解密！五大钢结构之四“桁架”建筑如何深化设计？

来源：中建五局三公司钢结构事业部

前言

桁架结构是钢结构中比较常见的结构形式，常常应用在场馆、车站、机场等大型公共建筑中，近年快速发展的高速铁路、城际轨道交通的站房多采用这种结构形式，它具有跨度大、造型多等特点。

桁架结构在钢结构事业部承建的项目中应用广泛，是钢结构事业部除门刚、劲钢、网架结构形式之外又一重要的业务领域，桁架结构的深化设计也有着和其他结构形式的不同特点。事业部至今累计完成桁架结构项目近8万吨，大部分项目深化设计为自主完成，积累了丰富的深化设计及施工经验。

株洲神农大剧院——由一个1400座规模大剧院、一个400座规模实验剧场及公共空间、后勤辅助用房组成，总建筑面积40388m²。地下三层（大剧场台仓）、地上三层，建筑高度86.3m。大剧院空间桁架外壳钢结构采用空间空腹箱形截面桁架结构体系，由控制基点沿径向旋转布置梁柱一体化变厚度平面空腹桁架，根据建筑分格沿环向布置一定数量的连续空腹桁架，与径向桁架形成空间结构体系，形成建筑形态上的螺旋特征。整个钢外壳主结构共由60榀径向主桁架，14榀环向管桁架、3榀空间桁架以及压力环、柱间支撑、屋面支撑、墙面抗风系统组成。单榀桁架跨度达120m，钢结构总用钢量约8000吨。

株洲神农大剧院

巴溪洲网球俱乐部——总建筑面积2790㎡，地下1层、地上3层，结构采用箱形弦杆+圆钢管腹杆桁架，东西桁架长60m，南北桁架长32m，桁架最大悬挑18m，总体用钢量在5000吨左右。

巴溪洲网球俱乐部

湘江欢乐城冰雪世界——以百米天然深坑为依托进行建造，整个建筑悬浮于矿坑之上。是迄今为止世界最大室内冰雪乐园与水上乐园相结合的主题乐园。项目室内总建筑面积7.9万平米，建筑总高度95米。结构形式为钢-混凝土组合结构，其中钢结构屋盖为钢管混凝土立柱+巨型箱形截面钢桁架。钢材材质最高为Q420GJC，最大板厚为80mm，总用过量约2万吨。

湘江欢乐城冰雪世界

成都广汇雪莲堂——采用核心筒劲性结构+箱形截面钢桁架体系结合预应力拉索结构，最大跨度60米，最大悬挑结构30米，创造近3000平米无柱大空间。建筑面积约6.9万平米。建筑总体用钢量达6000吨。

成都广汇雪莲堂

驻马店市青少年宫科技馆——总建筑面积89000平方米，其中地上建筑面积67500平方米，地下（人防、汽车库及相关设备用房）建筑面积为21500平方米。结构为框架、桁架、劲性、网壳等各种结构形式的综合应用，建筑总体用钢量达9000吨。

驻马店市青少年宫科技馆

楷林国际大厦——该项目是长沙市河西金融中心重要组成部分，由A、B、C三栋写字楼组成，钢结构均由劲性钢柱和屋顶矩形钢管桁架组成，其中钢桁架跨度36～40m，净高15.3～20m。钢结构总用钢量约5000吨。

楷林国际大厦

神龙汽车有限公司成都分公司总装车间——神龙汽车有限公司成都分公司总装车间工程，包含主厂房、钢雨棚及辅助用房，主厂房为角钢桁架结构，长516m、宽288m，桁架最大跨度36m、净高18m，总建筑面积约12万㎡。钢结构总用钢量约5000吨。

神龙汽车有限公司成都分公司总装车间

桁架结构一般由弦杆、腹杆及节点板组成，由于结构杆件所用材料的不同，便有钢管桁架、H型钢桁架、箱形截面桁架、角钢桁架等多种类型。不同类型的桁架结构有着各自的特点，深化设计时也有不同的注意点和要求。

钢管桁架

钢管桁架的结构杆件材料有圆钢管、方钢管和矩形钢管，杆件之间多采用相贯节点连接，针对这种桁架深化设计时要注意的主要有以下一些方面：

1.桁架杆件多为轴心受力，杆件相连应尽可能避免偏心，杆件轴心线在一个平面内，节点内多杆件相连时要求杆件轴心线汇交于一个点。

2.主管的外部尺寸不小于支管的外部尺寸，主管的壁厚不小于支管的壁厚，杆件相贯时要求大管贯小管，支管不得插入主管内。

3.杆件相贯时，杆件之间的夹角不小于30度。

4.支管与主管的连接焊缝，应沿全周连续焊接并平滑过渡。

5.多管相交时，要注意杆件之间的相贯次序，保证每根杆件均能做到全周连续焊接。

6.桁架分段制作时，上下弦的分段点需要错开。分段点一般要设置对接衬管以保证对接焊缝质量。要采取相应措施避免设置对接衬管后妨碍桁架安装的现象。

H型钢桁架

H型钢桁架形式有弦杆、腹杆，其均为H型钢或者弦杆为H型钢，腹杆为圆钢管、方钢管或矩形管。H型钢桁架深化设计过程中除了注意钢管桁架深化设计要点外还应注意以下几点：

1.H型钢上下弦杆焊接H型钢的翼缘板拼接长度不小于2倍板宽；腹板拼接宽度不小于300mm，长度不小于600mm。（设计有特别要求的按设计执行）。

2.H型钢桁架现场对接，上下弦杆对接焊缝不能在同一位置，上下错开大于200。

3.H型钢桁架上下弦杆如果材料截面需要变截，变截位置不能设置在节点处（一般结构设计图中变截位置设置在节点处），同时可将变截位置与现场对接位置合并，减少上下弦杆对接焊缝。

4.H型钢桁架深化时要注意控制桁架的外型整体尺寸，加工时采取整体放样制作，避免现场安装时出现错边。

箱形截面桁架

箱形截面桁架形式有弦杆、腹杆，均为箱形截面，或弦杆为箱形截面，腹杆为圆钢管、方钢管或矩形管几种。腹杆为圆钢管、方钢管或矩形管时，腹杆与弦杆、腹杆之间连接多为相贯连接，深化时的注意点与钢管桁架相同。腹杆弦杆均为箱形时还应注意以下几点：

1.杆件的对接需保证焊缝质量，采用利于现场焊接的连接节点形式。一般多采用顶端预留盖板或侧面开盖板的形式。

2.箱体壁板的连接顺序及连接焊缝位置需考虑箱体内加劲板的装配，以保证无法采用电渣焊的加劲板能通过装配工艺达到4面围焊。

3.箱形截面桁架腹杆与弦杆现场连接时，多采用在弦杆节点位置设置牛腿以简化现场焊缝保证焊接质量。

角钢桁架

角钢桁架多用于屋盖结构体系中，常用于工业厂房建筑。角钢桁架多采用双角钢组成的T形截面，深化设计时应注意以下一些方面：

1.桁架应以杆件形心为轴线，连接螺栓中心线应尽可能的靠近杆件形心线，节点处各轴线应交于一点，尽量避免偏心。

2.当同一弦杆采用两种不同截面材料时，截面的改变位置应在节点处，杆件的重心线要与桁架的形心线重合，若要求上皮在同一标高时，可采用钢板垫平。

3.除支座节点外，其余采用钢板连接的节点宜采用同一厚度的钢板，支座节点比其他节点厚2mm以上。

4.节点板的形状一般多采用矩形或梯形，通常情况下需要有两条边相互平行，节点板一般伸出角钢边缘10~15mm。

桁架结构建筑除了桁架结构体系的深化设计之外，屋面墙面围护系统的深化设计也是重要内容之一。

围护系统的深化设计内容及要点与门刚、网架结构大同小异，所采用的材料也基本相同。需要特别注意的是围护系统的深化设计往往需要联合幕墙单位共同完成，做好交接面的连接方式处理，在满足相应条件的情况下尽量做到连接节点工厂制作，减少现场在主结构上的焊接。

桁架结构造型多样、结构复杂，每个项目造型都具有独特性，相关节点的深化处理都具有不可复制性，需要设计人员对已有的技术灵活动用以满足项目的要求。相信随着时间的推移和技术的不断发展以及经验的积累，深化设计的要点将汇集更多，深化设计工作将为施工的便利性提供更多的助力，钢结构事业部也将继续更好的为业主提供满意的服务。

（责任编辑：何雯丽）