五大鋼結構之四“桁架”建築如何深化設計？

    桁架結構是鋼結構中比較常見的結構形式，常常應用在場館、車站、機場等大型公共建築中，近年快速發展的高速鐵路、城際軌道交通的站房多采用這種結構形式，它具有跨度大、造型多等特點。

　　桁架結構在鋼結構事業部承建的項目中應用廣泛，是鋼結構事業部除門剛、勁鋼、網架結構形式之外又一重要的業務領域，桁架結構的深化設計也有著和其他結構形式的不同特點。事業部至今累計完成桁架結構項目近8萬噸，大部分項目深化設計為自主完成，積累了豐富的深化設計及施工經驗。

　　株洲神農大劇院——由一個1400座規模大劇院、一個400座規模實驗劇場及公共空間、後勤輔助用房組成，總建築面積40388m²。地下三層(大劇場臺倉)、地上三層，建築高度86.3m。大劇院空間桁架外殼鋼結構采用空間空腹箱形截面桁架結構體系，由控制基點沿徑向旋轉布置梁柱一體化變厚度平面空腹桁架，根據建築分格沿環向布置一定數量的連續空腹桁架，與徑向桁架形成空間結構體系，形成建築形態上的螺旋特征。整個鋼外殼主結構共由60榀徑向主桁架，14榀環向管桁架、3榀空間桁架以及壓力環、柱間支撐、屋面支撐、墻面抗風系統組成。單榀桁架跨度達120m，鋼結構總用鋼量約8000噸。

　　巴溪洲網球俱樂部——總建築面積2790㎡，地下1層、地上3層，結構采用箱形弦桿+圓鋼管腹桿桁架，東西桁架長60m，南北桁架長32m，桁架最大懸挑18m，總體用鋼量在5000噸左右。

　　湘江歡樂城冰雪世界——以百米天然深坑為依托進行建造，整個建築懸浮於礦坑之上。是迄今為止世界最大室內冰雪樂園與水上樂園相結合的主題樂園。項目室內總建築面積7.9萬平米，建築總高度95米。結構形式為鋼-混凝土組合結構，其中鋼結構屋蓋為鋼管混凝土立柱+巨型箱形截面鋼桁架。鋼材材質最高為Q420GJC，最大板厚為80mm，總用過量約2萬噸。

　　成都廣匯雪蓮堂——采用核心筒勁性結構+箱形截面鋼桁架體系結合預應力拉索結構，最大跨度60米，最大懸挑結構30米，創造近3000平米無柱大空間。建築面積約6.9萬平米。建築總體用鋼量達6000噸。

　　駐馬店市青少年宮科技館——總建築面積89000平方米，其中地上建築面積67500平方米，地下(人防、汽車庫及相關設備用房)建築面積為21500平方米。結構為框架、桁架、勁性、網殼等各種結構形式的綜合應用，建築總體用鋼量達9000噸。

　　楷林國際大廈——該項目是長沙市河西金融中心重要組成部分，由A、B、C三棟寫字樓組成，鋼結構均由勁性鋼柱和屋頂矩形鋼管桁架組成，其中鋼桁架跨度36～40m，凈高15.3～20m。鋼結構總用鋼量約5000噸。

　　神龍汽車有限公司成都分公司總裝車間——神龍汽車有限公司成都分公司總裝車間工程，包含主廠房、鋼雨棚及輔助用房，主廠房為角鋼桁架結構，長516m、寬288m，桁架最大跨度36m、凈高18m，總建築面積約12萬㎡。鋼結構總用鋼量約5000噸。

　　桁架結構一般由弦桿、腹桿及節點板組成，由於結構桿件所用材料的不同，便有鋼管桁架、H型鋼桁架、箱形截面桁架、角鋼桁架等多種類型。不同類型的桁架結構有著各自的特點，深化設計時也有不同的註意點和要求。

　　鋼管桁架

　　鋼管桁架的結構桿件材料有圓鋼管、方鋼管和矩形鋼管，桿件之間多采用相貫節點連接，針對這種桁架深化設計時要註意的主要有以下一些方面：

　　1.桁架桿件多為軸心受力，桿件相連應盡可能避免偏心，桿件軸心線在一個平面內，節點內多桿件相連時要求桿件軸心線匯交於一個點。

　　2.主管的外部尺寸不小於支管的外部尺寸，主管的壁厚不小於支管的壁厚，桿件相貫時要求大管貫小管，支管不得插入主管內。

　　3.桿件相貫時，桿件之間的夾角不小於30度。

　　4.支管與主管的連接焊縫，應沿全周連續焊接並平滑過渡。

　　5.多管相交時，要註意桿件之間的相貫次序，保證每根桿件均能做到全周連續焊接。

　　6.桁架分段制作時，上下弦的分段點需要錯開。分段點一般要設置對接襯管以保證對接焊縫質量。要采取相應措施避免設置對接襯管後妨礙桁架安裝的現象。

　　H型鋼桁架

　　H型鋼桁架形式有弦桿、腹桿，其均為H型鋼或者弦桿為H型鋼，腹桿為圓鋼管、方鋼管或矩形管。H型鋼桁架深化設計過程中除了註意鋼管桁架深化設計要點外還應註意以下幾點：

　　1.H型鋼上下弦桿焊接H型鋼的翼緣板拼接長度不小於2倍板寬;腹板拼接寬度不小於300mm，長度不小於600mm。(設計有特別要求的按設計執行)。

　　2.H型鋼桁架現場對接，上下弦桿對接焊縫不能在同一位置，上下錯開大於200。

　　3.H型鋼桁架上下弦桿如果材料截面需要變截，變截位置不能設置在節點處(一般結構設計圖中變截位置設置在節點處)，同時可將變截位置與現場對接位置合並，減少上下弦桿對接焊縫。

　　4.H型鋼桁架深化時要註意控制桁架的外型整體尺寸，加工時采取整體放樣制作，避免現場安裝時出現錯邊。

　　箱形截面桁架

　　箱形截面桁架形式有弦桿、腹桿，均為箱形截面，或弦桿為箱形截面，腹桿為圓鋼管、方鋼管或矩形管幾種。腹桿為圓鋼管、方鋼管或矩形管時，腹桿與弦桿、腹桿之間連接多為相貫連接，深化時的註意點與鋼管桁架相同。腹桿弦桿均為箱形時還應註意以下幾點：

　　1.桿件的對接需保證焊縫質量，采用利於現場焊接的連接節點形式。一般多采用頂端預留蓋板或側面開蓋板的形式。

　　2.箱體壁板的連接順序及連接焊縫位置需考慮箱體內加勁板的裝配，以保證無法采用電渣焊的加勁板能通過裝配工藝達到4面圍焊。

　　3.箱形截面桁架腹桿與弦桿現場連接時，多采用在弦桿節點位置設置牛腿以簡化現場焊縫保證焊接質量。

　　角鋼桁架

　　角鋼桁架多用於屋蓋結構體系中，常用於工業廠房建築。角鋼桁架多采用雙角鋼組成的T形截面，深化設計時應註意以下一些方面：

　　1.桁架應以桿件形心為軸線，連接螺栓中心線應盡可能的靠近桿件形心線，節點處各軸線應交於一點，盡量避免偏心。

　　2.當同一弦桿采用兩種不同截面材料時，截面的改變位置應在節點處，桿件的重心線要與桁架的形心線重合，若要求上皮在同一標高時，可采用鋼板墊平。

　　3.除支座節點外，其余采用鋼板連接的節點宜采用同一厚度的鋼板，支座節點比其他節點厚2mm以上。

　　4.節點板的形狀一般多采用矩形或梯形，通常情況下需要有兩條邊相互平行，節點板一般伸出角鋼邊緣10~15mm。

　　桁架結構建築除了桁架結構體系的深化設計之外，屋面墻面圍護系統的深化設計也是重要內容之一。

　　圍護系統的深化設計內容及要點與門剛、網架結構大同小異，所采用的材料也基本相同。需要特別註意的是圍護系統的深化設計往往需要聯合幕墻單位共同完成，做好交接面的連接方式處理，在滿足相應條件的情況下盡量做到連接節點工廠制作，減少現場在主結構上的焊接。