大跨钢结构学习要点甘杰

平面结构体系：梁式拱式框架传力有层次主要依赖于截面尺寸与材料强度，受力取决于单个最弱杆件。空间结构体系：实体（薄壳、折板）、网格（网架、网壳）、张力（自重最小，如悬、索、膜）、混合结构（刚性柔性杂交结构）。充分利用三维几何构成，形成合力受力形态，发挥材料性能优势。有整体性高次超静定自重很重要可采用钢结构轻质屋面结构及材料或新颖材料。三向受力，非线性。60m 以上为大跨度。优点：自重轻经济性好，刚度好抗震性好，便于工业生产，形式多样性，造型美观，建筑结构使用功能结合。受力特性：梁轴心受力俩端铰接i 大时应做刚接。拱拱身主要承担轴力，跨度大时更经济，俩较拱使用较多安装简单温度应力低无铰拱跨中m分布最有利，但需加强基础，且对沉降敏感，实腹式桁架式截面不高水平推力较大，对支座要求较高，可设水平拉杆或橡胶支座，合理拱轴线：给定荷载，该轴线下任一截面无弯矩，工程中以最不利荷载，最不利工况下，拱截面弯矩最小为准。张弦梁：有刚性上弦构件，柔性下弦拉索，中间连以撑杆的新型自平衡杂交结构。在下弦拉索施以预应力使上弦刚性构件产生反挠度，使荷载作用下总挠度降低，撑杆对上部结构提供弹性支撑，改善结构性能，预应力使上拉下压。悬索结构：通过索的轴向拉伸来抵抗外荷作用，索的材料是由高强度钢丝组成的钢绞线钢丝绳或钢丝束等，可以充分的利用钢索的抗拉强度，大大减轻了结构自重。分类：单/双层悬索体系、索网体系。门式钢架：柱与横梁刚接，与基础铰接。支撑分类：屋盖支撑：上下弦水平支撑垂直支撑及纵向水平系杆。柱间支撑：上中下部柱间支撑。作用：把网架变成一个空间几何不变体系提高空间刚度，增加平面外整体稳定性，传递纵向荷载。基本荷载：竖向荷载：屋面自重、领条等构件自重、屋面活荷载、雪荷载。水平荷载：风、地震、吊车制动力。

网架结构按结构组成分双层，三层，组合（钢筋砼板代替上弦受压杆）按支承情况分周边，点，周与点结合按网格形式分

交叉平面桁架体系一般使斜腹杆受拉，竖杆受压，夹角40到60（两向正交正放网架几何可变，设上弦或下弦水平支撑，适用正方形跨度小两向正交斜放边界可靠时为几何不变，嵌固作用可采用无角部，适用正方形或长方形三向网架采用圆钢管及球结点，适用大跨度）四角锥体系（正放四角锥网架受力均匀，刚度比其他四角锥和两向好，杆件数量多，适用正方形周边支承，屋面荷载大大柱

距点支承设有吊车的工业厂房正方抽空适用屋面荷载小的中小跨度网架斜放四角锥上弦杆与边界成45度，为下弦杆的0.707倍，上弦网格正交斜放故屋面板种类多，排水坡形成困难，适用中小跨周边支承，或周边支承与点结合的方形和矩形星形四角锥角部上弦可能受拉类似正交斜放，适用中小跨周边支承棋盘形四角锥适用小跨周边支承）三角锥体系（三角锥网架适用三角形六边形圆形抽空三角锥适用荷载小跨度小的三角形六边形圆形蜂窝形三角锥适用中小跨周边支承单向折线形网架适用狭长矩形）网架高度网架起拱作用1，消除使用阶段的挠度影响称施工起拱2，利于排水高度为短向跨度/300 起拱方法按线型分折线型和弧线型，按方向分单向（狭长平面）和双向（正方形）屋面排水坡度取1%到4%,多雨选用大值，做法1，上弦节点上加小立柱找坡，当其高时应注意稳定性，此法构造简单2，网架变高度，当跨度大时，会造成受压腹杆太长3，支承柱变高，适用点支撑方案网架4，整个网架起拱，一般适用大跨度网架

网架结构静力计算计算模型分铰接杆系，桁架系，梁系，平板空间桁架位移法也称矩阵位移法，是一种空间杆系有限元分析法，以网架结构的杆件作为基本单元，以节点位移作为基本未知量，先对杆件单元分析，根据虎克定律建立单元杆件内力与节点位移之间的关系，形成单元刚度矩阵，再对结构整体分析，根据各节点的变形协调条件和静力平衡条件建立结构上的节点荷载和节点位移之间的关系，形成结构的总刚度矩阵和总刚度方程，求解引入给定边界条件后的总刚度方程，得出各节点的位移值，由单元杆件内力与节点位移之间的关系求出杆件内力。

边界条件处理，结构总刚度矩阵【K】是奇异的，尚需引入边界条件以消除刚体位移，使总刚度矩阵为正定矩阵，某方向固定表示该方向位移为零，某方向为强迫位移边界表示在该方向位移为一固定值支座某方向固定的处理1,把已知外荷载的方程放在前，未知反力的方程放在后2，将位移为0行列划去3，对角线项充大数法，把元素Kcc改为充大数B=10^8到10^12 4，将相应于零位移分量的主对角线元素改为1，其余元素连同右端项的元素都改为0 前2种方法使总刚度矩阵阶数减少，第一种还可得支座反力的方程，但带来元素地址的变动；后2种的阶数和元素地址不变，利于编程支座某方向弹性约束的处理，对应于弹性约束方向的主对角线元素叠加上等效弹簧刚度系数Kz即可某方向给定位移的

处理，1，潜行修正法,相应于给定位移分量的那些行列的非对角线元素改为零，对角线改为1，同时把总刚度方程的右端各分量减去对应的已知值2，对角线项充大数法，对应主元数Kcc充大数B，并将c行右端项Piz改为B乘给定位移斜边界条件的处理，1，在边界点沿着斜边界方向设置一个具有一定截面的杆件2，将斜边界点处的节点位移向量作一变换，使在整体坐标下的该节点位移向量变换到任意的斜方向，然后按一般边界条件处理。

对称性利用同时位于对称面内的杆件截面面积应取原截面面积的1/2；位于n 个对称面内的杆件截面面积应取原截面面积的1/2n；位于对称面内各节点的荷载应取原荷载值的1/2；位于n个对称面内节点的荷载应取原荷载值的1/2n。计算步骤

网架不考虑温度作用下内力的条件，当温度变化时，网架杆件中支承平面弦杆的温度应力为最大，并随着支座法向约束的减弱而减少。1，支座节点的构造允许网架侧移时，其侧移值应等于或大于某计算值2，在单位力作用下，柱顶位移值应等于或大于上值3，当周边支承的网架且网架验算方向跨度小于40m时，支承结构应为独立柱或砖壁柱。

杆件固端内力和由节点不平衡力引起的杆件内力叠加即得网架杆件的温度内力和应力

网架结构的动力特性及不需要抗震验算的条件：抗震设防烈度为6度或7度，网架屋盖结构可不进行竖向和水平抗震验算；8度，周边支承的中小跨可不进行水平抗震验算。

网架重力荷载代表值，恒载取100%，雪荷载及屋面积灰荷载取50%，不考虑屋面活荷载。

网架杆件截面形式与网格形式、节点形式有关，应根据承载力和稳定性的计算确定，对轴心受拉，验算强度和刚度（长细比）；对轴心受压或压弯，验算强度、稳定和刚度。

螺栓球结点由钢球、高强度螺栓、紧固螺钉套筒、锥头或封板组成，适合连接圆钢管杆件。优点是节点小，重量轻，适用于四角锥或三角锥网架，安装方便，可拆卸，缺点是，球体加工复杂，零部件多，加工精度高，价格贵，所需钢号不一，工序复杂，受力特点见P63，直径大小主要取决于高强度螺栓的直径，高强度螺