某屋盖钢桁架结构分析与设计

1工程概况

某建筑工程为钢桁架屋盖与混凝土框架的组合结构形式（见图1），平面投影尺寸为110m ×44m 。其中两侧单层混凝土框架结构柱网为7.5m ×9.0m ，混凝土梁顶标高为11.000m ；中间为四坡钢结构屋面，最高点处建筑标高为14.000m 。

图1结构三维轴测图

2屋盖结构体系

钢屋盖部分平面尺寸为72m ×37.5m ，混凝土柱柱网为9.0m ×37.5m 。根据混凝土柱布置方式，同时考虑四坡屋面造型

的需要，采用平面钢桁架形式，桁架跨度37.5m ，间距9m ，四周各悬挑3m 。桁架中间厚度为2.0m ，端部（即支座处）厚度减为0，悬挑屋檐采用单根方管，桁架剖面如图2所示。1-桁架，2-混凝土柱

图2屋盖桁架剖面图

3分析条件

3.1荷载（作用）

结构设计中考虑了结构自重、屋面恒载、屋面活载、屋面雪载、风荷载、温度作用及地震作用。具体取值：1）结构自重由计算程序自动计入；2）屋面恒载0.80kN/m 2，采光天窗处1.50kN/m 2；3）屋面活载0.5kN/m 2；4）基本雪压S 0＝0.10kN/m 2

（按50a 重现期），不与活载同时考虑；5）基本风压W 0＝

0.50kN/m 2

（按50a 重现期）；地面粗糙度B 类；风压高度变化

某屋盖钢桁架结构分析与设计

SteelStructural Analysisand Design for One Roof

陈婕

（国家知识产权局专利局，北京100088）

CHEN Jie

(State IntellectualPropertyOffice ofChina,Beijing100088,China)

【摘

要】主要介绍了某屋盖钢桁架结构的体系、分析条件、相关计算结果及支座节点的设计等。通过整体模型与钢结构单一模型分析的结果对比表明，整体模型所得结果更加符合实际工程，而采用单一模型由于结构计算的偏差而导致结构设计的不合理。

【Abstract 】The structural system,analysis conditions,related results and design for joint support are mainly introduced.According to the

compared results,theintegrated modal conformsto realityand thesinglesteel modal leadsto unreasonablestructural design.

【关键词】桁架；结构设计；合理性

【Key words 】truss;structural design;unreasonable

【中图分类号】TU378.6;TU231【文献标志码】B 【文章编号】1007-9467（2012）

09-0054-02

【作者简介】陈婕（1980～），女，天津塘沽人，从事专利审查，（电子信箱）88sjtu@ 。

Construction &DesignForProject

工程建设与设计

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系数及体型系数由规范取值；6）温度作用±30℃；7）抗震设防烈度取7度，基本加速度取0.10g，第一组，Ⅱ类场地，采用振型分解反应谱法计算。

3.2荷载组合

内力基本组合：1.2恒+1.4活；1.0恒+1.4风；1.2恒+1.4活+0.84风；1.2恒+1.4风+0.98活；1.2恒+1.4活+1.0温；1.0恒+1.4风+1.0温。

3.3几何边界条件

主桁架上下弦杆采用Φ299mm×12，腹杆采用Φ140mm×6；次桁架上下弦杆采用Φ180mm×8，腹杆采用Φ95mm×5；材质为Q345B。

混凝土框架结构及桁架上下弦杆采用梁受力单元，桁架腹杆、水平支撑及系杆采用轴力单元。钢结构通过小短钢柱与混凝土柱顶进行铰接，屋盖檩条采用简支梁受力模式。对于组合结构整体模型，混凝土柱边界采用固接，对于钢结构单一模型边界采用铰接。

4同设计参数不同模型主要计算结果1）自振周期对比

对于组合结构整体模型，结构自振周期均以结构的整体平动或扭动为主；对于钢结构单一模型，结构自振周期均以结构的局部振动为主，且阵型较为集中。这表明单一模型的刚度过刚，整体刚度大于整体模型。

结构前4阶自振周期见表1。

表1结构前4阶自振周期

2）挠度对比

（恒载+活载）标准组合作用下，对于整体模型，桁架的最大挠度为89mm，挠跨比为89/37500=1/421；对于单一模型，桁架最大挠度为40mm，挠跨比为40/37500=1/937。整体模型挠度比单一模型大122.5％。

3）钢支座反力对比

选取屋盖桁架中间跨，分别计算整体模型与单一模型的钢支座反力，其值如表2所示。计算结果表明：

（1）除地震作用外,单一模型产生的跨度方向的支座反力要比整体模型大得多，最大比值能达到41倍，这也意味着在设计下部混凝土柱时将要考虑更大的荷载作用；

（2）两个模型产生的竖向反力则相差不大；

（3）两个模型地震作用产生的反力都较小，7度区地震作用对此类单层钢结构屋盖的影响较小。

表2单跨桁架钢支座反力

5整体模型线弹性屈曲分析

对屋盖桁架进行线弹性屈曲分析（即不考虑几何与材料的非线性），考虑（1.0恒载+1.0活载）的标准组合工况。计算结果表明，第一阶屈曲模态表现为屋盖桁架的局部屈曲（见图3），其屈曲临界荷载系数K=11.2，意即11.2倍于（1.0恒载+ 1.0活载）荷载作用时，屋盖结构发生局部屈曲，这表明桁架结构具有良好的整体刚度。

图3第一阶屈曲模态(K=11.2)

（下转第58页）

/s /s /s /s KKKK

KKKK

0.752 5 0.638 6 0.558 9 0.497 3

KKK KKKK 0.3877 0.323 4 0.323 2 0.322 8

T1T2T3T

4

TTTT TT

F /kN

TTTT

F /kN

TTTTT

F /kN

TTTTT

TTTT-289.73 -0.01 -18.91

TTTT-290.38 -0.02 -521.38

DL

TTTTT/TTT100.2% a 2757.2%

TTTT -107.21 0 -6.57

TTTT -107.71 0 -181.42

LL

TTTTT/TTT 100.5% a 2761.3%

TTTT 172.28 0.82 21.81

TTTT 172.51 0 188.19

WX

TTTTT/TTT 100.1% a 862.9%

TTTT 124.69 0.01 -3.58

TTTT 126.18 0 148.22

WY

TTTTT/TTT 101.2% a -4140.2%

TTTT 0 13.57 0

TTTT -0.01 5.08 -0.03

EX(RS)

TTTTT/TTT a 37.4% a

TTTT -4.77 0.01 12.09

TTTT -1.13 -0.02 -12.71

EY(RS)

TTTTT/TTT 23.7% a -105.1%

TTTT 1.99 -0.01 -10.66

TTTT 3.58 -0.05 -286.48

T+

TTTTT/TTT 179.9% a 2 687.4%

TTTT -1.99 0.01 10.66

TTTT -3.58 0.05 286.48

T-

TTTTT/TTT 179.9% a 2 687.4%

X X Y

Architectural and Structural Design

建筑与结构设计

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