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摘要：各项建筑技术的发展与应用推动力建筑行业的发展，同时人们对建筑结构的要求也越来越严格，在保证建筑主体安全性的前提下，还要满足客户所提出的其他需求，如外观需求。而将钢网架结构应用于建筑主体既可以节省成本，又可以满足客户绝大部分需求，因此本文分析了钢网架结构的设计方法以及优化措施，供专业人员参考。
关键词：钢网架结构；设计方法；优化措施
引言
钢网架结构之所以可以在建筑行业得到广泛应用，主要是因为这种结构设计自身重量强、实际安装简单、抗震性能好等特点。可以让设计师发挥自己的想法。而且钢网架结构可以设计成多种外观，应用于建筑主体的不同位置。虽然钢网架结构设计可以节省施工成本，但是在实际施工过程中也要根据具体情况作出调整，最大限度发挥钢网架结构的优点。
1 钢网架结构选型
虽然钢网架结构目前广泛应用于建筑行业，但是它的结构是非常复杂的，应用于建筑项目之前，一定要做好选型工作。在进行钢网架结构选型工作时，首先考虑钢网架结构整体荷载需求，不同型号的钢网架结构受力特点不同，极限荷载数据也存在一定差距，其次结合外力因素，考虑所选钢网架结构在外力作用下是否会发生形变，保证所选钢网架结构稳定性符合建筑项目要求。
以当前建筑特点为例，为提高建筑主体稳定性，目前项目选择钢网架结构主要应用类型有三角锥与四角锥两种。因此在建筑施工过程进行钢网架结构选型工作，主要要考虑以下几点：
（1）钢网架结构选型工作在保证安全性的同时，减少用钢量，以材料节省原则为选择标准。以四角锥钢网架结构为例，斜放四角锥用钢量少于正方四角锥用钢量。
（2）钢网架连接需要用到多种连接技术，施工人员在进行钢网架结构选型工作时，要考虑施工队可以满足哪种连接技术，保证项目质量，控制项目成本。
（3）运输费用与安装费用是钢网架结构应用于施工项目支出最大的两笔费用，因此在进行钢网架结构选型工作过程中也要考虑这两项工作，看看所选钢网架结构是否合理，是否会增加施工成本。
2 钢网架结构设计方法
2.1杆件设计方法
网架设计结构种类非常多，钢网架设计结构是目前应用最广泛的一种，通常采用的钢材型号为Q235与Q345。因为这两种钢材力学性能、焊接性能都优于其他钢材，并且还具备超高的稳定性。
在钢网架结构设计过程会应用很多种类不同、性能不同的杆件设备，不同杆件设备其截面形式也是不同的，最好用的的杆件结构为空腹截面，包括圆截面与方截面两种，这两种截面的杆件可以承受较大外力。而且对空腹截面杆件实施焊接封闭操作后，其内部结构受到腐蚀可能性减低，同时外表面积水积灰情况也较少出现，具有极高的防腐性能。因此被广泛应用于建筑项目。
2.2节点设计方法
钢网架节点是影响钢网架结构整体承重的主要因素。因为钢网架结构受力传导工作都是通过节点进行的，所以在设计钢网架节点过程中，一定要对节点所受力的大小进行精准计算，保证钢网架结构设计的合理性。除考虑受力因素外，在设计钢网架节点过程中还要考虑安装、成本等问题，在保证施工的前提下，控制成本。
钢网架节点还可以按照具体结构划分种类，包括内部节点、支座节点。但是将钢网架节点应用于现场施工后，都要按照实际受力情况进行计算，所使用钢网架节点一定要符合受力要求与施工标准，保证工程质量。同时在施工中应用支座节点需要接收外部支撑，保证钢网架结构不会发生形变。目前在钢网架结构中最常用的节点连接方式为螺栓球节点和焊接球节点两种，其中螺栓球节点连接方式便于生产且安装简单，但是不易于控制杆件角度且单个螺栓球重量很大。而焊接球节点连接方式与其他配件配合度高，使用寿命也比螺栓球节点方式长，因此施工人员在选择时一定要结合现场实际情况。
3 钢网架结构屋面排水设计
钢网架结构屋面施工在整体施工中耗费时间是非常长的，因此施工人员一定要提前制定科学合理的施工方案，为保证屋面排水不会受到影响，在施工过程中有以下几点方案可以提高排水质量：
3.1提高钢网架高度
只有根据精准的计算结果设计钢网架，在保证屋面排水系统稳定运行的同时，还能提高钢网架的抗震性能、增强钢网架的稳定性。通常情况下施工人员应不断提高钢网架高度，使上弦杆形成一定坡度，方便排水，但是下弦杆要始终与地面保持平衡状态。提高钢网架高度虽然可以降低弦杆所受内力，但是上弦杆和腹杆种类众多，而且制作与安装步骤比较复杂。
3.2对钢网架进行起拱操作
对钢网架进行起拱操作可以有效提升屋面排水效果，提高排水效率。具体操作流程是保持钢网架上弦杆与下弦杆平行，只对钢网架中间部分施加操作，使钢网架中间部分发生“拱桥式”形变。但是在操作之前一定要对起拱高度做出精准计算，如果起拱高度过高，会增加杆件内部承受压力；如果起拱高低过低在，则会影响钢网架屋面实际排水效果。
3.3在上弦节点设置小立柱
这种操作方法就是在钢网架上弦节点安装小立柱，是一种非常普遍的增强钢网架屋面排水效果的方式，因为通过这种方式，可以增强钢网架上弦坡度，而且这种方式非常的灵活，只要更改钢网架上弦小立柱的排列与高度，就可以改变屋面坡度。但是钢网架跨度越大，对小立柱的精准度要求就越高，如果施工人员无法保证小立柱精准度，很容易对钢网架稳定性造成影响。
4 延长钢网架结构使用周期的举措
钢网架结构在施工项目中使用的范围是非常广泛的，但由于受到材质等因素的影响，在试用期间钢网架结构经常会出现腐蚀、生锈等情况，长此以往不仅缩短了钢网架使用周期，增加施工成本，还会影响施工项目工程质量，因此在设计过程中要做到以下两点：
（1）施工人员设计钢网架施工图纸时，应考虑当地气候条件与地理特点。如施工地区气候潮湿，那么在选择钢网架施工材料时优先考虑材料防锈性。通过其他处理方法增强钢网架防锈性能，比如在材料添加其他合金元素、在钢网架表层涂抹防锈涂剂等
（2）施工人员在进行钢网架结构选材工作时，要结合当地特点，并且对所选材料增加保护措施。
5 钢网架结构设计优化方案
钢网架结可以进行优化的部分有很多，比如钢网架类型、钢网架跨度、钢网架高度等等。不同类型的钢网架受跨度、网格尺寸以及其他条件影响，制作钢网架所需用钢量也不尽相同。比如钢网架类型为正放四角锥钢网架、斜放四角锥钢网架或棋盘四角锥钢网架时，它们的用钢量是非常低的，属于理想型钢网架类型。钢网架跨度受厚度与尺寸影响，钢网架平面尺寸越大，钢网架厚度与网格尺寸就越大。在施工前，技术人员通常使用遗传算法计算钢网架高度，以保证设计出最符合施工标准的钢网架。
要想优化钢网架结构首先应优化设计方法，然后可以通过准则方法、数学方法或系统方法等方法实现这一目的。但是施工人员想要通过这些方法优化钢网架结构，首先需要明确钢网架各项参数，以此为优化变量，然后对钢网架进行优化。以准则法则为例，就是以力学知识为基础，通过具体算法计算优化方案，计算出优化后的钢网架截面参数，然后对钢网架结构进行优化处理。但是施工人员要注意，优化设计结果与计算结果无关，因为在优化过程中，会受到外界因素的干扰，因此在实际优化过程中要不断调整优化方案，使其符合现场施工条件。
6 结束语
项目人员在设计钢网架结构时，一定要以项目考察数据作为基础，将施工过程中可能遇到的问题考虑进去，然后在制定设计方案，这样才能对钢网架结构推广取得帮助，促进建筑行业的发展。
参考文献
[1]王骥,朱远航.小型钢网架结构采用实物荷载试验的简化鉴定方法[J].广东土木与建筑,2006(7):61-62+37.
[2]蒋涛,付长春,张同波.大跨度复杂造型钢网架拔杆提升系统设计[J].施工技术,2010-9-18.