钢结构桁架结构在建筑中的应用

高谋

（陕西建工机械施工集团有限公司　陕西西安　710032）

新时期背景下，经济发展成效显著，对于钢材的需求量明显提高。具体表现在建筑工程项目中，对钢结构的使用也更为普及。钢结构建筑坚固性理想且资源消耗不大，实际的建造费用少，可回收价值较大，所以备受建筑厂家认可。桁架结构因其自身优势明显，被广泛应用在钢结构建筑中。由此可见，深入研究并分析桁架结构在钢结构建筑中的应用具有一定的现实意义。

1　桁架结构概述

1.1　定义

所谓的桁架结构，具体指的就是结构化梁式结构，而力杆件和节点几何体是这种结构的核心，结构本身质量轻且具有大跨度特征，施工方便。按照特征的差异，可以对桁架结构种类进行细化。其中，以外形为标准可以将桁架结构划分成折弦桁架结构、平行弦桁架结构与三角形桁架结构。而以几何组成为标准可以将桁架结构划分成联合桁架、简单桁架与复合桁架。以承受水平推力为标准对桁架结构进行细化，即有推力和无推力两种梁式结构。

1.2　基本作用原理

一般情况下，桁架结构中的各个杆件，在受力方面都是以单向拉伸和压缩为主。通过水平方向的拉与压即可确保桁架结构处于平衡状态，以免结构对支座施加水平推力。另外，桁架结构在布局方面具有灵活性，且实际的适用范围较为广泛。特别是抗弯性能，通过两端承受压力与拉力，能够使内力臂不断增加，抗弯强度得以优化。而且抗剪性能理想，可以向支座传递剪力，进一步提升抗剪的能力。由此可见，桁架结构的抗弯与抗剪性能都显著改善，为使用材料强度功能的发挥提供了必要的保障，被广泛应用在不同类型跨度屋顶结构设计中，尤其是钢结构建筑，使用效果明显。

2　桁架结构在钢结构建筑中的实践应用

根据上文对桁架结构定义与作用原理的研究与分析可以发现，桁架结构是钢结构建筑设计中最常使用的结构形式。为此，以下将通过具体工程案例，对桁架结构在钢结构建筑中的实践应用加以阐释，以期为桁架结构的推广使用提供有价值的参考依据。

2.1　工程案例

某大学屋盖钢结构工程主要涵盖了东屋盖结构与西屋盖结构。其中，东看台屋盖的结构主要由沿着径向所布置的12榀悬挑空间钢管桁架和沿着环向所布置的3道水平钢管桁架共同组成，属于空间钢管桁架结构。而西看台的屋盖结构则是由内部与外部两道环向拱形空间钢管桁架与径向的直线形钢管桁架组成，也是空间钢管桁架结构的一种类型，如图1所示。

图1　西看台罩棚的钢结构图示

下文将以西看台罩棚的钢结构为重点展开研究与分析。

2.2　桁架地面拼装环节

2.2.1拼装的步骤

（1）优化布置拼装的现场，选择体育场的内外部，共同完成构件堆场以及拼装场地的设置，为桁架就近拼装提供必要的保障。

（2）拼装的流程。在完成地面准备以后，要选择支撑点投影并放线，合理搭设胎架。在此基础上，开展测量与复测工作，完成放线定位任务。随后，即可安装下弦杆定位与上弦杆定位。除此之外，还包括腹杆定位的安装与桁架复测等多个环节。

（3）合理设计拼装胎架。综合考虑现场的场地环境与吊装的方案，将桁架截面的形状与结构特点作为重点参考依据。要想确保桁架拼装与吊装的精准程度，还应当对拼装胎架进行有效地设计。需要注意的是，拼装的胎架需要被布置于桁架上弦节点与下弦节点的位置，对桁架进行予以支撑。要想有效地规避胎架的植株和主拱腹杆发生碰撞，应保证胎架支柱向节点位置偏移特定距离。

2.2.2拼装的方法

①根据桁架图纸要求完成定位放线；②按照定位线对胎架进行摆放；③正确摆放桁架上弦杆与下弦杆，并完成径向桁架腹杆的组装，使用均点焊的方式加以固定；④完成桁架间环向桁架的组装，同样使用点焊进行固定；⑤桁架间单向斜撑的组装，借助电焊的方式予以固定；⑥复测整体桁架，确保尺寸与设计要求相适应；⑦根据具体顺序开展焊接施工作业；⑧焊缝探伤工作的开展；⑨及时填补油漆，为吊装做准备。

2.2.3保证拼装质量的有效方法

一方面，焊接收缩量补偿。可以在工厂内部完成无余量的预组装工作，也就是在确定杆件下料长度的时候，无需对焊缝的根部间隙予以考虑。在这种情况，控制尺寸就是设计尺寸。另外，应在吊装现场实施有余量的拼装作业，具体指的就是预留出焊缝根部的间隙。

另一方面，灵活使用补偿加载挠度。对各点位置挠度的变形值加以计算，并且在胎架拼装搭设方面，充分衡量挠度的补偿数值。

2.3　桁架的安装

（1）合理选择吊装机械设备。结合西看台结构与构件的形式、作业半径以及重量等多种因素，对吊装机械设备进行选择。其中，可以在场内选择使用型号为7150的150t履带吊，主要的功能就是主拱分段的吊装。而在场外要选择型号为LR1200的200t履带吊，主要的功能就是吊装外主拱分段以及径向桁架。

（2）对吊装单元的有效验算。综合考虑结构的构成特征与吊装环节构件的受力特征，在吊装过程中，应选择使用具有代表性的吊装单元完成验算。其中，对于内拱的首段吊装单元，其节点的最大位移是1.3mm，最大的应力是每平方毫米为15N。由此可以得出结论，此构件处于稳定状态。在内拱的第六段吊装单元中，其节点的最大位移是0.82mm，最大的应力是每平方毫米为15N。由此可以得出结论，构件具有较强的稳定性。

（3）安装主桁架。在所有吊装单元完成拼装以后，即可开展吊装作业。在实践过程中，应借助捆绑式的吊装模式，尽可能保证吊钩的位置和每榀吊装单元的重心相互重合。

3　桁架结构未来发展展望

在优化桁架结构方面，核心在于桁架结构的优化，可以借助桁架截面与节点位置优化手段实现这一目标。另外，在优化结构截面面积与节点位置的过程中，也是保证结构与应力、节点位移等诸多约束条件相吻合的重要基础。伴随社会经济的加速发展，建筑材料与施工水平也与时俱进地实现了创新性发展，更多的理论与优化方案产生，同样也提出了桁架结构模型。由此可见，桁架结构在未来建筑建设中的应用也将更为普遍。

4　结束语

综上所述，基于市场竞争的愈加激烈，建筑行业的建设施工更强调安全性与效益性。其中，桁架结构因其自身优势在钢结构建筑建设中的重要性逐渐突显出来。在这种情况下，贯彻落实钢结构建设施工的过程中，应灵活运用桁架结构，通过采取优化设计的方式和创新措施，有效地获取更为可观的经济效益与社会效益。

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