大跨度钢结构空间管桁架设计要点分析

张媛媛 辛晓鹏

摘  要：在我国积极进行现代化建设的過程中，随着建筑工程规模的逐渐扩大，建筑屋盖体系也逐渐发生了变化，钢结构成为建筑屋盖体系的主要形式，大跨度钢结构空间管桁架应用也越来越广泛。鉴于此，该文对空间管桁架结构进行了简要概述，并详细探讨了大跨度钢结构空间管桁架设计的要点，为工程设计提供参考。

关键词：大跨度;钢结构;空间管桁架;设计要点

中图分类号：TU393                文献标志码：A

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管桁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管桁架设计研究具有重要意义。

1 空间管桁架结构

现阶段，我国民用建筑、工业建筑等各种大型建筑工程施工中，对空间管桁架结构的应用越来越广泛，典型代表有哈尔滨滑雪场、成都机场航站楼以及上海央子港大桥等。

不同的杆架布置会导致管桁架形成差异化受力特征，根据这一特点通常可以将管桁结构分为空间和平面2种形式。平面管桁结构即腹杆和上、下弦等都位于同一平面上，但是，这种结构形式平面外刚度较弱，易造成平面外失稳。当腹杆与上、下弦位于三角形截面上形成空间结构时，能加大结构适用跨度并形成较好的空间稳定性，同时还能够构建美感良好的外观。在无法有效布置平面外支撑时，较大跨度空间屋盖结构可以采用空间三角形管桁架，这种形式呈现出较好的稳定性，所使用的支撑构件数量较少，因此成本较低。

正方形、圆形以及长方形等是管桁架连接件杆件截面的主要类型，在采用圆形连接件截面时，应对C—C型桁架进行应用;在采用正方面连接件截面时，应对R—R型桁架进行应用;在采用长方形连接件截面时，应对R—C型桁架进行应用。

桁架外形会受到弦杆类型的直接影响，通常以曲线型桁架和直线型桁架为主，从提升建筑美观度来看，曲线型桁架呈现出较高的应用优势，要想降低施工成本，在实际进行曲线型管桁结构设计时，可以采用直杆形式的杆件，将曲线替换成近似折线。

应用钢管桁架结构展开设计和施工，不仅能够提升建筑工程外形的美观性，同时还能够降低成本，同其他施工材料相比，应用钢管桁架结构过程中所使用的材料更加合理，符合现代建筑工程建设需求，与先进的设计理念相符。

2 大跨度钢结构空间管桁架设计的要点

随着大跨度钢结构空间管桁架的广泛应用，要求设计人员全面掌握设计要点，才能够将大跨度钢结构空间管桁架的优势全面发挥出来，以下从主管不等壁厚对接设计、K型搭接节点处设计、空间管桁架施工设计、相贯口补块设计等角度出发展开了探讨。

2.1 主管不等壁厚对接设计

主管对接口处在大跨度变截面中，经常会产生不等壁厚对接现象，针对这一问题，设计人员在实际工作中，通常会要求生产厂家严格进行全部主管对接口的打内坡口处理，同时为了满足充当衬垫的要求，还需要对折板进行应用。然而，多数内坡口构件在实际施工中的应用，都呈现出施工难度大、耗时长的特点。此外，同发达国家相比，我国的无缝管制造技术还存在一定滞后性，因此可以对卷管制作法进行充分应用，但是这一过程中直缝钢管圆度差异问题的形成不可避免。

根据建筑工程施工相关规定，严禁产生±0.75%的直缝钢管以及外径偏差率大于3.0 mm/m的弯曲度偏差度。在2个构件焊接中，当二者拥有不同的厚度与宽度时，当焊件一侧拥有超过4 mm以上的厚度时，则应从厚度与宽度2个角度出发，沿着一侧或两侧制成斜角，1︰1.25为该斜角最大坡度控制参数。

2.2 K型搭接节点处设计

从节点构造上来看，搭接节点通常可以分为3种类型，分别为完全搭接、部分搭接和间隙搭接。针对结构不同的节点在设计时，必须对搭接的方法进行科学选择和控制，避免内隐藏焊缝数量的增加。一般而言，在设计中应严格控制主管与腹杆的直径比，二者的取值范围应控制在不小于0.2和不大于1的范围内，而搭接量在腹杆之间应控制在不小于25%的范围内。在选择节点的过程中，应注重采取有效措施将搭接节点替换成间隙节点，这是因为同部分搭接节点相比，间隙节点更加容易组装，施工便捷。

通常情况下，不可以将焊接施工应用于部分搭接节点的隐藏部位，而当拥有大于1.5的主管与腹杆不平衡系数时，才能够将焊接应用于部分搭接节点上。选择搭接节点时，应注重将25%宽度的被搭接管与搭接管进行重叠。同时，针对部分搭接的K型节点来讲，当主管垂直方向的内力小于腹管内力的1/5时，此时被搭接杆件趾部不可以焊接。并且，针对搭接节点构件来讲，圆管外层直径同构件壁的厚度之间的比值不能大于100。通常情况下，应严格控制K型节点构件搭接率，这一数值应不小于25%且不大于100%。当设计施工中产生厚度不同的腹杆时，在实际展开焊接施工的过程中，应将薄壁管搭在厚壁管上方。

由此可见，在实际设计空间管桁架时，应对杆件节点承受力以及杆件进行集中考虑，高度重视节点的构造，在设计节点构造的过程中，整体考虑各个杆件，为其他设计环节奠定良好基础。

2.3 空间管桁架施工设计

在实际展开空间管桁架施工的过程中，应遵循的主要程序为“先点焊，后全焊”，当搭接节点存在于桁架施工当中时，施工人员必须对焊接搭接的部位进行明确处理，也就是说，在实际展开施工的过程中，应充分确认各个构件安装先后顺序，避免颠倒构件安装顺序导致建筑工程施工以及后期使用过程中存在严重的安全隐患。

安装空间管桁架的过程中，应从以下安装顺序入手：在安装主管的基础上对支管进行安装，在完成一个支管安装以后应直接焊接直管趾部，最后才可以将焊缝焊接应用于支管与支管之间。

2.4 相贯口补块设计

建筑工程整个设计施工过程中，存在系统性和复杂性较强的特点，在实际展开施工的过程中，影响工程质量的因素也相对较多，人为失误和设备误差等都将对整个工程设计以及施工造成严重误差，这些因素的存在都将导致过大的缝隙产生于相贯口缝隙当中，因此只有及时展开查缺补漏才能够降低相贯口缝隙过大现象发生的概率。

第一，当拥有超过8 mm的桁架同主弦管相贯口间隙长度时，在处理这一问题的过程中，应将相贯口进行彻底替换，同时也可以切割相贯口周围部分结构，实际展开切割的过程中应呈现出长椭圆形，长度不可以小于500 mm，并替换切割部分，在替换施工中进行打坡口焊接施工;第二，当拥有过大支管相贯口间隙时，应实施支管相贯口的局部构件补块，使用长椭圆形补块，保证其拥有不小于300 mm的长度，并采用坡口焊接法。

3 结语

综上所述，近年来，在我国现代化建筑工程建设的高速发展的过程中，大跨度钢结构空间管桁架的应用越来越普遍，大大提升了建筑的美观性以及功能性。因此，相关设计人员应对大跨度钢结构空间管桁架设计的重要性产生深刻认知，并从主管不等壁厚对接设计、K型搭接节点处设计、空间管桁架施工设计、相贯口补块设计等角度出发，深入研究，为从根本上提升大跨度钢结构空间管桁架应用价值奠定理论基础。

参考文献

[1]邵志民，刘伟，姜滨.某体育中心空间管桁架结构设计[J].低温建筑技术，2018，31（5）：46-48.

[2]祝建明.基于BIM技术的钢结构深化设计管理应用[J].建筑技术开发，2017，44（7）：10-11.

[3]吴国来.清流县体育中心体育馆屋面管桁架吊装施工技术[J].施工技术，2018，47（8）：11-15.

[4]尹越，刘卓，王帅，等.平面钢管桁架整体稳定实用设计方法[J].天津大学学报，2018，51（z1）：35-41.