某中学体育馆方钢管桁架屋盖结构设计

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图２桁架断面图１钢屋盖桁架吊装照片
下弦杆采用３１０～１２ｍｍ不等的方钢管；２０ｍｍ× 壁厚１腹杆采用３２０ｍｍ、２～２５ｍｍ不等的方钢管；壁厚６～８ｍｍ不等的方钢管。２００ｍｍ×２００ｍｍ、桁架节点采用相贯焊接节点，外观简洁。结合桁架
已竣工并投入使用。迁建工程中的体育馆为地上一层建筑，房屋高度屋盖桁架跨度４采用矿棉夹芯板保温屋面。２１ｍ，５ｍ，绵竹市抗震设防烈度为７度，设计地震分组为，第二组，设计基本地震加速度为０体育馆的建．１５ｇ筑抗震设防类别为重点设防类。１屋盖结构选型体育馆主体采用钢筋混凝土框架－剪力墙结构，带折角的三角形屋面采用钢桁架结构。从与总体建筑形式协调、便于施工制作和降低成本等方面综合考虑，断面为倒三角形的立体桁架采用方钢管作为弦杆和腹杆构件。其中，上弦杆和腹杆正放，下弦杆旋转４放５ ° 、置，如图１图２所示。这样桁架下弦不仅使人在仰望时顿生挺拔秀美之感；而且腹杆只需按斜平面切割就可与弦杆相贯，制作简便且费用较低。桁架高度（弦杆中心距）为２ｍ，跨中在屋脊处设一平段。上弦杆采用３壁厚００ｍｍ×３００ｍｍ、２８
赵宏康：某中学体育馆方钢管桁架屋盖结构设计
各杆件的内力，部分内力较小的杆件采用Ｑ２３５Ｂ－材质，可采用成品方钢管，这样制作成本和工作量均
大大降低；内力较大的杆件采用Ｑ使桁３４５Ｂ材质，－架保持整体美观。桁架立面见图３。
Байду номын сангаас
图３桁架立面（图中未注明材质的杆件均为Ｑ２３５－Ｂ）
始建于１３１６四川省绵竹中学前身为紫岩书院，年，迄今已有百年历史。５·１１９０７年改办新学，２汶川大地震波及绵竹，致使绵竹中学校舍严重开裂受损。江苏省援建绵竹工程指挥部和绵竹市政府决定
２，总建筑面积５现新校区迁址重建新校区，００００ｍ
棉夹芯板。２钢结构屋盖桁架和下部混凝土结构的协调设计带折角的倒三角桁架在荷载作用下将产生较大的支座水平推力。分析对比了钢桁架两端采用固定一端可滑动铰支座时的内力情铰支座和一端固定、部分计算结果如表１所示。况，
ｋＮ
最大轴力上弦－８６２．８－２５８．６－９９４．３－３０２．６下弦６５５．３１９６．１１９５２．５５９４．２腹杆２３２．８７２．４２６７．９８３．３
图４抗拉球型钢支座示意
３动力特性分析如前所述，钢结构屋盖与下部钢筋混凝土结构共同受力、协调变形。因此，取钢结构屋盖与下部钢筋混凝土结构总装的计算模型，采用ＳＡＰ２０００ｖ１２软如图５所示。整体结构分析时阻尼件进行整体分析，２９
工程设计
，。比取０钢结构屋面单独分析时阻尼比取０．０３５．０２
出了Ｇ钢结构设计规范》有关条文Ｂ５００１７－２００３《的范畴，本文采用ＡＮＳＹＳ９．０通用分析软件进行节点的非线性分析。有限元分析采用Ｓ材ｈｅｌｌ１８１单元模拟方钢管，料采用双线性等向强化模型，弹性模量Ｅ１＝２．０６×
变，不考虑残余应力的影响。采用Ｎｅｗｔｏｎａｈ－Ｒ－ｐｓｏｎ法进行非线性平衡方程求解。收敛准则为位移和不平衡力收敛准则。有限元模型及计算简图如图６所示。
ＵＸ
０．００００．００００．００００．３３６０．００００．０１００．２０５０．００２０．０１７
表１部分支座反力、构件内力对比
构件两端采用固定铰支座一端固定，一端可滑动铰支座工况恒载活载恒载活载支座水平推力５４２．３１６２．７０．００．０
采用两端固定铰支座时，桁架对下从表１可知，但此时桁架构件内部混凝土结构的水平推力较大，力较小且较均匀；如果一端采用可滑动铰支座，则对下部混凝土结构没有水平推力，上弦杆和腹杆最大轴力略有增加，而下弦杆最大拉力大幅增加。因此，决定采用释放恒载对下部混凝土结构的推力，但在即采用使用阶段采用两端固定铰支座的设计方法：球型钢支座作为桁架支座，施工时充分利用桁架上弦支撑整体稳定的优势，在桁架吊装就位后仅固定桁架一侧的两个支座，另一侧的两个支座暂时不固定并留有滑移空隙，待屋面板安装完成后再固定。这样，既有效减小了桁架作用于下部混凝土结构上的水平推力，改善了下部混凝土结构的受力状态；又控制了桁架内力，显著降低了桁架的用钢量。同时，使用阶段桁架两端均为固定铰支座，这使整体结构结构性在风或地震等水平作用下的反应较为均衡，能比一端设滑移支座时仅一侧承受水平作用结构有大幅度改善。桁架两端的固定铰支座采用抗拉球型钢支座，／按Ｇ球型支座技术条件》设计。ＢＴ１７９５５－２０００《
每榀桁架通过４个铰支座桁架采用上弦支点，支于两侧的钢筋混凝土边梁上。倒三角形立体桁架自身的稳定性较高，故仅在四榀立体桁架之间的跨中对称轴上设一榀平面桁架，另在桁架上弦设数道刚性撑杆与端部混凝土柱相连作为山墙抗风柱的顶避开桁架范围支点。桁架上布置斜卷边Ｚ形檩条，为单跨简支，檩条间距１上铺矿内的采光带，．８ｍ，
图５计算模型
表２ｉｔｚ向量法进行结构的三维模态分析，采用Ｒ列出了前９阶模态的周期、质量参与系数等计算结果。
表２周期及质量参与系数
模态阶数１２３４５６７８９周期／ｓ０．５７１０．５３３０．４０００．３７６０．３２２０．３０６０．２３５０．２２００．２１４
工程设计
某中学体育馆方钢管桁架屋盖结构设计
赵宏康
（）苏州市建筑设计研究院有限责任公司，江苏苏州２１５０２１摘要：通过对某中学体育馆方钢管桁架屋盖结构的设计和弦杆旋转４放置的方钢管ＫＫ相贯节点的非线性有５ ° 表明倒三角形方钢管立体桁架受力合理，且支座的合理设计能有效改善整体结构的受力性能。基于有限元分析，限元分析结果对方钢管ＫＫ节点提出设计的合理化建议。关键词：方钢管桁架；相贯节点；极限承载力
），ＶＳｔｅｅｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．２０１０（１０ｏｌ．２５，Ｎｏ．１３８
为保证支座在罕遇地震下不先破坏，采用包括罕遇地震工况的支座反力组合包络最大值来确定支座承取支座竖向承载力设计值为５双向水载力：００ｋＮ，，平承载力设计值为２最大允许转角０００Ｎ，．０５ｒａｄ并从构造上保证支座具有抗拉能力。采用的抗拉球型钢支座示意如图４所示。
作者：赵宏康，男，研究员级高级工程师。１９７０年出生，：Ｅｍａｉｌｈｏｎｋａｎ．ｚｈａｏｉａｄｃ．ｃｏｍ＠ｓ－ｇｇ收稿日期：２０１０－０７－０６
钢结构２０１０年第１０期第２５卷总第１３８期
５３，，弹性模量Ｅ２＝２泊松比取ＭＰａ．０６×１０ＭＰａ１０。，０．３以图３中节点Ａ为例主管屈服强度取
、。按Ｖ支管取２３４５ＭＰａ３５ＭＰａｏｎＭｉｓｅｓ准则及等向强化理论考虑材料弹塑性，其相关的流动法则、考虑大变形几何非线性对单元形状的改变和刚度改
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＩｔｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅｄｅｓｉｎｏｆｔｈｅＲＨＳｔｒｕｓｓｒｏｏｆｓｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒａｎａｌｓｉｓｏｆＫＫｒｅｃｔａｎｕｌａｒｇｙｙｇｏｉｎｔｓｔｕｂｕｌａｒｗｈｏｓｅｃｈｏｒｄｍｅｍｂｅｒｓｗｅｒｅｒｏｔａｔｅｄ４５ °．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｃｏｎｖｅｒｓｅｔｒｉａｎｕｌａｒＲＨＳｔｒｕｓｓ－ｊｇｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．ＤｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｅｒｓｆｏｒｃｅｓｕｉｔａｂｌＡｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｄｅｓｉｎｏｆｓｕｏｒｔｓｃａｎａｍｅｌｉｏｒａｔｅｔｈｅｔｏｔａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐｇｙ．ｇｐｐｏｉｎｔｓｓｕｅｓｔｉｏｎｓｏｎＫＫｒｅｃｔａｎｕｌａｒｔｕｂｕｌａｒａｒｅｏｆｆｅｒｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｎｉｔｅａｎａｌｓｉｓ．－ｊｇｇｇｙ：；；ＫＥＹＷＯＲＤＳＲＨＳｔｒｕｓｓｔｕｂｕｌａｒｏｉｎｔｓｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｃａａｃｉｔ－ｊｇｐｙ
（，）ＢｕｉｌｄｉｎＤｅｓｉｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．ＬｔｄｉｎＳｕｚｈｏｕＳｕｚｈｏｕ２１５０２１，Ｃｈｉｎａｇｇ
ＳＴＲＵＣＴＵＲＡＬＤＥＳＩＧＮＯＦＲＨＳＴＲＵＳＳＲＯＯＦＯＦＧＹＭＮＡＳＩＵＭＩＮＡＭＩＤＤＬＥＳＣＨＯＯＬ
ＺｈａｏＨｏｎｋａｎｇｇ