管桁架结构计算模型的选取

, , 。
如 本 例 题 中重 屋 面网 架 按 铰 接 计算 与 按 刚接 计 算 结果 的 差异 已不 容 忽视 最 大 应 力比 相 差 达
, ,
按
刚 接 进 行优 化 设 计时
,
结构 杆 件 总重 量 比按 铰 接 重
,
如 果 先按 铰 接 设计 再 按 刚接 验 算 超 应力 杆 件有
,
根
, , ,
,
按 铰 接 计算 与 按 刚接 计 算 结果 相 差 很小 最 大 应 力 比之 差 小于
,
按 刚接 进 行 优化 设 计 时
,
结 构杆 件 总重
,
量 比 按 铰接 优 化 设计 重
因此 这 种 情况 下 完 全 可以 按 铰接 模 型 设计 网 架 但 当 网 架杆 件 截 面较 大 时
, 。
得 到 设计 结 果 后
网架 节 点为 铰 接 杆 件 采用 杆 单 元进 行 校 核 面 网 架 的计 算 结 果规 律 相 同 对 比 表 与表
。
计 算 结果 如 表 所 示 可以 看 出表 与 表 中 轻屋 面 与 重屋 可 知 对 于 焊 接球 节 点 正放 四 角 锥 网架 当 采用 杆 件 较小 时
采 用 全铰 接 模 型进 行 计算 得 到 的用 钢 量 最低
,
但对 此 分 析结 果 按 刚接 模 型 进行 校 核 时存 在 较
。
多 的 杆件 超 出 设计 应 力 相 比之 下 按全 刚 接 模型 优 化 设计 结 果 比较 安 全 本 工 程所 承 受 的控 制 荷 载为 横 向
,
风 荷 载
同样 建 议在 具 备 条件 的 前 提 下尽 量 采用 刚 接 模型 杆
, 。
但 当验 算 结 构 整体 稳 定性 时 需 要考 虑 节 点刚 度 的 影响 与杆 件 的 形心 长 度 比值 较 大 时 或 对 节 点刚 度 比 较敏 感 的 大型 管 结 构
当杆 件 截 面高 度
或 直 径
工业 建筑
必 要 时 考虑 节 点 刚 度 对 结 构 的影 响或进 行 包络 设计
参 考文 献
钢 中华人 民共和 国国家 标准 《 结 构设计 规 范 》
,
,
一
中华 人 民共 和 国 国家 标 准 《网 架结 构设计 与施 工 规程 》 陈 以一
,
一
王 伟等
圆 钢 管相 贯节点抗 弯 刚度 和 承 载 力 实验【 〕 建筑结构 学 报
,
工 业 建筑
增刊
模型
截面
中
中
截面
截面
模 型一
模型 二
中
中 巾
中 巾
中 中
中 中
中 中
模型 三
中
工 业 建筑
增刊
第六 届 全 国现 代 结 构工 程 学 术研 讨 会
图
大 拱 横 剖面 裹
图 析 架 部 分杆 件 截 面
部 分单 元 编 号
畏青蒸洲 …
表 析 架 部 分杆 件 最 大计 算 结 果 单 位 对 方 案进 行 优 化设 计 时 假设 析 架 弦杆 可 以 变二 次 截面
。
杆 件 的计 算 应力 均 有 所降 低
说明 按 刚接 设 计 完全 可 保证
。
业建筑
,
,
增刊
,
,
。
,
,
。
为什
长为 正 匕 中
采用
再 假设
第 六 届 全 国现 代结构 工 程 学 术研讨会
三
、
管析架 不 同计 算模 型 计 算结 果 的 比较
一
析架实 际 工 程 一
,
某 管析架实 际工 程 项 铰 接 如 图所 示
二 共二
无
无
因此 杆 件 以承 受 轴力 为 主 月 丑
“
二
一一
砰 式 中 重屋 面 时
一一一
, ‘ ,
‘
二二
。
由弯 矩 产生 的 应 力与 由 轴 力产 生 的 应力 比 值近 似 按 下式 估 算
为钢 管 半 径
,
为 杆 件长 度
可见 由 弯矩 产 生 的 应力 与 由轴 力 产 生 的应 力 比值 与 的 增 加 大于 轴 向 刚度
,
点网 架采 用 统 一的 计 算模 型
且简 化 了 计算 模 型
二 是 通过 对 比
对 于 焊 接球 网 架 按刚 接 计算 时
。
件 受 弯产 生 的 应力 比 受轴 向 力 产生 的 应 力小
,
,
一 般情 况 下 可忽 略 不 计
, ,
以 图 根 杆 件
所 示正 放 四 角锥 网 架 为例 网 架上 弦 沿 周边 支 承 于柱 顶
、
为 了限制 刚 体位 移
在 节 点 施加平 面 外 方 向的 约 束 条件
,
三 种 计 算模 型 优 化 设 计
表
,
表 中 单 元所 在 位 置 在 支 承 柱 附近
单元 编 号 如 图
所示
。
表
计算
主 析 架部 分 杆 件截面
单元
单元 截面 面
中
义
单元 元
单元 截面
中 中
单元
单元
截面
巾
重 杆件 总重
恒 载
自重
活 载
图 表
正 放 四角 锥 网 架
正 放 四 角锥 网 架计 算 结 果一
鼠 衬哪一洲
,
分析 对 比 过程 采 用两 种 方 式
, ,
第 一种 是 首 先假 设 网 架节 点 为 铰接
,
,
,
杆件 采 用 杆单 元 进 行满 应 力 优化 设 计 算 结 果如 表
,
,
假 设 荷载 中 包 含网 架
增 刊
,
,
,
,
,
其 中 单元 编 号 如 号
、
进 行 分 析 宜考 虑 杆
但 实
第 六 届 全 国现 代结构 工 程 学 术研 讨会
体系
,
分 析 时计 算模 型需要 谨 慎 选 取
,
,
由于 实 际 管结构 相 贯 节 点为半 刚 节 点
。
,
并非所有 工 程 采用 刚 接模 型
都 是 偏 于 安全 的
。
成 正比
,
由于 杆 件截 面 变 大
,
抗 弯 刚 度
的 增 加
弯矩 增 加较 多
由于 弯 矩 引起 的 应 力增 加 也 较大 表 正放 四 角 锥 网架 计 算结 果 二
份 荞撰举翼
, ,
,
因 此 按刚 度 计 算时
第 二种 是 首 先假 设 网 架节 点 为 刚接
,
杆件 采 用 梁单 元 进 行满 应 力 优化 设 计
,
的连 接节 点 上
按 传 统 方 式 简 化 计 算模 型
,
,
一 般 认 为主 析架 为平 面 析架 结 构
、
在 此 我们 取三 种 计 算模 型 进
行分析
,
模 型 一 为全 刚 接 模 型
,
假 设 主 管与 主 管
,
支 管 与 主 管 间 均 为 刚接
,
,
所 有 单元 按 梁 单 元 进 行 计 算
应 力 比 超过
的杆 件 达
根
最 大 应 力 比
由 于四 角 锥 网架 是 高次 超 静 定结 构 部 分 杆件
, ,
超过 设 计应 力 幅 度不 大 时 尚不 至 于 影响 到 结 构的 安 全 性 但 结构 的 可 靠度 达 不 到设 计 要 求 因 此设 计 时需
, ,
要注 意 这一 问 题 由 表
垂 直 大拱 跨 度方 向
,
由 于 在横 向 风 作用 下 方 案一 与 方 案 二的 受 力 特性 相 差 较 大 因 此 二者 计 算
。
结 果相 差 较 大 四 结 论
限 于篇 幅 本 文对 计 算结 果 不 作深 入 分 析
对 于 双 层焊 接 球 节 点网 架
,
,
在 具 备 条 件的 前 提 下尽 量 采 用 刚接 模 型 杆 件 采 用梁 单 元
。
网架 平 面 尺寸
, ,
网架 高
网格 尺 寸
,
。
柱 距
,
正方 形 混 凝土 柱 截 面尺 寸 第 一 种 假 设屋 面 为轻 屋 面
,
柱 高
,
架 与 柱 顶铰 接
本 例 题仅 考 虑 竖 向荷 载
,
分 为 两种 情 况
,
恒 载
荷 载 中包 含 网 架 自重
,
活 载
。
第二 种 假 设屋 面 为 重屋 面
, 。
第
条 规定
网 架结 构 分 析时 可 忽视 节 点 刚度 的 影 响 假
,
定 节点 为铰 接
,
杆 件 只承 受 轴 力
一
虽 然 试验 及 分析 表 明
,
对 于 焊 接球 节 点 网架
杆件 比 较 接近 于 与 焊接 球
刚接
但 制 订 规程
时
,
,
考 虑 到 以下 两 点做 出 了 铰接 的 假 定 一 是 为 了焊 接球 节 点 网架 与 螺 栓球 节
铰 接 模 型得 到 的变 形 及 杆件 最 大 轴力 比 刚 接模 型 稍 大 这
,
是 因 为 按刚 接 模 型计 算 结 构 的整 体 刚 度 略大 于 按 铰接 计 算 的 整 体刚 度 并 且杆 件 靠 受弯 承 担 了 小 部分 荷
, ,
载
按刚 接 计算 得 到 的最 大 弯矩 较 小 增刊
,
设 计
如 果按 铰 接 模型
杆件 采 用 杆单 元
。
进 行 分 析 设计
当杆 件 截 面与 形 心 长度 比 值 较大 时
件 可 能承 受 弯矩 的 影响
, 一
对 于 管 结构 计 算模 型
《 结构 设 计 规 范》 钢
,
中 第
条之 规 定 具有 合 理 性
际 工程 设 计 中可 操 作性 稍 差 为 了 保 证结 构 的 安全 性 件 采 用梁 单 元 进 行分 析 设 计
只 有
而 当网 架 采用 重 屋 面时
工 业建筑
,
铰接 模 型 与刚 接 模 型相 差
,
,
,
,
,
由于 杆
共 假设 网 假 设
,
。
飞
第六 届 全 国现 代 结构 工 程 学术 研 讨 会
,
,
,
较大
最大 应 力 比相 差 达
刚 接 计算 得 到 的弯 矩 达
此 时 弯矩 的 影 响 已不 容 忽略
,
么会 产 生 这种 结 果 呢
计
得到 设 计 结果 后 再 假 设 网架 节 点 为刚 接
。
杆件 采 用 梁单 元 进 行校 核
,
所 示 表
中给 出 的值 均 为计 算 结 果的 最 大值
,
由 表 可 以看 出
,
当 网架 采 用轻 屋 面 时
按 铰接
、
刚 接计 算 模 型得 到
,
的计 算结 果 相 差很 小 最 大 应 力 比相 差
示
,
, ,
模型 如 图
所示
,
结构 长
,Байду номын сангаас
,
宽
钢 材 采用
钢
,
,
支承 情 况 为柱 所
在 此 我 们取 受力 最 大 的 主 析 架 作 为 研 究 对 象
左 侧 柱 间距 为
,
计 算简 图 如 图
由于 工 艺 要 求
。
,
右 侧 柱 间距 为
,
荷 载假 设按集 中荷 载 加 到 次 析 架 与 主 朽 架
对 大 型 焊接 球 网 架按 铰 接进 行 设 计 时
, ,
需 要 提高 一 定 的安 全 储备
,
还 可 看 出
,
对 于正 放 四 角锥 网 架
考 虑 到节 点 半 刚性 能 的 影响
,
在 按刚 接 进行 设 计 然后 按 铰接
,
进 行 验 算 时 由 于按 刚 接 设计 杆 件 用钢 量 较高 结 构 的 安全 性
第 六 届全 国 现 代结 构 工 程学 术 研 讨会
,
,
采用 相 贯 节点 的 管析 架 结构
、
为 了保 证 结构 的 安 全性
尽 可能 采 用 所有 杆 件均 为 梁 单 元的 计 算 模型
二
焊
接 球 网 架 不 同 计 算 模 型 计 算 结 果 的 比 较
一
,
《网架 结 构设 计 与施 工 规 程 》
, ,
因此 即 使 采用 刚 接模 型 杆 件 仍 以承 受 轴 力为 主 轴 向 刚度 值 为 翻
,
。
以表
中
杆件 计 算 取 二
抗 弯 刚度 可 按 ” 五了
,
,
于
参 数
取 决于 结 构在 荷 载 作用 下 的 变形 情 况
假 设 杆 端弯 矩 仅 由于 侧 移产 生
杆 件 的抗 弯 刚 度值 约 为 一 二 二二二 二二 二二二 ‘二二 立一二
模 型 二 为部 分 刚 接模 型
主管 弦杆
假 设 主 管 与 主 管 刚接
支管 与 主 管 间为 铰接
,
支管
、
腹杆
按 杆 单 元进 行计 算
,
,
按 梁 单元 进 行 计 算
,
模 型三 为 全 铰 接 模 型
,
假 设 主 管与 主 管
支 管与 主 管 间均 为铰 接
。
所有
单元按杆 单元进 行计 算
结 果分 别 见 表
, ,
图
所 示
节攀黝
, 、
,
计 算结 果 如 表
表
所 示
、
、
号 单元 为 大 拱对 称 轴上 竖 腹 杆
、
号
号 单元 为 弦杆 底 部 上弦
,
下 弦杆 单 元
号单 元 为弦 杆 跨 中上 弦
,
下 弦 杆 单元
。
从表
、
表
中 可 以看 出
,
采用 不 同 分析 模 型 得到 的 优 化设 计 结
果 相 差较 大
,
主要 是 因 为对 于 正 放 四角 锥 网 架 这类 超 静 定 结构
, ,
结 构传 力 路 径 与杆 件 的 刚度 有
,
关
结构 按 照杆 件 刚 度 的比 例 传递 外 荷 载一 般 情 况 下
,
正 放 四 角锥 网 架 杆件 的 轴 向刚 度 远大 于 抗 弯刚 度 中轻 屋 面 计算 模 型 为例