鋼結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)在建筑中的應(yīng)用

高謀

（陜西建工機(jī)械施工集團(tuán)有限公司　陜西西安　710032）

新時(shí)期背景下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展成效顯著，對(duì)于鋼材的需求量明顯提高。具體表現(xiàn)在建筑工程項(xiàng)目中，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的使用也更為普及。鋼結(jié)構(gòu)建筑堅(jiān)固性理想且資源消耗不大，實(shí)際的建造費(fèi)用少，可回收價(jià)值較大，所以備受建筑廠家認(rèn)可。桁架結(jié)構(gòu)因其自身優(yōu)勢(shì)明顯，被廣泛應(yīng)用在鋼結(jié)構(gòu)建筑中。由此可見(jiàn)，深入研究并分析桁架結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1　桁架結(jié)構(gòu)概述

1.1　定義

所謂的桁架結(jié)構(gòu)，具體指的就是結(jié)構(gòu)化梁式結(jié)構(gòu)，而力桿件和節(jié)點(diǎn)幾何體是這種結(jié)構(gòu)的核心，結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量輕且具有大跨度特征，施工方便。按照特征的差異，可以對(duì)桁架結(jié)構(gòu)種類(lèi)進(jìn)行細(xì)化。其中，以外形為標(biāo)準(zhǔn)可以將桁架結(jié)構(gòu)劃分成折弦桁架結(jié)構(gòu)、平行弦桁架結(jié)構(gòu)與三角形桁架結(jié)構(gòu)。而以幾何組成為標(biāo)準(zhǔn)可以將桁架結(jié)構(gòu)劃分成聯(lián)合桁架、簡(jiǎn)單桁架與復(fù)合桁架。以承受水平推力為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，即有推力和無(wú)推力兩種梁式結(jié)構(gòu)。

1.2　基本作用原理

一般情況下，桁架結(jié)構(gòu)中的各個(gè)桿件，在受力方面都是以單向拉伸和壓縮為主。通過(guò)水平方向的拉與壓即可確保桁架結(jié)構(gòu)處于平衡狀態(tài)，以免結(jié)構(gòu)對(duì)支座施加水平推力。另外，桁架結(jié)構(gòu)在布局方面具有靈活性，且實(shí)際的適用范圍較為廣泛。特別是抗彎性能，通過(guò)兩端承受壓力與拉力，能夠使內(nèi)力臂不斷增加，抗彎強(qiáng)度得以?xún)?yōu)化。而且抗剪性能理想，可以向支座傳遞剪力，進(jìn)一步提升抗剪的能力。由此可見(jiàn)，桁架結(jié)構(gòu)的抗彎與抗剪性能都顯著改善，為使用材料強(qiáng)度功能的發(fā)揮提供了必要的保障，被廣泛應(yīng)用在不同類(lèi)型跨度屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其是鋼結(jié)構(gòu)建筑，使用效果明顯。

2　桁架結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的實(shí)踐應(yīng)用

根據(jù)上文對(duì)桁架結(jié)構(gòu)定義與作用原理的研究與分析可以發(fā)現(xiàn)，桁架結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)中最常使用的結(jié)構(gòu)形式。為此，以下將通過(guò)具體工程案例，對(duì)桁架結(jié)構(gòu)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的實(shí)踐應(yīng)用加以闡釋?zhuān)云跒殍旒芙Y(jié)構(gòu)的推廣使用提供有價(jià)值的參考依據(jù)。

2.1　工程案例

某大學(xué)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)工程主要涵蓋了東屋蓋結(jié)構(gòu)與西屋蓋結(jié)構(gòu)。其中，東看臺(tái)屋蓋的結(jié)構(gòu)主要由沿著徑向所布置的12榀懸挑空間鋼管桁架和沿著環(huán)向所布置的3道水平鋼管桁架共同組成，屬于空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)。而西看臺(tái)的屋蓋結(jié)構(gòu)則是由內(nèi)部與外部?jī)傻拉h(huán)向拱形空間鋼管桁架與徑向的直線形鋼管桁架組成，也是空間鋼管桁架結(jié)構(gòu)的一種類(lèi)型，如圖1所示。

圖1　西看臺(tái)罩棚的鋼結(jié)構(gòu)圖示

下文將以西看臺(tái)罩棚的鋼結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)展開(kāi)研究與分析。

2.2　桁架地面拼裝環(huán)節(jié)

2.2.1拼裝的步驟

（1）優(yōu)化布置拼裝的現(xiàn)場(chǎng)，選擇體育場(chǎng)的內(nèi)外部，共同完成構(gòu)件堆場(chǎng)以及拼裝場(chǎng)地的設(shè)置，為桁架就近拼裝提供必要的保障。

（2）拼裝的流程。在完成地面準(zhǔn)備以后，要選擇支撐點(diǎn)投影并放線，合理搭設(shè)胎架。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)展測(cè)量與復(fù)測(cè)工作，完成放線定位任務(wù)。隨后，即可安裝下弦桿定位與上弦桿定位。除此之外，還包括腹桿定位的安裝與桁架復(fù)測(cè)等多個(gè)環(huán)節(jié)。

（3）合理設(shè)計(jì)拼裝胎架。綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地環(huán)境與吊裝的方案，將桁架截面的形狀與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)作為重點(diǎn)參考依據(jù)。要想確保桁架拼裝與吊裝的精準(zhǔn)程度，還應(yīng)當(dāng)對(duì)拼裝胎架進(jìn)行有效地設(shè)計(jì)。需要注意的是，拼裝的胎架需要被布置于桁架上弦節(jié)點(diǎn)與下弦節(jié)點(diǎn)的位置，對(duì)桁架進(jìn)行予以支撐。要想有效地規(guī)避胎架的植株和主拱腹桿發(fā)生碰撞，應(yīng)保證胎架支柱向節(jié)點(diǎn)位置偏移特定距離。

2.2.2拼裝的方法

①根據(jù)桁架圖紙要求完成定位放線；②按照定位線對(duì)胎架進(jìn)行擺放；③正確擺放桁架上弦桿與下弦桿，并完成徑向桁架腹桿的組裝，使用均點(diǎn)焊的方式加以固定；④完成桁架間環(huán)向桁架的組裝，同樣使用點(diǎn)焊進(jìn)行固定；⑤桁架間單向斜撐的組裝，借助電焊的方式予以固定；⑥復(fù)測(cè)整體桁架，確保尺寸與設(shè)計(jì)要求相適應(yīng)；⑦根據(jù)具體順序開(kāi)展焊接施工作業(yè)；⑧焊縫探傷工作的開(kāi)展；⑨及時(shí)填補(bǔ)油漆，為吊裝做準(zhǔn)備。

2.2.3保證拼裝質(zhì)量的有效方法

一方面，焊接收縮量補(bǔ)償?？梢栽诠S內(nèi)部完成無(wú)余量的預(yù)組裝工作，也就是在確定桿件下料長(zhǎng)度的時(shí)候，無(wú)需對(duì)焊縫的根部間隙予以考慮。在這種情況，控制尺寸就是設(shè)計(jì)尺寸。另外，應(yīng)在吊裝現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施有余量的拼裝作業(yè)，具體指的就是預(yù)留出焊縫根部的間隙。

另一方面，靈活使用補(bǔ)償加載撓度。對(duì)各點(diǎn)位置撓度的變形值加以計(jì)算，并且在胎架拼裝搭設(shè)方面，充分衡量撓度的補(bǔ)償數(shù)值。

2.3　桁架的安裝

（1）合理選擇吊裝機(jī)械設(shè)備。結(jié)合西看臺(tái)結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的形式、作業(yè)半徑以及重量等多種因素，對(duì)吊裝機(jī)械設(shè)備進(jìn)行選擇。其中，可以在場(chǎng)內(nèi)選擇使用型號(hào)為7150的150t履帶吊，主要的功能就是主拱分段的吊裝。而在場(chǎng)外要選擇型號(hào)為L(zhǎng)R1200的200t履帶吊，主要的功能就是吊裝外主拱分段以及徑向桁架。

（2）對(duì)吊裝單元的有效驗(yàn)算。綜合考慮結(jié)構(gòu)的構(gòu)成特征與吊裝環(huán)節(jié)構(gòu)件的受力特征，在吊裝過(guò)程中，應(yīng)選擇使用具有代表性的吊裝單元完成驗(yàn)算。其中，對(duì)于內(nèi)拱的首段吊裝單元，其節(jié)點(diǎn)的最大位移是1.3mm，最大的應(yīng)力是每平方毫米為15N。由此可以得出結(jié)論，此構(gòu)件處于穩(wěn)定狀態(tài)。在內(nèi)拱的第六段吊裝單元中，其節(jié)點(diǎn)的最大位移是0.82mm，最大的應(yīng)力是每平方毫米為15N。由此可以得出結(jié)論，構(gòu)件具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

（3）安裝主桁架。在所有吊裝單元完成拼裝以后，即可開(kāi)展吊裝作業(yè)。在實(shí)踐過(guò)程中，應(yīng)借助捆綁式的吊裝模式，盡可能保證吊鉤的位置和每榀吊裝單元的重心相互重合。

3　桁架結(jié)構(gòu)未來(lái)發(fā)展展望

在優(yōu)化桁架結(jié)構(gòu)方面，核心在于桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，可以借助桁架截面與節(jié)點(diǎn)位置優(yōu)化手段實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。另外，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)截面面積與節(jié)點(diǎn)位置的過(guò)程中，也是保證結(jié)構(gòu)與應(yīng)力、節(jié)點(diǎn)位移等諸多約束條件相吻合的重要基礎(chǔ)。伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，建筑材料與施工水平也與時(shí)俱進(jìn)地實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)新性發(fā)展，更多的理論與優(yōu)化方案產(chǎn)生，同樣也提出了桁架結(jié)構(gòu)模型。由此可見(jiàn)，桁架結(jié)構(gòu)在未來(lái)建筑建設(shè)中的應(yīng)用也將更為普遍。

4　結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的愈加激烈，建筑行業(yè)的建設(shè)施工更強(qiáng)調(diào)安全性與效益性。其中，桁架結(jié)構(gòu)因其自身優(yōu)勢(shì)在鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)中的重要性逐漸突顯出來(lái)。在這種情況下，貫徹落實(shí)鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)施工的過(guò)程中，應(yīng)靈活運(yùn)用桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)采取優(yōu)化設(shè)計(jì)的方式和創(chuàng)新措施，有效地獲取更為可觀的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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