钢框架—空间管桁架结构的整体分析与等效设计方法

钢框架—空间管桁架结构的整体分析与等效设计方法

管桁架结构以简洁、美观的特点已经广泛应用于大跨度空间结构,对于空间管桁架的结构计算也已经趋于成熟,但由于设计分工,管桁架结构的计算设计与下部主体结构的设计往往分别由钢结构公司与设计院分别进行,并且空间管桁架结构与下部钢框架结构的整体计算在目前设计院常用的结构计算软件(如PKPM、YJK等)是无法实现的,目前设计院的主流做法是将管桁架的部分等效成集中荷

载的形式施加到柱顶。这种做法仅等效了荷载,并未考虑管桁架结构对结构整体的刚度贡献。

本文以泰安市旅游集散中心为工程背景,研究空间管桁架屋面的等效刚度方法,利用MIDAS有限元分析软件进行结构分析计算,主要工作内容如下:1.通过整体模型与施工图模型(等效荷载)的比对分析证明传统设计院处理管桁架屋面的做法存在着结构隐患与资源浪费,阐述协同工作理论的重要性。2.对倒三角形式的管桁架进行截面分析,提出单跨管桁架等效刚度公式的基本假定,根据材料力学知识推导出单跨管桁架等效刚度公式,并根据工程实例通过大量算例分析例如跨度、高跨比、宽高比,腹杆截面尺寸等管桁架影响因素,并确定其取值范围。

3.将单跨管桁架等效刚度公式推广到整体模型,根据公式建立等效刚度模型与整体模型,利用MIDAS有限元分析软件在风荷载工况、地震工况下的周期、侧向刚度、位移等计算参数,进行弹性时程分析补充计算,验证管桁架等效刚度公式的适用性。验证在风荷载工况下等效模型的位移计算结果具有参考价值;地震工况下等效模型的内力计算结果可以作为设计值,位移计算结果应根据结构限值相应放宽。

通过本文的研究结果可以给进行框架主体结构设计的设计从业人员一个较

为可靠的管桁架等效设计方法,合理考虑管桁架结构在整体结构中的刚度贡献,对所得等效模型有较为准确的定性以及定量分析,具有较高的参考、使用和推广价值。由于钢结构空间管桁架的结构形式较多,本文受篇幅所限,仅对倒三角形式的三管空间管桁架进行研究,其他形式的管桁架需要根据等效刚度理论的分析思路进行进一步分析。