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摘 要：该结构下部为混凝土框架结构，混凝土柱顶周圈设置混凝土框架梁，屋盖为型钢桁架结构，设计过程中采用同济大学编制的3D3S钢结构设计软件进行结构分析，后用MIDAS结构计算软件进行分析校核，本文简要介绍该屋面型钢桁架结构设计过程。
关键词：型钢桁架；上弦支撑
1 工程概述
本工程为某师范学院综合训练馆屋面型钢桁架结构，结构形式为混凝土框架结构+屋面型钢桁架，桁架跨度为两种：64.8m及58.8m。混凝土框架柱距为7.2m，长度为100.8m，混凝土柱顶标高为14.500～14.860m。屋面板为压型钢板加保温棉轻质屋面，屋面檩条间距1.5m，非悬挂马道位置采用冷弯薄壁C型钢檩条。
该桁架底部设置“E”字形马道，采用高频焊接H型钢檩条与屋面桁架连接。
设计信息：
（1）设计荷载（标准值）：
屋面恒荷载：0.50kN/m2，下弦吊挂恒荷载：0.50kN/m2。
基本风压：0.45kN/m2（地面粗糙度类别为B类），基本雪压：0.40kN/m2。
抗震设防烈度为7度第二组，设计基本地震加速度值为0.15g，场地类别为三类。
（2）屋盖结构形式为梯形型钢桁架，HJ1跨度64.8m，HJ2跨度58.8m，桁架屋脊处高3.8m，屋面为双坡屋面。
（3）该屋盖桁架结构钢材材质为Q345B级钢。
（4）钢屋盖桁架上弦平面布置图（图1）、下弦平面布置图（图2）如下：
2 结构形式选取
该工程屋面桁架为梯形桁架，构件截面规格主要为国标热轧H型钢，根据柱距7.2m以及桁架跨度要求，综合选取桁架分格为3.6m，屋脊处桁架高度为3.8m，考虑混凝土柱顶安装空间要求，桁架支座高度定为400mm；桁架采用上弦支承（铰接支座）与底部混凝土框架柱可靠连接。
除主桁架外，次桁架采用国标热轧H型钢，支撑采用圆钢管。
3 结构分析计算
该工程结构分析主要分为三个步骤：①屋盖主桁架设计；②屋盖次桁架设计；③屋盖主次桁架与混凝土框架结构整体分析。
3.1 桁架部分
3.1.1 主桁架
型钢桁架屋盖结构采用同济大学主持研发的3D3S计算软件进行分析，杆件许用应力比控制在0.85，弦杆长细比限值150，主桁架跨中挠度限值按照钢结构设计规范关于大跨空间结构（轻质屋面）恒载及活荷载标准值作用下，挠度允许值取为跨度的1/250。
主桁架立面图图3所示。
3.1.2 次桁架
根据建筑及使用要求，该结构为上弦柱点支撑，所以次桁架的结构形式选取就显得很重要，在整个计算过程中，采取两种方案进行对比，试算次桁架结构形式对桁架整体受力的影响，并最终选定第二种方案。
（1）次桁架端腹杆为斜杆（以CHJ1为例）：
在该情况下，主次桁架整体受力接近于正交正放空间结构内力，次桁架由于主桁架的变形影响产生了较大内力，杆件轴力如下图，支撑杆件、次桁架杆件内力均较大，次桁架下弦杆最大轴力值达到1563kN，并且导致部分支撑杆件内力较大，钢结构连接节点设计难度增大，而且，作为一个屋盖结构，该形式的桁架，传力路径不够简捷，不符合经济合理的设计原则，此时的支撑构件已并非单纯的支撑构件，而是参与桁架整体受力的杆件，此时主桁架跨中最大竖向挠度值为191mm。
次桁架立面图及杆件轴力包络图（图4）如下（以CHJ1为例）：
（2）去掉次桁架端部斜腹杆，并增加次桁架端部下弦水平杆（以CHJ1为例）：
去掉次桁架的端部斜腹杆，并增加次桁架端部下弦水平杆后，整个桁架的受力体系更为明确，次桁架杆件内力大为降低，次桁架上弦杆最大轴力值为-577kN，降幅较为明显，调整后的方案更加有利于次桁架弦杆连接节点的设计，此时主桁架跨中最大竖向挠度值为186mm。
次桁架立面图及杆件轴力包络图（图5）如下（以CHJ1为例）：
综合以上两种方案，最终选定第二种次桁架方案，杆件内力较小，且支撑杆件内力也回归正常，更利于次桁架杆件连接节点设计以及结构整体受力。
3.2 桁架及混凝土框架整体分析
同济大学编制的3D3S计算分析软件，可以进行混凝土柱弹簧刚度计算，较为准确的反应屋盖桁架支座刚度值，将屋盖桁架与混凝土框架梁柱整体进行计算分析后，再用MIDAS软件进行复核，与3D3S软件计算结果一致，满足设计要求。
经过复核，该屋盖结构强度、刚度、稳定性均满足规范要求。
3.3 细部节点构造
该结构节点设计内容主要有：①桁架橡胶支座；②桁架非橡胶支座；③桁架弦杆与腹杆连接节点；④主次桁架连接节点；⑤支撑与桁架连接节点等。
主要节点示意如下：
4 结 论
由于目前的民用建筑跨度越来越大，结构的外立面造型以及建筑使用要求也较为复杂，选择合适的符合工程实际情况和建筑设计方案等综合条件的结构形式，也显得很重要，如该工程中关于屋盖次桁架的两种方案的分析对比就很好的诠释了这个设计原则，因为结构形式的合理选取关系到结构整体受力体系是否合理，结构整体建造的经济指标要求是否满足。
对于屋盖与底部混凝土框架，进行整体分析时，首先，须注意两者的材料强度及截面刚度的明显区别，尽量做到优化两者的变形协调，整体分析可以较为准确的计算出桁架屋盖的支座刚度，而非单独计算屋盖时的一个支座刚度预估值，从而确保结构的计算更加安全可靠；其次，结构计算假定要与结构的实际情况及节点做法相一致，做到设计经济合理；再次，钢构件截面的设计与构件制作、安装的关系密不可分，所以主、次桁架构件截面选取常用的国标热轧型钢截面，构件加工及采购周期均优于焊接型钢，在一定程度上节约了成本，并且满足加工工艺和安装工期等要求。
参考文献
[1]GB50017-2003《钢结构设计规范》.
[2]GB50011-2010《建筑抗震设计规范》.
[3]GB50009-2012《建筑结构荷载规范》.
[4]GB50661-2011《钢结构焊接规范》.
关键词：型钢桁架；上弦支撑
1 工程概述
本工程为某师范学院综合训练馆屋面型钢桁架结构，结构形式为混凝土框架结构+屋面型钢桁架，桁架跨度为两种：64.8m及58.8m。混凝土框架柱距为7.2m，长度为100.8m，混凝土柱顶标高为14.500～14.860m。屋面板为压型钢板加保温棉轻质屋面，屋面檩条间距1.5m，非悬挂马道位置采用冷弯薄壁C型钢檩条。
该桁架底部设置“E”字形马道，采用高频焊接H型钢檩条与屋面桁架连接。
设计信息：
（1）设计荷载（标准值）：
屋面恒荷载：0.50kN/m2，下弦吊挂恒荷载：0.50kN/m2。
基本风压：0.45kN/m2（地面粗糙度类别为B类），基本雪压：0.40kN/m2。
抗震设防烈度为7度第二组，设计基本地震加速度值为0.15g，场地类别为三类。
（2）屋盖结构形式为梯形型钢桁架，HJ1跨度64.8m，HJ2跨度58.8m，桁架屋脊处高3.8m，屋面为双坡屋面。
（3）该屋盖桁架结构钢材材质为Q345B级钢。
（4）钢屋盖桁架上弦平面布置图（图1）、下弦平面布置图（图2）如下：
2 结构形式选取
该工程屋面桁架为梯形桁架，构件截面规格主要为国标热轧H型钢，根据柱距7.2m以及桁架跨度要求，综合选取桁架分格为3.6m，屋脊处桁架高度为3.8m，考虑混凝土柱顶安装空间要求，桁架支座高度定为400mm；桁架采用上弦支承（铰接支座）与底部混凝土框架柱可靠连接。
除主桁架外，次桁架采用国标热轧H型钢，支撑采用圆钢管。
3 结构分析计算
该工程结构分析主要分为三个步骤：①屋盖主桁架设计；②屋盖次桁架设计；③屋盖主次桁架与混凝土框架结构整体分析。
3.1 桁架部分
3.1.1 主桁架
型钢桁架屋盖结构采用同济大学主持研发的3D3S计算软件进行分析，杆件许用应力比控制在0.85，弦杆长细比限值150，主桁架跨中挠度限值按照钢结构设计规范关于大跨空间结构（轻质屋面）恒载及活荷载标准值作用下，挠度允许值取为跨度的1/250。
主桁架立面图图3所示。
3.1.2 次桁架
根据建筑及使用要求，该结构为上弦柱点支撑，所以次桁架的结构形式选取就显得很重要，在整个计算过程中，采取两种方案进行对比，试算次桁架结构形式对桁架整体受力的影响，并最终选定第二种方案。
（1）次桁架端腹杆为斜杆（以CHJ1为例）：
在该情况下，主次桁架整体受力接近于正交正放空间结构内力，次桁架由于主桁架的变形影响产生了较大内力，杆件轴力如下图，支撑杆件、次桁架杆件内力均较大，次桁架下弦杆最大轴力值达到1563kN，并且导致部分支撑杆件内力较大，钢结构连接节点设计难度增大，而且，作为一个屋盖结构，该形式的桁架，传力路径不够简捷，不符合经济合理的设计原则，此时的支撑构件已并非单纯的支撑构件，而是参与桁架整体受力的杆件，此时主桁架跨中最大竖向挠度值为191mm。
次桁架立面图及杆件轴力包络图（图4）如下（以CHJ1为例）：
（2）去掉次桁架端部斜腹杆，并增加次桁架端部下弦水平杆（以CHJ1为例）：
去掉次桁架的端部斜腹杆，并增加次桁架端部下弦水平杆后，整个桁架的受力体系更为明确，次桁架杆件内力大为降低，次桁架上弦杆最大轴力值为-577kN，降幅较为明显，调整后的方案更加有利于次桁架弦杆连接节点的设计，此时主桁架跨中最大竖向挠度值为186mm。
次桁架立面图及杆件轴力包络图（图5）如下（以CHJ1为例）：
综合以上两种方案，最终选定第二种次桁架方案，杆件内力较小，且支撑杆件内力也回归正常，更利于次桁架杆件连接节点设计以及结构整体受力。
3.2 桁架及混凝土框架整体分析
同济大学编制的3D3S计算分析软件，可以进行混凝土柱弹簧刚度计算，较为准确的反应屋盖桁架支座刚度值，将屋盖桁架与混凝土框架梁柱整体进行计算分析后，再用MIDAS软件进行复核，与3D3S软件计算结果一致，满足设计要求。
经过复核，该屋盖结构强度、刚度、稳定性均满足规范要求。
3.3 细部节点构造
该结构节点设计内容主要有：①桁架橡胶支座；②桁架非橡胶支座；③桁架弦杆与腹杆连接节点；④主次桁架连接节点；⑤支撑与桁架连接节点等。
主要节点示意如下：
4 结 论
由于目前的民用建筑跨度越来越大，结构的外立面造型以及建筑使用要求也较为复杂，选择合适的符合工程实际情况和建筑设计方案等综合条件的结构形式，也显得很重要，如该工程中关于屋盖次桁架的两种方案的分析对比就很好的诠释了这个设计原则，因为结构形式的合理选取关系到结构整体受力体系是否合理，结构整体建造的经济指标要求是否满足。
对于屋盖与底部混凝土框架，进行整体分析时，首先，须注意两者的材料强度及截面刚度的明显区别，尽量做到优化两者的变形协调，整体分析可以较为准确的计算出桁架屋盖的支座刚度，而非单独计算屋盖时的一个支座刚度预估值，从而确保结构的计算更加安全可靠；其次，结构计算假定要与结构的实际情况及节点做法相一致，做到设计经济合理；再次，钢构件截面的设计与构件制作、安装的关系密不可分，所以主、次桁架构件截面选取常用的国标热轧型钢截面，构件加工及采购周期均优于焊接型钢，在一定程度上节约了成本，并且满足加工工艺和安装工期等要求。
参考文献
[1]GB50017-2003《钢结构设计规范》.
[2]GB50011-2010《建筑抗震设计规范》.
[3]GB50009-2012《建筑结构荷载规范》.
[4]GB50661-2011《钢结构焊接规范》.