时候开始就有了诸多条件，而且在建筑施工中，施工的过程不仅要满足全部的条件，还要保证施工的质量。因此现代建筑的设计以及选型就比以往的复杂的多，因此要对其更重视。
1 实例分析
某航空机场的站楼造型设计要求创新、独特，分为主楼、南北两侧过街楼、南侧两个指廊及连接楼、北连接楼四部分；站坪机位数28个，航空业务量预测为设计目标2019年满足年旅客吞吐量三千万人次，高峰时刻可以得到国际航空运输协会认可的C级服务水准。
2 大跨度公共建筑的选型
2.1 美观性
大跨度建筑可以从建筑的外形上看出特点，在國外的很多国家都有这类的建筑，例如古罗马的万神庙。万神庙是古罗马中一个重要的建筑，建筑结构的类型就是大跨度。可是由于技术以及条件的限制，其结构类型只能表现在内部，人们从建筑的外部看不出什么特点。尽管如此，在当时的社会，人们就知道了，大跨度建筑结构不仅仅是内部的一个结构，可以与建筑的外部完美的结合。而且在体积庞大的建筑面前，人们会对建筑有畏惧感，从而感到自己的卑微。但是给人震撼感受的建筑又都是人类自己创造的，因此在对建筑敬畏的同时也感叹自己的伟大。
2.2 耐久性
人们对于多样性的建筑会提出诸多要求，但是有两个要求是不会改变的，一个是建筑的实用性；另外一个建筑的耐用性，而且这两个要求也使人们对于建筑提出的最基本要求，无论是什么类型的建筑都离不开这两点。尤其是对建筑的耐用性，要求是非常严格的。而这些要求集中的表现在建筑的造型以及抵御能力上。第一，在设计建筑造型的时候，要坚持合理性的原则，而且建筑的造型中，绝对不能有无用的结构。建筑的使用以及与建筑的空间有关，很多的人认为，建筑的空间大，才能让建筑发挥使用性，其实不然，就算是建筑的空间很小，设计师可以让建筑在较小的空间内发挥较大的作用。因为我们的土地紧张，因此建设出来的建筑物空间都不是很大，因此在设计的时候，就要处理好两者的关系。这样才可以让建筑有实用性，还能保证建筑的耐用性。建筑要有抵抗不利因素的能力，例如台风、地震、暴雨等，绝对不可以再有任何不良因素的时候，出现坍塌后者是晃动等情况。
2.3 实用性
屋面钢结构的重量是由结构的特性以及材料决定的，现在使用的基本都是新型的技术，因此结构的重量轻，而且结构有加强的实用性。从结构的外观上看，膜结构的外观是所有结构中最轻便的一种，如果建筑使用了膜结构，那么整体的建筑都会有飞翔的感觉，会让人有很强的视觉感觉。而旋梭结构出现在建筑的梁上次数多，所以会让人有飘逸的感觉。网壳结构相对古板，给人一种沉闷的感觉，但是这几种结构的材料都是钢结构。为了能够在施工中方便，使用的钢结构重量要小。
2.4 合理性
大跨度结构的建筑在建筑市场很多见，而且这种材料是由多种材料组成的，并且在使用的时候，优势较为明显，最明显的优势就是结构的合理性，这样才能让建筑在使用中能够发挥积极的作用。现在不仅仅是建筑材料在完善，而且建筑有关的理论也在更加，而结构的类型也在多变。人们在建设建筑的时候，追求的是用最少的材料实现最佳的效果。因此在对建筑设计的时候，要注意建筑的结构的选择，同时也要考虑材料的应用。要保证建筑能够合理受力。如果在设计中建筑结构的外形比较复杂，那么就要要求内部的能够简单受力。
3 屋面的选型
3.1 屋面钢结构的重量相对很轻，而且钢材料要有极高的强度以满足施工的要求。尽管从材料的容量上看，钢材仅仅是钢筋混凝土的3倍，但是其强度要远远超过混凝土。如果两个建筑的承载力相同，那么轻的钢结构，更适合大跨度施工，一般这类轻的钢结构重量仅仅是混凝土重量30%。
3.2 钢管桁架刚度大，几何特性好。钢管桁架的管壁较薄，但截面回转半径很大，故抗压和抗拉性能好。
3.3 有良好的外形，钢管桁架的外形很漂亮而且非常轻，如果建筑对于视觉有较高的要求，那么可以使用钢管桁架。同时因为钢管桁架的重量轻，因此能够满足建筑对内部空间的要求。
另外，根据建筑的布置及要求，结合结构的合理性，主楼屋面结构支承体系采用钢管混凝土柱+树形支承钢柱系统。主楼顶层出发大厅的钢管混凝土框架柱网沿航站楼纵横向均为36m的柱距，柱顶的四根树形支承钢柱再将36m的钢管混凝土柱网转换成为中部18m的网格，树形支承柱顶支承双向倒三角形空间钢管桁架系统（即桁架支点双向间距为18m）。
4 钢结构计算
本工程结构采用同济大学《空间钢结构系统CAD软件3D3S》与MIDAS/GEN两套程序同时进行整体计算（建模和内力计算与分析），并对两个软件产生的计算结果进行综合对比与判断。本工程荷载及主要参数取值：结构计算的荷载由恒荷载、活荷载、风荷载组成，同时考虑了温度效应和地震作用。
（1）恒荷载。除钢结构构件的自重由程序自动计算外，屋面恒荷载取1.0kN/m2（主檩条以上的恒荷载）。
（2）活荷载。屋面的活荷载取0.5kN/m2。
（3）温度效应。由于本工程属于大跨钢结构，温差的取值按《钢结构设计规范》第210.2条注，取温差Δt=±15℃。
（4）地震作用。按8度、Ⅱ类场地计算。除考虑水平地震作用外，还应考虑竖向地震作用。
（5）结构重要性系数：1.1。本工程钢材选用Q345B无缝钢管，经计算，管径规格最小Φ146×6、最大Φ273×16、理论用钢量约为63kg/m2，比一般钢结构的经济性能更为优异。在各种荷载组合作用下，最大挠度处为桁架悬挑端头处，挠度值为60mm（约1/383），故在制作及加工中考虑了起拱50mm，满足了规范要求。通过本工程的实践，可以看出：采用钢管树形柱+空间钢管桁架系统，可以实现大跨度、满足建筑及使用要求，且整体性好，用钢量小。
结束语
大跨度结构选型和设计是一个系统性非常强，同时复杂性也非常强的问题，在建筑工程的设计和建设中，这种结构通常在造型上都是比较特别的，而在功能上是比较复杂的，所以在设计中必须要采取有效的措施对其予以合理的设计，只有这样，才能体现出更好的设计效果，从而推动该结构形式的广泛应用。
参考文献
[1]乔旭，刘志强，姜明理，邢玉军.某机场航站楼钢结构火灾安全性评估[J].消防科学与技术，2010（2）.
[2]杨丽华.深圳大运会游泳馆屋面系统钢结构设计[J].中国建筑防水，2010（11）.
[3]常建新.大跨度空间钢管桁架屋盖吊装方案研究[J].建筑施工，
2011，7.