試論鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其優(yōu)化措施

郭愛(ài)芳

摘要：由于目前我國(guó)建筑行業(yè)是一個(gè)處于穩(wěn)步快速上升的發(fā)展階段，因此各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)設(shè)備都能夠得到充分推廣和廣泛應(yīng)用，這其中鋼網(wǎng)架主結(jié)構(gòu)所能夠覆蓋的應(yīng)用領(lǐng)域較大，受力也很合理，能比較好的符合現(xiàn)代人們對(duì)當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)水平的提高需求。本文基于對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)類型選擇，以及鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析，從而進(jìn)一步研究提出各種優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，以此來(lái)有效推動(dòng)我國(guó)當(dāng)前建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平的不斷提高發(fā)展。

關(guān)鍵詞：鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu);設(shè)計(jì)方法;優(yōu)化措施

一、引言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作為當(dāng)前建筑行業(yè)中一種主要的應(yīng)用形式，主要是通過(guò)多根桿件以及節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)格形式，這樣能夠更加有效地完成內(nèi)力的傳導(dǎo)，使其空間呈現(xiàn)更加的合理。除此之外，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)還具有結(jié)構(gòu)通透、造型美觀多變等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于大型公共建筑和各類場(chǎng)館。此結(jié)構(gòu)由于本身的節(jié)點(diǎn)較多，以及在施工過(guò)程中需要大量的桿件，會(huì)占用較大的施工場(chǎng)地。但是隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也在逐步優(yōu)化，設(shè)計(jì)師也在最大化發(fā)揮自己的才智，根據(jù)工程的實(shí)際建設(shè)需求進(jìn)行量身定做。

二、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)類型的選擇

鋼網(wǎng)架主體結(jié)構(gòu)相對(duì)而言較為復(fù)雜，在對(duì)建筑鋼結(jié)構(gòu)各種類型材料進(jìn)行正確選擇時(shí)，首先必須要充分考慮到具體使用載荷的需求，每種受力結(jié)構(gòu)的具體受力特點(diǎn)不同，所能承受的具體荷載也可能有較大的變化。在網(wǎng)架設(shè)計(jì)的初始施工階段時(shí)，就應(yīng)當(dāng)充分考慮網(wǎng)架主體結(jié)構(gòu)受到各種外力的影響情況，以便最大化地充分發(fā)揮支承結(jié)構(gòu)在網(wǎng)架的實(shí)際施工使用中的效能。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)首先考慮的因素是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和受力性能，根據(jù)建筑工程建設(shè)的實(shí)際使用需要選擇與之相對(duì)應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)類型，從而更好地能夠保證各種鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架在實(shí)際使用的過(guò)程中不會(huì)輕易出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形。在現(xiàn)階段，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)應(yīng)用的單元類型主要有三角錐與四角錐兩種，因?yàn)檫@兩種錐體有較強(qiáng)的幾何穩(wěn)定性。同時(shí)，在進(jìn)行鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)類型選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)提前準(zhǔn)備多種方案供客戶篩選，要同時(shí)考慮到材料的使用數(shù)量和機(jī)械設(shè)備選擇，從而才能制定出更加優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

三、鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的主要原則

節(jié)點(diǎn)作為鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在整個(gè)結(jié)構(gòu)中起到至關(guān)重要的承載作用。因?yàn)榱κ峭ㄟ^(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳導(dǎo)的，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一定要科學(xué)利用節(jié)點(diǎn)的性能，讓網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理，并且還要將安裝便利、經(jīng)濟(jì)效益等這些問(wèn)題考慮在內(nèi)，從多角度出發(fā)，使其整個(gè)設(shè)計(jì)方案更加完善。在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，無(wú)論是一類節(jié)點(diǎn)一定要按照受力的大小以及構(gòu)造要求進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，滿足相應(yīng)規(guī)范的要求，從而更好的保證工程的建設(shè)品質(zhì)。支座節(jié)點(diǎn)在具體的設(shè)計(jì)中，需要考慮選型及造價(jià)因素。

3.2鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要原則是科學(xué)計(jì)算承重，它屬于空間桿系結(jié)構(gòu)，具有三維受力的高次超靜定結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能承受各方向桿的作用，即使一根桿失效，僅少一次超靜定次數(shù)，內(nèi)力可重分布，網(wǎng)架整不會(huì)失效，具有極高的安全儲(chǔ)備。網(wǎng)架中的上弦、下弦、腹桿工作時(shí)互為支撐，共同受力，因此它在受力方面具有優(yōu)勢(shì)，并具有良好的抗震性，由于網(wǎng)架只能在球節(jié)點(diǎn)承受外部荷載，因此桿件主要承受軸向拉力以及壓力，能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度，內(nèi)力不同，桿件規(guī)格不同，一遍節(jié)省鋼材。在對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)所有構(gòu)件準(zhǔn)確核算，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，穩(wěn)定的基礎(chǔ)之上，再對(duì)構(gòu)件進(jìn)行必要的優(yōu)化。根據(jù)建筑的實(shí)際應(yīng)用對(duì)承重構(gòu)件進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的承重特點(diǎn)，制定科學(xué)的設(shè)計(jì)方案。

3.3鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件設(shè)計(jì)原則

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是當(dāng)前我國(guó)建筑工程常用一種新型屋面結(jié)構(gòu)形式，它具有前期建設(shè)施工時(shí)間短、資金投入少的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前網(wǎng)架結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要以Q235與Q355兩種鋼材材料為主，這兩種材質(zhì)采購(gòu)方便能更好地體現(xiàn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，能夠更好地便于工地進(jìn)行材料拼接、焊接等工藝，是當(dāng)前我國(guó)鋼材市場(chǎng)較為常見(jiàn)的兩種鋼材。由于桿件采用圓鋼管，所以具有更好的受力特性和易加工性，網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)也能采用更加簡(jiǎn)便的螺栓球或焊接球。

四、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面排水設(shè)計(jì)及優(yōu)化

4.1網(wǎng)架變高度

網(wǎng)架屋面的排水設(shè)計(jì)是非常重要的一項(xiàng)內(nèi)容，因?yàn)榫W(wǎng)架屋面的匯水面積較大，對(duì)這樣的建筑需要進(jìn)行科學(xué)排水統(tǒng)籌。網(wǎng)架屋面的排水設(shè)計(jì)可以通過(guò)網(wǎng)架上弦結(jié)構(gòu)高度的變化來(lái)找排水坡度，這樣網(wǎng)架屋脊處矢高大，天溝處矢高小，既能滿足排水坡度又能讓網(wǎng)架受力跟合理。

4.2整個(gè)網(wǎng)架起拱

采用網(wǎng)架起拱的方式能夠加速排水效果，使其屋面的排水速度更加流暢。這種方法的原理是讓網(wǎng)架的上下弦桿始終保持平行，然后將網(wǎng)架從跨中進(jìn)行抬高，使其中間部分呈現(xiàn)拱起的狀態(tài)，這樣能夠獲得更好的下部使用空間，但是由于起拱的原因也會(huì)導(dǎo)致支座水平剪力的增加。

4.3網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

不同類型的鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)對(duì)其使用的要求是不一樣的，并且同一個(gè)項(xiàng)目由于選擇不同的基礎(chǔ)單元用鋼量也不同。與此同時(shí)，網(wǎng)架跨度也會(huì)直接影響整個(gè)網(wǎng)架的厚度和網(wǎng)格的尺寸，因此，如果進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)必須要遵守網(wǎng)架計(jì)算準(zhǔn)則，采用網(wǎng)架數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)規(guī)劃法和網(wǎng)架系統(tǒng)替換設(shè)計(jì)法等方法進(jìn)行一系列的優(yōu)化和對(duì)比，通過(guò)不同的優(yōu)化方法更全面的考慮整個(gè)網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特征和參數(shù)，同時(shí)也可以根據(jù)網(wǎng)架的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行調(diào)整，使其更加完善。

增加網(wǎng)架結(jié)構(gòu)使用周期的措施

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的運(yùn)用具有十分廣闊的使用空間，但是因?yàn)椴牧媳旧淼脑?，?dǎo)致經(jīng)常性的產(chǎn)生銹蝕等問(wèn)題的出現(xiàn)，如果對(duì)此問(wèn)題不加以重視，產(chǎn)使其銹蝕面積不斷擴(kuò)大，最終對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱患。因此，在設(shè)計(jì)師進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粴夂蚝偷乩硖卣鞯纫蛩乜紤]合適防腐做法，從源頭上降低網(wǎng)架生銹的問(wèn)題，才能延長(zhǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的使用壽命。

總結(jié)

綜上所述，通過(guò)本次淺談針對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化方法及其處理措施進(jìn)行分析，認(rèn)識(shí)了解到目前鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)類型，以及針對(duì)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所用材料及其它需要特別注意的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，并提出有關(guān)鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的具體優(yōu)化處理措施。我們相信在建筑設(shè)計(jì)專業(yè)人員與施工技術(shù)人員雙方的共同努力之下，鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作會(huì)更好地服務(wù)于整個(gè)國(guó)家的建筑工程事業(yè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲萍.鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其優(yōu)化措施[J].住宅與房地產(chǎn)，2020（06）：92-93.

[2]賽福鼎·乃吉木.試論鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法及其優(yōu)化措施[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2017（04）：250。

1729500511313