钢结构交错桁架体系的高等分析

钢结构交错桁架体系的高等分析

屋面板楼面板楼面板

柱 柱柱

H H H H

H H H H H

R=2HD/L R R R 2R

2R V=2H V=6H V=2H V=4H V=4H V=6H

V=2H V=2H

L

D

钢结构交错桁架体系的应用

美国纽约的Clayton停车场公寓总层数为11层，桁架跨度为60英尺（18.28米），楼板采用10英寸（254毫米）厚的混凝土楼板；

美国康涅狄格州Marriott旅馆总层数为24层，楼板采用8英寸（203.2毫米）厚的预应力混凝土楼板；

美国拉斯维加斯Aladdin饭店总层数为38层，桁架高度为9英尺，跨度为63英尺4英寸，桁架空腹节间的长度为9英尺7英寸，楼板采用8英寸厚的混凝土预制板；

加拿大的虹谷旅馆，建筑平面为52米×17米，地上24层采用钢结构，桁架跨度为16.52米，层高为2.8米；

韩国Shangrila旅馆，地上41层，桁架跨度为20.6米；

另外，美国加利福尼亚的Sierra Point旅馆，纽约的Tower on the Park，新泽西州的Riverview Senior Housing等建筑中均采用了交错桁架结构体系。

周绪红教授带领的课题组对1个14层交错桁架结构的缩尺模型（缩尺比例为1:8）进行试验，以

考察交错桁架结构的荷载－位移曲线、极限承载力、应变分布、延性以及结构的最终破坏形态。

由兰州大学主编的《交错

桁架钢结构体系技术规程》即

将完稿。

钢结构交错桁架体系的高等分析方法

影响结构性能的主要因素可分为两类：1.几何非线性；2.材料非线性。几何非线性影响主要有：二阶效应和几何缺陷。材料非线性影响主要有：构件截面的塑性发展和残余应力。

高等分析方法是一种比较精确的结构整体二阶弹塑性全过程分析方法。它充分考虑了几何非线性、材料非线性和几何缺陷等影响结构稳定性和极限承载力的重要因素，直接考虑构件之间的相互作用，能够描述结构系统的非弹性内力重分布，能够比较真实地反映结构在荷载作用下的内力和变形状态，准确评估结构的极限承载力和破坏模式

算例１：某混合交错桁架结构建筑，层数为六层，层高为3m，房屋总长度为42m，柱距为6m，跨度为12.5m，柱子采用

HW300×300×10×15的H型钢，弦杆采用HM300×200×8×12的H型钢，竖腹杆采用工字钢I25a，斜腹杆采用角钢2L125×8，楼层荷载设计值为7.2KN/m2，从结构中取一榀横向框架，分别运用本文介绍的改进塑性铰法和ANSYS计算的轴力如下图所示，图中括号内为运用ANSYS分析的结果，轴力单位为KN

结论：由图可知，运用本文介绍的改进塑性铰法计算的交错桁架结构体系的轴力与ANASYS计算的轴力二者相差很小。其误差在5％以内。

运用本文介绍的高等分析对结构各楼层的竖向荷载按其设计值的0.01倍加载，以结构构件截面出现塑性铰，即刚度退化系数等于０为结构失效准则。得到结构的极限荷载设计值为9.476KN/m2，是荷载设计值的132％。略大于ANSYS算得的极限荷载设计值9.384KN/m2。

算例２：以JINKOO KIM等给出的十层交错桁架结构体系为例，假定楼面恒载设计值为7.2KN/m2，活载设计值为２.５KN/m2，抗震设防烈度为７度，地震分组为２组。

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结论：

１、交错桁架钢结构体系层间位移角主要集中在底部几层。

２、当结构的最大层间位移角由1.5%增加到2%时，上部各层的层间位移角变化很小。

３、本文介绍的钢结构交错桁架体系的高等分析方法能比较准确的计算钢结构交错桁架体系的内力、稳定承载力和结构位移。随着有限单元方法和计算机技术的发展，高等分析方法和设计是未来钢结构分析和设计的发展方向。

谢谢！