在工业与民用建筑中,金属拱形屋面和网架结构是两种常见的空间结构形式。金属拱形屋面通常采用波纹钢板通过咬合连接形成连续拱壳,其自重轻、施工快捷,适合跨度在15-36米的中小型仓储、机库等建筑。网架结构则由杆件通过节点连接组成三维网格,具有空间受力均匀的特点,可满足50米以上大跨度体育场馆、会展中心等公共建筑的需求。
对于雪荷载较大的北方地区,金属拱形屋面的弧形表面有助于积雪滑落,但需注意拱脚部位局部加强。网架结构通过调整杆件截面尺寸可灵活适应不同荷载组合,其双向受力特性对风荷载的分散效果较好。江苏杰达钢结构工程有限公司的实测数据显示,在8度抗震设防区,采用空间三角锥网架的结构基频可控制在0.5Hz以内,有效降低地震作用。
金属拱形屋面采用现场滚压成型技术,施工机械一次性完成板材成型和安装,平均每日可完成800-1200平方米。网架结构多采用地面拼装后整体提升的施工方法,需考虑临时支撑设置和同步控制。吴仕宽在《空间结构施工技术》中指出,跨度为80米的网架,整体提升误差应控制在L/1000以内。
从全生命周期成本考虑,金属拱形屋面的初期造价约为普通钢结构的70%,但维护周期较短。网架结构虽初始投资较高,但使用年限可达50年以上。实际项目中,当跨度超过45米时,网架结构的单位面积用钢量增幅明显小于单层壳体结构,具备更好的经济性。
金属拱形屋面多采用镀铝锌钢板基材,配合聚氨酯涂层可实现15年以上的防腐周期。网架结构需根据环境腐蚀等级选择热浸镀锌或防火涂料,在化工类项目中,采用耐候钢制作的网架节点可降低维护频率。两种结构在耐火时限要求超过2小时的场合,均需设置专用防火保护层。
选择过程中应综合评估建筑功能需求、环境条件及使用周期,金属拱形屋面更适合工期紧迫的中等跨度项目,而网架结构在超大跨度空间和造型复杂的建筑中具有明显优势。设计单位需进行多方案比选,确保结构安全性与经济性的平衡。