立体桁架、立体拱架与张弦立体拱架设计的基本规定

立体桁架、立体拱架与张弦立体拱架设计的基本规定总结及实际工程经验：

 一、几何尺寸与构造要求

 1. 立体桁架

 高度：取跨度的 1/12~1/16（常见于大跨度结构，如体育馆、展览馆）。

 节点构造：

   弦杆（主管）与腹杆（支管）之间的夹角 不宜小于30°（避免应力集中）。

   节间长度与截面高度（或直径）之比 不小于12（主管）和24（支管） 时，可假定节点为铰接。

 2. 立体拱架

 拱架厚度：取跨度的 1/20~1/30（控制横向刚度）。

 矢高：取跨度的 1/3~1/6（矢跨比影响受力性能，矢高越大，内力分布越均匀）。

 约束条件：

   两端下部结构需可靠传递竖向反力，并抵抗水平位移（如设置抗推支座或基础锚固）。

   跨度较大时，应进行平面内的整体稳定性验算（防止失稳）。

 3. 张弦立体拱架

 厚度：取跨度的 1/30~1/50（适用于超大跨度结构）。

 矢高：

   拱架矢高取跨度的 1/7~1/10。

   张弦垂度取跨度的 1/12~1/30（平衡刚度与材料用量）。

 二、支撑与稳定性要求

 1. 防侧倾体系

 立体桁架支承于下弦节点时，需设置可靠的防侧倾体系（如边桁架或上弦纵向水平支撑）。

 曲线形立体桁架：竖向荷载作用下支座水平位移较大，需在下部结构设计中考虑其影响（如设置水平限位装置）。

 2. 平面外稳定支撑

 对立体桁架、立体拱架和张弦立体拱架，应在上弦设置水平支撑体系（结合檩条或横向支撑），以保证平面外稳定性。

 三、起拱与挠度控制

 1. 起拱要求

 跨度 ≥ 30m 的钢结构：可考虑起拱，起拱值取 不大于跨度的1/300（一般取1/500）。

 起拱影响：起拱值可抵消恒载+活载作用下的挠度，设计时可按不起拱计算（杆件内力变化较小）。

 2. 挠度容许值

 恒载+活载标准值作用下：

   立体桁架最大挠度 ≤ 跨度的1/250。

   悬挑部分 ≤ 跨度的1/125。

   设有悬挂起重设备的屋盖结构 ≤ 跨度的1/400。

 四、荷载与计算原则

 1. 荷载组合

 非抗震设计：按《建筑结构荷载规范》GB500092012 计算基本组合效应（内力设计值）。

 抗震设计：按《建筑抗震设计规范》GB50011 计算地震组合效应。

 2. 风荷载与风振

 风载体型系数：

   标准体型可查表（如GB50009表8.3.1），复杂体型需通过风洞试验确定。

   基本自振周期 T1 > 0.25s 的结构（如跨度>30m），需进行风振计算（随机振动理论）。

 3. 温度与施工荷载

 需考虑温度变化、支座沉降及施工安装荷载的影响，尤其是大跨度结构。

 五、节点设计

 1. 节点类型

 立体桁架：当节间长度与截面高度比满足要求时，可假定节点为铰接（仅承受轴力）。

 单层网壳：节点为刚接（需考虑弯矩、扭矩、剪力等）。

 2. 连接方式

 焊接节点：优先采用相贯焊接（如钢管桁架），需校核局部应力集中。

 螺栓连接：适用于轻型桁架或临时支撑，需保证连接强度与可靠性。

 六、施工与安装

 1. 预压与卸落

 支架预压：软土地基或软硬不均地基需预压消除非弹性变形（预压荷载为设计荷载的1.05~1.1倍）。

 卸落装置：设置木楔、砂筒或千斤顶，确保卸载均匀（参考《一级建造师“公路”考点》）。

 2. 分段吊装

 大跨度结构（如沈阳南站66m跨屋面桁架）可采用分段吊装法，需校核施工阶段内力变化。

 七、材料与规范依据

 1. 材料要求

 钢材：常用Q235、Q345钢（需符合国家标准）。

 节点连接件：与主材匹配，保证强度与韧性。

 2. 规范引用

 《空间网格结构技术规程》JGJ72010：

   第3章：几何尺寸与构造要求。

   第7章：计算与稳定性验算。

 《建筑结构荷载规范》GB500092012：

   第8章：风荷载与局部风压系数。

 《建筑抗震设计规范》GB50011：

   第5章：地震作用与抗震验算。

设计注意事项

1. 跨度较大时（≥30m）：必须进行整体稳定性验算，并考虑风振效应。

2. 节点设计：优先采用焊接相贯节点，避免应力集中。

3. 施工阶段验算：临时支撑体系需单独验算稳定性，防止施工失稳。

4. 风荷载敏感区域：如山区、海岛，需结合地形修正系数（GB50009第8.2.2条）。

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