关键词：大跨度钢结构；设计；问题
引言
近年来，世界各国在积极加强现代化建设的过程中，建筑工程领域高速发展，各种先进的设计以及施工技术得以广泛应用。针对建筑屋盖体系来讲，设计以及施工也得到了创新，为大跨度钢结构空间钢网架的广泛应用奠定了基础。然而，该环节施工呈现出较强的系统性和复杂性，要想从根本上提升该环节施工质量，加强大跨度钢结构空间设计研究具有重要意义。
1大跨度钢网架结构的设计要点
1.1永久荷载
大跨度钢网架结构在设计时，永久荷载包含屋面覆盖材料的自重以及网架结构的自重。屋面覆盖材料的自重计算可由计算机自动完成或采用经验公式计算得出，如在有擦体系，还需要计算擦条的自重。屋面覆盖材料则通常说指防水层、屋面板、屋面保温层等所有上盖材料的自重总和，此外，屋内吊顶或设备管道等装修构造，则按实际情况计算。
1.2可变荷载
（1）屋面活荷载。根据《建筑结构荷载规范》（GB5009-2012）相关规定，屋面活荷载一般按屋面的水平投影面计算。对不上人的大跨度钢网架结构屋面，屋面均荷载标准值采用0.5kN/m2，但当施工或维修荷载较大时，应按实际情况设计取值，或在维修施工中采取特殊措施。
（2）雪荷载。屋面雪荷载取值主要考虑屋面几何形状、朝向和风向等相关要素。屋面雪荷载通常小于基本雪压，但有时也会产生积雪,如双跨或多跨曲面屋顶的交接处等，此时应该考虑雪荷载不均匀分布的情况。
（3）风荷载。当建筑周围的空气流动受到建筑物的阻挡时,就会在建筑物表面的方向形成吸力或压力，这些吸力或压力即设计时须考虑的建筑物所受的风荷载。由于风的特性，使得风荷载取值设计时须考虑风的静力和动力作用的双重特点。对风敏感的或大跨度（大于36m）的柔性屋盖结构，须考虑风压脉动对大跨度钢网架结构屋盖产生风振的影响。这种情况须先进行风洞试验，根据结果按随机振动理论计算确定风荷载取值。
（4）温度作用。由于季节、昼夜气温变化，大跨度钢网架屋面结构在因空气温度的变化而出现温差时，由于钢结构的杆件并不能自由变形，因此会在杆件中产生应力，称之为温度应力。温度应力的大小取值与钢结构合拢时的温度以及当地年最高或最低气温密切相关，因此在设计中应注意考虑。
（5）支座位移。支座的位移导致不均匀沉降，大跨度钢结构屋盖的钢结构杆件内会产生附加应力。
2钢网架结构设计的问题
我国在工程建设、创新的过程中，正不断的与大跨度空间结构相互融合，该结构的特点在于稳定性高，而且对各类复杂程度较高的工程，依然存在非常好的效果。相对而言，钢网架结构设计的操作，对于大跨度空间结构的运转，能够创造出较高的价值，而且整体上的发展趋势非常明朗。分析认为，钢网架结构设计的现状，主要是表现在以下几个方面：第一，钢网架结构设计的运用，的确是得到了业界内的高度欢迎，但是自身的设计难度并不低，尤其是在细节的考虑方面，必须加强各类测试与调研，所以在钢网架结构设计的体系上，还需要不断的健全，减少冗杂的操作模式，确保后续工作的开展，能够按照更高的标准来完成。第二，钢网架结构设计的进行，必须进行不断的优化，即便是针对中小型的工程，也要提出可靠性、可行性较高的方案，这样操作的好处在于，能够在系列不足的弥补上，不断的取得更高的效益。
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3钢网架结构设计的方法及策略
3.1钢结构体系性能设计
开展大跨度钢结构设计，要严格按照建筑抗震设计规范，依据设计标准，也就是钢筋伸长率必须要大于等于20%，抗拉强度实际测量值要小于等于0.85，进而达到建筑设计应用需求。照比美国的建筑设计规范，即AISC，我国在大跨度钢结构设计方面，还存在着不足。因此，在开展钢结构体系性能设计时，要注重依据建筑抗震能力，也就是小震63%、中震10%、大震2.5%，进行钢结构变形性能预测，保证钢结构体系性能设计能够达到具体要求。除此之外，开展体系性能设计时，还需要遵循我国相关规范，比如JGJ7-2010，做好结构稳定承载力的处理，明确承载力把控指标，进而满足设计要求。
3.2参数化设计
传统的结构三维建模技术在复杂大跨度空间结构的建模中的效率较低，难以应对设计师反复变更的设计方案，也不利于结构工程师对结构布置方案中各种参数变更进行比对。参数化技术解决了这一难题，在结构方案设计中，利用APDL编程语言或Grasshopper、GC等新型可视化参数设计平台对结构进行基于程序逻辑，并与可与建筑方案设计成果对接的参数化模型，即可根据需要通过少量几个参数快速对模型进行修改，工程实践证明，该方法可大大节省结构设计中的时间成本和人力成本。
3.3找型分析
3.3.1基本分析
找形分析方法主要是在软件出现以后，利用技术进行复杂曲面进行找形，主要包括拟合、光顺、拼接等方面。通过以上阶段可以完成复杂屋面的曲面形态。当前一些标准性建筑物因为没有使用一些建模软件在屋面形态中，出现了一些问题。因此应该使用相关方法进行解决。
3.3.2关于最小应变能找形分析
当前关于刚性结构找形分析方法来说，因为使用最小应变原理，利用大型有限元软件，可以解决高级分析中存在的一些问题。分析过程应该考虑与传统的设计相类似，现在结构在定的荷载下应变可以最小，则可以发现的结构刚度刚好可以，当前可以利用最小数学模型来进行计算，在优化设计之前先好好设计好变量、约束条件以及目标函数等，结构在特定的荷载下，可以达到刚度比较硬的状态。利用最小的应变能原理可以实现最小的曲面形状。
3.3.3关于最小应变能找形分析
当前对于索结构来说，因为结构的找形分析是非常关键的，因此其找形分析的主要目的就是通过结构的合理化形态进行预应力分析，当前结构的找形分析主要是通过结构找形分析的一些软件，通过计算，找出符合要求的形态以及分布。
3.4节点构造
基于变形能力设计，我们在具体实践中，要做好荷载和应变以及位移之间的关系分析，综合分析数据，做好钢节点延性性能的把控，比如屈服变形值等。为提升钢结构整体设计的水平，我们要做好变形值和屈服变形值之间比例系数的把控，使其处于大于1.2的状态，进而满足钢材使用的需求，避免出现设计问题。除此之外，弹塑性变形值要小于D/4；承载力变形值要小于D/100，进而达到设计要求。在设计时，要做好承载力的分析，贯彻应用荷载和应变关系分析法，精准确定荷载值，为钢节点性能设计，提供可靠的数据参考。
结语
我国在钢网架结构设计的掌握熟练度方面表现较高，而且各项工作的开展，基本上能够取得不错的成绩，整体上所具备的发展成就非常显著。未来，要继续对钢网架结构设计的特点、走向，进行深入的研究，尤其是在各类特殊的工程案例上，都要良好的掌握，针对区域性的钢网架结构设计模式，进行不断的改良。
参考文献
[1]JGJ7-2010,空间网格结构技术规程[S].
[2]GB50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
论文作者:王锐
论文发表刊物:《城镇建设》2019年22期
论文发表时间:2019/12/16
标签：荷载论文; 钢结构论文; 屋面论文; 结构论文; 大跨度论文; 钢网论文; 结构设计论文; 《城镇建设》2019年22期论文;