空間鋼管桁架結構體系是大跨空間結構中的一個(gè)重要成員。鄭州大學(xué)新校區體育館由三組環(huán)向桁架、三組徑向桁架和三組撐桿為主要構件組成，外環(huán)、外部徑向桁架與中環(huán)構成結構的主要受力骨架，通過(guò)封閉外環(huán)的設計，使其形成一個(gè)受拉的環(huán)箍，限制了外部徑向桁架滑動(dòng)支座端的徑向位移，從而減小了整個(gè)結構的豎向撓度，在此滿(mǎn)足規范要求的同時(shí)，使結構用鋼量達到最佳經(jīng)濟指標。該屋蓋平面的水平投影為軸對稱(chēng)的花瓣形，在半徑約7m和15m及外圍處設置三道封閉的環(huán)桁架，沿徑向設置24道空間桁架，并以環(huán)桁架為分界沿圓周方向錯開(kāi)布置，徑向桁架被劃分為外、中、內三部分。整個(gè)結構外觀(guān)簡(jiǎn)潔，輕逸，受力合理，傳力直觀(guān)，整體性能好。對它進(jìn)行探索有助于了解結構性能，指導設計施工，并為類(lèi)似結構的應用提供依據。
　　
　　A.鋼管桁架結構的形式及特點(diǎn)
　　
�。�1）管桁架的分類(lèi):根據受力特性和桿件布置不同，可分為平面管桁結構和空間管桁結構。平面管桁結構的上弦、下弦和腹桿都在同一平面內，結構平面外剛度較差，一般需要通過(guò)側向支撐保證結構的側向穩定。在現有管桁結構的工程中，多采用Warren桁架和Pratt桁架形式，Warren桁架一般是最經(jīng)濟的布置，與Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半數量的腹桿與節點(diǎn)，且腹桿下料長(cháng)度統一，這樣可極大地節約材料與加工工時(shí)。Vierendeel桁架主要應用于建筑功能或使用功能不容許布置支撐斜桿時(shí)的情況.
　　空間管桁結構通常為三角形截面，與平面管桁結構相比，它能夠具有大的跨度，且三角形桁架穩定性好，扭轉剛度大且外表美觀(guān)。在不布置或不能布置面外支撐的場(chǎng)合，三角形桁架可提供較大跨度空間。一組三角形桁架類(lèi)似于一榀空間剛架結構，且更為經(jīng)濟�？梢詼p少側向支撐構件，提高了側向穩定性和扭轉剛度。對于小跨度結構，可以不布置側向支撐。
�。�2）桁架的外形
　　從桁架外形（即從弦桿類(lèi)型來(lái)分）方面可分為：直線(xiàn)型與曲線(xiàn)型管桁結構。隨著(zhù)社會(huì )對美學(xué)要求的不斷提高，為了滿(mǎn)足空間造型的多樣性，管桁結構多做成各種曲線(xiàn)形狀，豐富結構的立體效果。當設計曲線(xiàn)型管桁結構時(shí)，有時(shí)為了降低加工成本，桿件仍然加工成直桿，由折線(xiàn)近似代替曲線(xiàn)。如果要求較高，可以采用彎管機將鋼管彎成曲管，這樣建筑效果更好。
�。�3）連接件的截面形式常用的桿件截面形式為圓形、矩形、方形等，按連接構件的不同截面可分為以下幾種桁架形式：
　　C-C型桁架：即弦桿和腹桿均為圓管相貫的桁架結構；
　　R-R型桁架：即弦桿和腹桿均為方鋼管或矩形管相貫的桁架結構；
　　R-C型桁架：即矩形截面弦桿與圓形截面腹桿直接相貫焊接的桁架結構。
�。�4）管桁架的優(yōu)點(diǎn)
　　鋼管結構因其具有優(yōu)美的外觀(guān)、合理的受力特點(diǎn)以及優(yōu)越的經(jīng)濟性，在現代工業(yè)廠(chǎng)房、倉庫、體育館、展覽館、會(huì )場(chǎng)、航站樓、車(chē)站及辦公樓、商住樓、賓館等建筑中得到了廣泛的應用，如上海體育場(chǎng)、上�？萍汲�、首都機場(chǎng)新航站樓、廣州新白云及長(cháng)航站樓、廣州國際會(huì )展中心、上海新國際博覽中心、南京國際會(huì )展中心、南京奧林匹克體育場(chǎng)、江蘇省南通市體育會(huì )展中心等大型工程中均采用了鋼管結構。工程實(shí)際表明，鋼管結構既可以很好地滿(mǎn)足建筑要求，又能夠使結構達到安全、適用、經(jīng)濟等性能指標，符合鋼結構的最新設計觀(guān)念。 　　鋼管截面具有一系列獨特的優(yōu)越性能，主要有以下幾個(gè)方面：
　�、賵A管和方管的管壁一般較薄，截面回轉半徑較大，故抗壓和抗扭性能好。對稱(chēng)截面形式使得截面慣性矩對各軸相同，有利于單一桿件的穩定設計。截面的閉合提高了抗扭剛度，對板件局部穩定性而言，閉合截面也優(yōu)于有懸挑板件的開(kāi)口截面。在許多場(chǎng)合下，建筑師也愿意利用鋼管外觀(guān)簡(jiǎn)潔的特點(diǎn)表達其建筑意圖。
　�、谠诮孛娣e相同的型鋼中，鋼管外表面積最小，這就使得鋼管與大氣的接觸面積最小，加之鋼管往往會(huì )兩端封閉，內部不會(huì )生銹，這就大大減少了防腐防火涂層的材料消耗和涂裝工作量。而且鋼管結構較易于清刷、油漆，故維護更為方便。
　�、垆摴芙孛娴牧黧w動(dòng)力特性好。承受風(fēng)力或水流等荷載作用時(shí)，荷載對鋼管結構的作用效應比其它截面形式結構的效應要低得多。
　�、茕摴芗庸け憷�。隨著(zhù)多維數控切割技術(shù)的發(fā)展，鋼管的相貫線(xiàn)切割已經(jīng)不再是難題，國內許多鋼結構加工廠(chǎng)家已經(jīng)掌握了這項技術(shù)。
　　雖然就材料單價(jià)而言，鋼管價(jià)格高于普通開(kāi)口截面形式的型鋼，但上述優(yōu)點(diǎn)綜合起來(lái)，鋼管結構在眾多結構形式中仍然是優(yōu)先選用的基本結構形式之一。
　　B. 東莞鋼結構管桁架結構概述
　　
　　近年來(lái)，鋼管結構不僅在海洋工程、橋梁工程中得到了廣泛應用，而且在工業(yè)及民用建筑中的應用日益廣泛，鋼管結構在我國建筑結構中的應用也越來(lái)越多，如寶鋼三期工程中采用方管桁架，吉林滑冰練習館、哈爾濱冰雪展覽館、上�！皷|方明珠”電視塔和長(cháng)春南嶺萬(wàn)人體育館均采用方鋼管作為主要結構構件，廣州體育館屋蓋采用了方鋼管和圓鋼管，上海虹口體育場(chǎng)采用圓鋼管作為屋面承力體系，成都雙流機場(chǎng)屋蓋采用了圓鋼管作為主要受力構件。在公共建筑領(lǐng)域，鋼管結構中獨特的結構形式層出不窮，如悉尼水上運動(dòng)中心，美國迦登格羅芙水晶教堂；單層大空間建筑領(lǐng)域，除了在超級市場(chǎng)、貨棧和倉庫中繼續廣泛應用外，還出現了一些超大型結構，如新加坡章楦機場(chǎng)機庫，大阪國際機場(chǎng)候機廳；另外還有輕型大跨結構，如人行天橋和起重機結構；其他特殊用途的結構，如天線(xiàn)桅桿和航天發(fā)射架等。2001年建成的建筑面積7250的北京植物園展覽溫室是國內首次采用相貫節點(diǎn)的曲線(xiàn)鋼管桁架結構。鋼結構用材為16Mn，鋼管最大規格為299mmx12mm，鋼結構總噸位720t。上海體育館的膜結構屋蓋主要由鋼管相貫而成的32榀桁架、環(huán)梁組成，呈南北對稱(chēng)的馬鞍形狀，最大跨度288.4m，標高31.74-70.54m，主桁架最大鋼管直徑508mm，采用直接焊接K型節點(diǎn)。最長(cháng)的懸挑梁74.162m，材料采用英鋼50D。南京國際展覽中心的二層展廳是一個(gè)長(cháng)243m、寬75m的無(wú)柱大空間，屋面呈弧形，南北兩端主入口各有15m懸挑，西側又有14m懸挑。采用的是鋼管拱架、檁架的結構方案�！�
　　利用空間鋼管桁架作為屋蓋結構具有很多優(yōu)點(diǎn)，不僅滿(mǎn)足了本體育館大跨度的要求，而且作為一種結構體系，它符合了大跨空間結構的發(fā)展需要，營(yíng)造了美學(xué)與力學(xué)的完美結合的設計理念。此類(lèi)結構形式得到了廣泛的工程實(shí)踐應用，具有強勁的發(fā)展勢頭。