美式鋼構多功能屋蓋系統

美式鋼構多功能屋蓋系統的由來：在上個世紀40年代，美國的一些結構師們從自然界植物表皮紋理的結構造型中受到啟發，開始尋求用極薄的材料通過波紋加勁，從而作成較大跨度結構的方法。他們以薄鋼板為材料，建立力學模型，在理論上分析出合理的結構形式。在實現這種結構的道路上，結構師與機械師走到了一起，結構構造要求指引著機械師研制出了能生產帶波紋薄壁結構的機組，這便是金屬拱形屋頂成型機。1955年，美國將這種屋頂用于軍事（戰斗機庫、營房等）。低廉的造價，神奇的施工速度、良好的施工效果使金屬屋頂吸引了越來越多的研究者和范圍越來越廣的用戶。這種結構發展的很快，特別是計算機數控的引入更使金屬拱形屋頂這種結構的設計制作簡便快速。但是由于種種原因（如經濟等），這種結構的科研及成型機組的研制、生產僅限于美國、英國等國的幾家大公司（如美國的MIC公司）。
所以國際上這種結構的市場亦為這幾家公司壟斷。這對于金屬拱形屋頂的發展及進一步普及推廣極為不利。 我國于上個世紀80年代末曾派員到美國進行考察，但完全引進國外技術難度很大：首先是設備造價極為昂貴；其次，國外技術沒有考慮到我國的綜合技術水準（如材料、荷載等）。而且在結構分析的關鍵技術上，國外還是有所保留的。

　　鋼結構大跨度屋蓋系統的分析及統計數據

　　我們對鋼結構大跨度屋蓋系統***常采用的主要受力形式一般分為:

　　1、美式鋼屋蓋

　　2、平面桁架

　　3、空間網架

　　4、空間桁架

　　5、張拉弦結構

　　由于對造價非常敏感的一般為常規建筑,對于超大跨度的建筑由于甲方可參考結構很少,所以一般對造價并不太敏感,我們把跨度范圍鎖定在18~36m范圍內。雖然按照拱形屋頂力學原則美式鋼屋蓋系結構受力性能不如平面桁架,平面桁架受力性能不如空間桁架,空間桁架不如帶預應力的張拉弦結構,但由于美式鋼屋蓋加工水平不同,對結構本身的研究深度不同,所采用的計算假定不同,用鋼量卻反了過來。加工的復雜程度、施工的復雜程度,要求精度是從梁系結構到張拉弦結構越來越難。

　　綜合以上因素,門式剛架項目及拱形屋頂施工企業遍地開花,幾乎把屋架類的平面桁架,擠出了歷史的舞臺,而網架、空間桁架等,退居跨度非常大,屋面剛度或外觀有特別要求的公共建筑方面。

　　1、分析比較

　　下面我們用大量的美式鋼屋蓋例子做數據分析比較,討論一下各種類別結構在含鋼量,加工難度上的優缺點。(由于空桁、張拉弦加工,施工難度很大,工程經驗不豐富,暫不在本次考慮之內)為了便于比較,外部荷載采用統一的標準,按一種***常見荷載情況,風荷載采用0.45kN/m2,雪荷載采用0.45kN/m2,未注明柱距采用7.5m屋架類平面桁架

　　1、含鋼量(***排為跨度,第二排為含鋼量單位kg/m2,第三排為考慮支撐后的含鋼量)柱距為7.5m

　　18m21m24m27m30m33m36m

　　6.97.78.99.810.912.113.9

　　14.114.916.11718.119.321.1

　　根據雙跨,24x180x7.5m廠房計算支撐系統,含鋼量7.2kg/m2。