浅析钢结构网架设计和施工
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【摘 要】科技的快速发展，给人们的生活带来了很多便捷的工具和结构形式，钢结构网架就其中之一。因为钢结构网网架本身具有跨度大、刚度好、自重轻、材料单一的特点，它们被广泛的适用于城市大桥、飞机场的飞机库、桥梁等大型工程中。而网架结构又分为正交与斜交两种结构形式，其中正交结构形式的网架结构具有非常显著的优势，因此被广泛的使用。本文从网架结构的常识入手进行分析，对网架结构的设计过程做一个简述，对钢结构网架的施工步骤进行介绍。
【关键词】钢结构；网架设计；施工
由于钢结构网架的主材是钢材，所以被统称为钢结构。根据结构和用途的不同，又出现了网架结构。钢结构本身具有生产快、生产量大，而且施工速度较快的特点，这也是钢结构网架被广泛应用的原因之一。
一、网架结构的基本特点
网架结构在结构形式上分为正交与斜交两种。其中，正交是通过正放钢材使其成为“井”字形的网架，其施工方式极为方便，因此在工程施工中被大量采用。对于60―80m的大跨度双向桁架网架，其属于相互交叉的桁架网架结构。在设计与施工时，将其简支在周围存在的支柱上，而且对于该结构来说，其本身质量轻，而且其设计原理是通过相互交叉的桁架结构，使其受到的力能够均匀的分布到各个方向，使得桁架整体受力，从而有效地减轻其破坏强度，延长其寿命。而且对于钢结构桁架网架结构来说，其使用的材料强度高，整体性能较好，具有很强的稳定性，能够充分的发挥出材料的各方面性能，而且大型的桁架结构所占空间大，具有很强的刚度，其危险截面也有很强的承受剪切或扭曲载荷的能力，同时，又因为在施工时采用了正交的结构形式，其都是以90°的角度正交连接的，从而使得整个机构呈现“井”字形结构，在施工时采用该种结构形式会使得其施工与安全都能够得到相应的保证，而且对于施工过程来说，采用该种形式的安装结构对于在施工之前制造半成品或成品都变得十分简单，而且其在高空中的拼接也变得十分简单，这也就使得整个工程的施工进度与质量都能够得到很好的保证。而对于斜角结构形式来说其制作难度大，而且在高空拼接时对于精度与角度的掌握非常困难，这也就使得整个高空作业变得十分困难。
二、网架结构的设计方法
（一）对相应的杆件、节点进行假定
在设计方案中，要采用假定的方式对其进行设计，假定杆件只在轴向载荷的作用下失效，假定其节点的连接方式属于铰链连接。在网架结构中，由于其挠度大于其平面内的水平变位角度，而其挠度范围又非常大，远远大于起挠度，因此在设计网架时，要以其理论计算方法进行计算。
（二）对钢结构网架进行分析，采用合理的分析方法
一般情况下，在大型的钢结构网架的设计一般都是采用空间桁架位移的方法分析，该方法是一种有限元法，当然，该方法本身具有缺陷，因此，在使用该方法进行分析时，要注意对节点载荷的计算。采用该分析方法，要把节点的位移作为目标函数，对其每一单元进行相应的分析，以杆件所受载荷与发生的位移关系为基础建立坐标系，然后，通过在节点处的平衡条件就可以列出总刚度方程。
（三）边界设计
对于网架结构的边界设计是通过网架的形变程度来进行计算的，其不仅与节点位置有关，而且跟结构本身的支撑刚度有关。在支撑结构的刚度所引起的变形极其微小时，可以将其进行忽略，仅仅考虑又支撑节点受力而引起的形变，通过其形变程度，根据钢材本身的特性对其进行计算，从而有效地计算出其承载能力与危险截面所在。
（四）网架的稳定性设计
对于网架的失效原因来说，其一般不是由于强度问题引起的，而是由于其本身的稳定性不好使得网架失稳从而造成钢架的失效。钢架的失稳形式可以分为三类，有杆件、局部以及整体失稳。其中杆件失稳与局部失稳对整个工程的影响并不大，而整体失稳造成的影响是非常大的。对于网架的整体失稳来说，其表现形式为网架的位移，而其位移又包括水平位移和挠度两种形式。对于控制其挠度，可以通过对钢架网格进行调整，可以使得“井”字形结构起拱，但是采用这种形式的控制挠度方式也存在其弊端，那就是会使得制作承受的反力增大，从而使得支座的危险度加大。而对于水平位移的控制，就通过支座进行移动，使得其内积蓄的位移能得以释放，从而有效地保证结构的稳定性。
三、钢结构网架的施工措施
（一）注意预先埋好弧形钢板
由于桁架结构具有热胀冷缩的特点，而且在将支撑架拆除时，其容易产生很大的形变，从而对其整体结构造成很大的影响，使得整个工程的质量受到制约。而在浇灌混凝土的顶端时，事先埋好弧形钢板，能够有效地防止变形的出现，对其接触面起到保护作用。
（二）拆支撑模时，要事先对桁架护柱四角进行加固
在高空拼接的环节完成之后，就要将其支撑模进行拆除，为了防止在拆除支撑模时，钢结构网架引起自身重力而使得其发生严重的几何变形。由于在对支撑模进行拆除时，在其自身重量与支座传来的支撑载荷产生的相应应力作用用下，产生剧烈形变，甚至导致柱头产生裂缝。为了避免该种现象的发生，这就要求我们在将支撑模拆除之前，将桁架的支座四角进行加固，用5道螺栓钢箍，2.0m护柱角钢将四角护住，使得柱头的强度与刚度的到增强，从而有效地增强整个结构的稳定性，使得其在支撑模被拆除后，几何变形非常小。当然，在支撑模拆除之后，等整个结构稳定之后，将护柱角钢也进行拆除，从从而有效地保持整个结构的简便稳定的性能。
（三）对于高空作业，在地面组装成半成品，然后进行高空拼接
在一些大跨度桁架施工过程中，由于种种因素的影响，而使得吊装设备无法使用，对于其整体起吊又十分困难，在这种情况下，最好的方法就是采用地面放样的方法，根据计算的结构，结合具体情况，现在地面进行拼接之后，再进行高空拼接，使得工程能够正常进行。对于施工过程中使用的脚手架，要先设计出其起拱的标高，如果在设计是忽略了其起拱标高，可以按照2.5/1000的标准起拱，这一点主要应用在轴柱的固定上。对于施工过程中，其两榀桁架要先进行施工，这是整个工程的基础环节。在该环节中，首先要对桁架下弦进行拼接，其次要对龙骨进行拼接，将其定型定位，然后将次桁架进行拼装，使得整个呈“井”字形展现出来，在这过程中，要不间断的用经纬仪进行校正工作，使得基础牢固。当在进行第三品桁的施工时，其上、下弦都需要用前面生产的固定卡子进行定位，当然在这过程中，经纬仪的定位检验工作是必不可少的。通过经纬仪的检查，来确定该桁架的精确度是否达到标准。如果达到标准，就将各个构件以及龙骨进行拼接工作，然后将其紧固，从而有效地保证在施工过程中，不会给工程的稳定性埋下隐患。完成上述工作之后，就可以将第四榀桁架进行同类方法的建造，在其完工后，就可以将第一榀桁架的支撑模进行拆除工作。
四、结语
对于网架的结构设计中，要根据工程的实际情况，结合建筑方案的设计，利用合理的计算公式，适当的选用其支座的形式，要对结构所承受的各种载荷充分全面的进行考虑。在施工中，要做好施工前的准备工作，要注意将网架与支撑模进行相应的结合，采用简便的高空作业方式，从而使得施工前、施工中、施工后的各个阶段的施工质量都能够得到保证。
参考文献：
[1]张运来. 浅谈网架设计[J]. 科技情报开发与经济，2010（02）
[2]蒋亮. 大型机库的钢结构网架及特大钢门施工[J]. 建筑施工，2010（09）
[3]冯永峰. 大跨度异形钢结构网架屋面的施工技术[J]. 山西建筑，2013（14）
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