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摘 要：大跨度建筑通常就是指跨度超过30米的建筑，这种建筑形式在民用建筑的影院剧院和体育馆或者是其他的公共建筑中比较常见，本文结合工程实例对大跨度公共建筑屋面钢结构选型与设计进行分析，以供参考和借鉴。
关键词：屋面钢结构；选型；空间钢管桁架
在建筑工程施工的过程中，出现了很多新型的建筑结构形式，这些形式可以充分的满足人们对建筑多样化的需求，但是在这一过程中也对建筑设计和施工提出了更高的要求，这也使得建筑的设计和选型变得更加的复杂，所以在这样的情况下必须要对大跨度公共建筑钢结构的选型和设计工作予以高度的重视。
1 工程概况
某工程站楼造型新颖、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29个，航空业务量预测为设计目标年2020年满足年旅客吞吐量3100万人次，典型高峰小时里可以得到国际航空运输协会认可的C级服务水准。
2 大跨度选型关键因素
2.1 造型美观
首先是要將大尺度的结构在造型上充分的体现出来，在古代时候，也是存在着一些大跨度建筑的，比如说，古罗马的万神庙大穹顶就是这种结构的一个典型的代表，但是在当时的时代，大跨度结构都是建设在里面上，所以从视觉上来讲，这种大跨度的特征也没有得到十分充分的体现，但是在那个时候，人们就已经意识到在大跨度建筑当中，大跨度的地方和外部造型并不是外部造型和内部造型简单组合所产生的视觉效果，那个时候的人类对大尺度和大跨度的事物本身就存在着一定的敬畏感，在大跨度建筑物面前，人们会感觉到自己很渺小很卑微，因为这些建筑都是人类制造出来的，所以也会感到人类智慧的伟大。
2.2 实用耐久
结构的实用性和耐用性是对建筑最为基本的要求，对耐用性的要求是非常高的，首先是建筑的造型一定要体现出非常强的合理性，不能设计那些没有必要的结构。不同的使用功能对建筑空间设计的要求也存在着非常大的不同，所以在这一过程中只有采取有效的措施充分的处理好建筑功能和建筑空间之间的关系，才能充分的展现出其实用性和耐用性，其次是对一些不利的自然因素要有非常强的抵御能力，比如说台风和地震等等，只有这样，才能更好的保证结构的安全性和稳定性。
2.3 结构轻巧
结构自身的重量比较小是因为其自身的一些结构特性和选用材料所决定的，新型的技术和材料使得结构的重量越来越小，实用性也越来越强，如果从外观的角度来看，膜结构是所有结构当中最为轻便的，很多应用膜结构建造的建筑都有一种轻盈飞翔的视觉感受。旋梭结构通常是使用在桥梁上的，所以从最直观的感受上来说，它也会给人一种飘逸的感觉，如果和其他的方式相比，网壳包壳结构就会显得古板，陈旧，而从材料的角度上来说，它们基本上都是钢结构，用钢量小的话就会十分的轻便。
2.4 受力合理
大跨度的结构形式是非常常见的，这种结构的组成材料也比较多样，该结构在应用的过程中会体现出非常大的优势，结构的合理性是第一个优势，组成这一结构的才来哦强度可以充分的发挥其积极的作用，当前工程力学理论和建筑材料都在不断的发展和完善，结构的形式也出现了很多的转变，使用最少的材料就能获得最好的效果也是人们追求的一个主要的目标，所以在设计的过程中也应该合理的选择结构的材料和形式，受力也应该更加的科学合理，在设计中要使用那些外形复杂但是受力简单的结构形式。
3 屋面钢方案选型
3.1 结构重量轻，钢材强度高。钢材的容重虽然是钢筋混凝土容重的约3倍，但钢材的强度却很高，当承受的荷载和条件相同时，钢结构的自重轻，更易于建造大跨度结构，通常在结构的跨度和荷载都相同时，钢屋盖的重量仅为钢筋混凝土屋盖的1/3～1/4。
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 外形美观。钢管桁架外形简单、美观、轻盈的特点，适宜本工程建筑造型和内部空间及视觉效果的要求。
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 钢结构设计计算
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）风荷载。基本风压为0.4kN/m2（按100年一遇风压取值）。风载体形系数根据风洞实验的成果取值，经综合归类，进行不利组合，最小值在跨中为0.2，最大值在挑檐边缘的顶部为3。（4）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℃。（5）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。（6）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。
5 主要节点设计
本工程桁架节点主要有三类：一是直接焊接的相贯节点。这种节点由于没有节点板，节约钢材，为保证支管端部的切割精度和焊接质量，要求采用空间全自动抛物线切割机进行切割加工，桁架上弦为“K”型节点，下弦为双“K”型节点；二是树形柱支座采用了半球形节点。对于钢管混凝土柱顶支座节点采用常规的空心球节点，使得众多杆件汇交于球面，避免杆件间的焊缝重叠。在球下部与柱顶间采用了成品抗震固定铰支座，这种支座的优点是允许节点可以有任意方向的一定转动角，以减小树形柱对钢管混凝土柱的水平推力；三是树形柱支撑主桁架采用的是销轴连接。它的加工制作相对简单，与计算简图较为吻合，是本工程极为重要的节点。
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）.
关键词：屋面钢结构；选型；空间钢管桁架
在建筑工程施工的过程中，出现了很多新型的建筑结构形式，这些形式可以充分的满足人们对建筑多样化的需求，但是在这一过程中也对建筑设计和施工提出了更高的要求，这也使得建筑的设计和选型变得更加的复杂，所以在这样的情况下必须要对大跨度公共建筑钢结构的选型和设计工作予以高度的重视。
1 工程概况
某工程站楼造型新颖、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29个，航空业务量预测为设计目标年2020年满足年旅客吞吐量3100万人次，典型高峰小时里可以得到国际航空运输协会认可的C级服务水准。
2 大跨度选型关键因素
2.1 造型美观
首先是要將大尺度的结构在造型上充分的体现出来，在古代时候，也是存在着一些大跨度建筑的，比如说，古罗马的万神庙大穹顶就是这种结构的一个典型的代表，但是在当时的时代，大跨度结构都是建设在里面上，所以从视觉上来讲，这种大跨度的特征也没有得到十分充分的体现，但是在那个时候，人们就已经意识到在大跨度建筑当中，大跨度的地方和外部造型并不是外部造型和内部造型简单组合所产生的视觉效果，那个时候的人类对大尺度和大跨度的事物本身就存在着一定的敬畏感，在大跨度建筑物面前，人们会感觉到自己很渺小很卑微，因为这些建筑都是人类制造出来的，所以也会感到人类智慧的伟大。
2.2 实用耐久
结构的实用性和耐用性是对建筑最为基本的要求，对耐用性的要求是非常高的，首先是建筑的造型一定要体现出非常强的合理性，不能设计那些没有必要的结构。不同的使用功能对建筑空间设计的要求也存在着非常大的不同，所以在这一过程中只有采取有效的措施充分的处理好建筑功能和建筑空间之间的关系，才能充分的展现出其实用性和耐用性，其次是对一些不利的自然因素要有非常强的抵御能力，比如说台风和地震等等，只有这样，才能更好的保证结构的安全性和稳定性。
2.3 结构轻巧
结构自身的重量比较小是因为其自身的一些结构特性和选用材料所决定的，新型的技术和材料使得结构的重量越来越小，实用性也越来越强，如果从外观的角度来看，膜结构是所有结构当中最为轻便的，很多应用膜结构建造的建筑都有一种轻盈飞翔的视觉感受。旋梭结构通常是使用在桥梁上的，所以从最直观的感受上来说，它也会给人一种飘逸的感觉，如果和其他的方式相比，网壳包壳结构就会显得古板，陈旧，而从材料的角度上来说，它们基本上都是钢结构，用钢量小的话就会十分的轻便。
2.4 受力合理
大跨度的结构形式是非常常见的，这种结构的组成材料也比较多样，该结构在应用的过程中会体现出非常大的优势，结构的合理性是第一个优势，组成这一结构的才来哦强度可以充分的发挥其积极的作用，当前工程力学理论和建筑材料都在不断的发展和完善，结构的形式也出现了很多的转变，使用最少的材料就能获得最好的效果也是人们追求的一个主要的目标，所以在设计的过程中也应该合理的选择结构的材料和形式，受力也应该更加的科学合理，在设计中要使用那些外形复杂但是受力简单的结构形式。
3 屋面钢方案选型
3.1 结构重量轻，钢材强度高。钢材的容重虽然是钢筋混凝土容重的约3倍，但钢材的强度却很高，当承受的荷载和条件相同时，钢结构的自重轻，更易于建造大跨度结构，通常在结构的跨度和荷载都相同时，钢屋盖的重量仅为钢筋混凝土屋盖的1/3～1/4。
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 外形美观。钢管桁架外形简单、美观、轻盈的特点，适宜本工程建筑造型和内部空间及视觉效果的要求。
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 钢结构设计计算
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）风荷载。基本风压为0.4kN/m2（按100年一遇风压取值）。风载体形系数根据风洞实验的成果取值，经综合归类，进行不利组合，最小值在跨中为0.2，最大值在挑檐边缘的顶部为3。（4）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℃。（5）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。（6）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。
5 主要节点设计
本工程桁架节点主要有三类：一是直接焊接的相贯节点。这种节点由于没有节点板，节约钢材，为保证支管端部的切割精度和焊接质量，要求采用空间全自动抛物线切割机进行切割加工，桁架上弦为“K”型节点，下弦为双“K”型节点；二是树形柱支座采用了半球形节点。对于钢管混凝土柱顶支座节点采用常规的空心球节点，使得众多杆件汇交于球面，避免杆件间的焊缝重叠。在球下部与柱顶间采用了成品抗震固定铰支座，这种支座的优点是允许节点可以有任意方向的一定转动角，以减小树形柱对钢管混凝土柱的水平推力；三是树形柱支撑主桁架采用的是销轴连接。它的加工制作相对简单，与计算简图较为吻合，是本工程极为重要的节点。
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）.