连跨拱形波纹钢屋盖结构受力计算分析

连跨拱形波纹钢屋盖是相对罕见的工程形式，在多跨结构中采用拱形屋顶需要特别的结构设计考量。本工程位于河北张家口，污水处理池结构为钢结构框架承载，屋顶采用15米连跨拱形设计。江苏杰达钢结构工程有限公司于2016年8月22日完成计算书编制。

设计规范依据

• 建筑结构荷载规范
• 建筑抗震设计规范
• 钢结构设计规范
• 冷弯薄壁型钢结构技术规范
• 拱形波纹钢屋盖结构技术规程

工程基本参数

项目类型：污水处理池拱形屋顶

结构形式：15米连跨拱形波纹钢屋盖

跨度：15米

拱高：3米

檐口高：12.9米

板厚：1毫米

板材：Q275钢

设计强度：235MPa

支座形式：铰支

荷载与计算工况

基本雪压：0.30kN/m²

活荷载：0.30kN/m²

基本风压：0.55kN/m²

地面粗糙度类别：B

恒荷载：0.167kN/m²

计算工况：恒荷载、全跨雪荷、左右风荷、左右半跨雪荷等多种组合，共计7种基本工况的组合。

连跨拱形的特殊性

与单跨拱形相比，连跨拱形屋顶具有以下特点：

• 中间支承柱处的结构应力和位移复杂度大幅增加
• 相邻跨度间的荷载分配和内力传递需精确计算
• 支座反力和水平推力分布不均，中间支座负荷最大
• 拱的连续性提高了结构整体刚度，但也增加了计算复杂性

计算结果

最不利工况为1.2恒载，最大应力比仅为0.03。节点水平位移范围约-0.249～0mm，竖直位移约0～0.249mm，结构竖直变形控制在5毫米以内，符合规范限制。

单元最大轴力2.555kN/m（端部），最大弯矩0.121kN·m/m，中间支座处反力较大。整体而言，连跨结构相比单跨能更有效地利用材料，减少跨中应力集中。

连跨拱形设计要点

• 中间柱的设置位置直接影响相邻跨度的应力分配
• 柱脚设计需承受较大的竖向反力和水平推力
• 连接节点处需进行细致的应力分析和构造设计
• 施工阶段的分段安装顺序会影响最终应力分布

常见问题

连跨拱形相比单跨有什么优势和劣势？

优势：能覆盖更大的无支撑面积，降低中间支柱数量，整体刚度更好。劣势：结构计算更复杂，中间支座承受更大荷载，柱脚基础设计难度增加。

15米连跨如何分工程分块或分段安装？

连跨拱形通常按跨度分段制造和安装。安装顺序宜采用对称逐跨的方式，以保证各支座受力均衡。中间支座宜最后安装，调整结构应力分布。

为什么还要在跨度内设置中间支柱？

中间支柱可以有效降低跨度内的弯矩和位移，同时提高整体结构刚度。15米连跨若设置1~2个中间支柱，既能保持建筑功能需求，又能优化结构性能。

小结

河北张家口污水处理池的15米连跨拱形屋顶工程是一项较少见但技术含量高的钢结构项目。通过精细的结构计算和合理的构造设计，采用1毫米厚Q275钢板实现了15米连跨的无梁拱形覆盖。江苏杰达钢结构工程有限公司在此类特殊工程中积累了宝贵经验，可为需要大跨度连续覆盖的工业建筑提供设计和施工技术支持。

Tags：拱形屋顶计算书拱形波纹钢屋盖钢结构拱形屋顶拱形屋顶拱形屋