摘要：我国经济发展不断取得新的成果，社会发展也随之加速，其中建筑行业的发展更加迅速。在建筑结构的发展中，很多的体育馆、候机厅等等大型的建筑中，钢结构的广泛应用代表着我国建筑行业的发展进入了一个崭新的阶段。在钢结构的应用中，大跨度钢结构的施工构造技术是十分重要的，而在施工过程中必须具备经济安全的设计方案。
关键词：大跨度建筑；钢结构设计；实例分析
1.大跨度建筑钢结构应用概述
钢结构是由钢制材料组成的结构，是主要的建筑结构类型之一。结构主要由型钢和钢板等制成的钢梁、钢柱、钢桁架等构件组成，各构件或部件之间通常采用焊缝、螺栓或铆钉连接。因其自重较轻，且施工简便，广泛应用于大跨度建筑等领域。
2.大跨度建筑钢结构的设计要点
2.1计算模型的选取
由于钢结构的计算模型具有较高的精确度，所以在设计中不能对计算模型随意地进行简化，要尽量建立与实际情况相符合的整体的分析模型。在设计中还要充分发挥次构件的作用，秉承安全性、经济性的设计宗旨，有效节约建筑材料，降低工程造价。另外，要想获得最佳设计结果，还就要树立优化设计的意识。
2.2节点构造设计
由于钢结构构件之间的构造和连接复杂多变，所以设计人员要节点构造问题引起充分的重视。节点构造形式必须要根据构件截面形式、构件连接方法、建筑要求以及受力情况来确定，在满足相关条件后，还必须要进行设计计算。
2.3刚度控制
多数钢结构的构件截面是由整体刚度条件所决定的，而非稳定条件和强度条件所决定的，在薄壁构件组成的大跨度钢结构中体现尤为突出。因此，在结构设计过程中，设计者必须要重视结构整体分析，严格控制结构的整体刚度，以求获得最佳设计效果。
2.4结构布置
结构的布置过程中，必须确保屋盖结构分布的均衡和其下部支承结构刚度和质量的均衡分布，从而保证结构传力的明确性及其整体性。地震作用力要由屋盖通过支座向下进行传递，屋盖、支承和下部结构要均匀对称地布置，使用空间传力体系，避免形成突变或局部削弱的薄弱部位，从而保证屋盖的整体性，对屋面系统自重进行严格控制，宜使用轻型的屋面系统。
2.5设置防震缝
为了增强建筑抗震效果，在大跨度钢结构中设置防震缝是非常必要而有效的。规范依据框架-抗震墙结构和下部支承结构的最小宽度，综合确定了防震缝的宽度不得＜15mm。而在实际的建筑中，相关规范中的规定还可能不足，因此建议设计者按照设防烈度下，两侧的独立结构在交界线上的相对位移的最大值来进行确定。规则的结构，其防震缝宽度可近似估计为，多遇地震情况下的最大的相对变形值的三倍。
3.某大跨度建筑钢结构设计实例分析
3.1项目概况
某歌剧院项目主要包括歌剧院和多功能剧院，为大跨度建筑，总建筑面积约70000m2，地上最高43m。限于篇幅，本节对该大跨度建筑项目钢结构的选型及节点设计进行分析。
3.2结构选型
在结构设计过程中，建筑师对结构体系的选型提出了严格的要求，要求结构形式能完全反映建筑的体形特点，结构组成与建筑空间面的组成相吻合，同时要求杆件布置简洁、带有明确的规律和韵律感、杆件截面大小相对统一。为满足上述的建筑效果要求，本工程采用了一种新型的钢结构体系，根据其结构构成特点称之为空间折板式三向斜交单层网格结构，该结构与各层水平楼盖完全脱离，独立支承整个建筑的屋盖和幕墙体系。
歌剧院钢结构由64个空间倾斜的三角形或四边形平面组成，与建筑型体的组成面一一对应，结构面与建筑完成面的距离为500mm。相邻两个平面间夹角最小79°、最大为177.5°，面与面相交形成104条空间棱线，棱线相交形成41个空间角点。棱线上布置杆件形成所谓的“主梁”，在主梁围合而成的平面中，将其周边主梁八等分（局部四等分或二等分），相应的等分点连结，形成三角形分格，三角形边长约为6m左右，形成所谓的“次梁”。平面内次梁轴线间的夹角一般在45°~60°之间，部分区域由于平面过于狭长造成次梁夹角在15°~30°之间。单根主梁和次梁最大长度分别达到70m和53m。
多功能剧院钢结构由37个与建筑面一一对应的空间倾斜三角形或四边形平面组成，结构面与建筑完成面的距离为500mm。相邻平面夹角最小43.9°、最大为174.1°，面与面相交形成54条空间棱线，棱线相交形成18个空间角点。其结构构型原则与歌剧院外钢结构基本一致，不同的是平面内网格划分是将其周边主梁六等分或三等分而成的，次梁轴线最大夹角为90.2°，最小为15°。单根主梁和次梁最大长度分别达到50.8m和42.3m。
3.3节点设计
本工程有以下几种主要的节点：①主梁相交的节点，即空间角点；②支座节点，包括上部支点及周边落地支座节点；③庄梁与次梁、次梁与次梁相交的节点。
为保证结构的刚度，主次梁及次梁之间的节点均采用刚接节点，主要杆件贯通节点，其余杆件与之相贯连接，节点域内设置加劲板保证实现刚接作用。落地杆件在钢环梁上相贯焊接，环梁内相应位置设置加劲板，环梁下的球形支座与杆件轴线交点对中放置。节点示意图见图1。
图1
主梁相交的节点是本工程最大的难点：节点处相交的杆件最少6根，最多达到10根；杆件在空间以任意角度相交，夹角最小仅10°；由于杆件截面高度较大导致杆件搭接的范围很大。结构设计要求节点具有良好的刚接效果，以保证结构体系的稳定和刚度；同时，建筑效果要求幕墙对节点进行双曲面倒角，节点必须相应地进行倒角以保证幕墙体系的设置空间。常规的焊接节点很难满足设计要求，一方面由于节点造型奇异而难以实现，节点内的加劲肋无法施焊，另一方面由于焊缝的大量密集造成力学性能上的缺陷无法避免。该工程最终采用了铸钢节点来解决这一难题。铸钢节点设计遵循“节点更强”的原则，节点壁厚、倒角半径、端口净距、内加劲肋的设置等均结合受力要求、铸造工艺要求和现场焊接要求进行设计。铸钢节点可分为中间节点和支座节点两类，其中支座节点通过设置锥形管与球形支座相连。该工程共采用69个铸钢节点，其中歌剧院48个，多功能剧场21个，总重量达到1100t，单个铸钢节点最大重量达到39t。
结束语：总之，社会的发展促进了建筑行业的进步，随之而来的是大跨度结构的应用和设计逐渐被推广。在大跨度钢结构的设计中，人们的需求逐渐促进了结构向着新的方向发展，开始具备不同的意义和内涵。在进行大跨度结构设计的时候，首先要对当前的结构发展核心加以了解，对于国外的先进理念加以借鉴，不断的充实自身思路和设计，最终实现大跨度钢结构在质量和形式上都得到创新。
参考文献：
[1]韩克双，杜瑞刚.浅析大跨度建筑钢结构设计[J].中国科技纵横.2017.
[2]鲍德明.浅析大跨度建筑钢结构设计[J].建筑•建材•装饰.2016.
[3]史旭强，刘艳.浅析大跨度建筑钢结构设计[J].科技风.2015.
论文作者:张敏
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/9/10
标签：节点论文; 钢结构论文; 结构论文; 建筑论文; 大跨度论文; 支座论文; 构件论文; 《基层建设》2018年第20期论文;