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大跨度网架结构工程的优势及设计要点

文章出处:三维钢结构 人气:发表时间:2019-12-14
  由于生产工艺限制,封闭结构必须满足空间大跨的要求,大跨度柱面网架以其优异的空间大跨的结构性能。大跨度柱面网架结构该结构形式具有三维受力特点,该结构为超静定结构,如果出现某杆位置失效,大跨度柱面网架结构可以通过内力的调节,重新达到稳定,安全度较高。交汇于节点处的杆件相互支撑,增强了结构的稳定性,也具有一定的抗震能力。网架结构还有节约材料,安装方便,空间刚度大,适于工业化生产等优点。。
  
  1.网架结构设计方法
  
  大跨度柱面网架结构,无论采用哪种节点,荷载都在节点上,构件内力仅为轴向拉力和压力,由节点刚度引起的杆件弯矩很小。按照空间杆系结构进行计算,杆件之间的连接假定为铰接,忽略节点刚度的影响和次应力引起的杆件内力变化。受荷后网格结构位移很小,属于小挠度范畴,不必考虑因挠度所引起的结构几何非线性;另外结构设计时钢材处于弹性阶段,不必考虑材料的非线性,这样大大缩短了结构计算时间。
  网架工程
  传统计算方法分为两类,一类是连续化假定,一类是离散化假定。连续化假定已很少采用;离散化假定也就是通常所说的有限单元法,这种方法首先将结构离散为各个单元,在单元基础上建立单元节点力和节点位移之间的基本方程,以及相应的单元刚度矩阵,然后利用节点平衡条件和位移协调条件建立整体结构节点荷载和节点位移关系的基本方程,及其相应的总体刚度矩阵,通过引入边界约束条件求解出节点位移,再由节点位移计算出杆件内力。
  
  复杂的网架结构杆件数量多,计算量大,需要辅助设计软件进行计算,目前国内空间结构辅助设计软件有3D3S,SFCAD,MST及SAP2000,其中3D3S在建模与模型编辑,荷载添加,构件分析验算,后处理,节点设计等方面均有独特优势,作为主要的辅助设计软件,用SAP2000进行校核验算。
  
  2.网架工程案例分析
  
  以某封闭料场进行案例分析,案例概况:三心圆柱面网架由三心圆拟合而成,中部以半径为63m的圆弧进行12等分,每等分3.51m,两边以半径为31m的圆弧进行11等分,每等分3.485m,大小圆在相交点相切,为减小水平推力,两小圆弧与基础顶面正交,网架厚度为3m,最终模型净跨77m,外包尺寸83m,矢高为32.75m。
  
  网架计算参数:沿网架面均匀分布的檩条及屋面板等恒荷载:0.25kN/m2;活荷载0.5kN/m2;基本雪压0.4kN/m2;基本风压0.6kN/m2;网架自重模型自动计算。
  网架结构设计
  3D3S开发平台为CAD,建模操作相对灵活,可以利用CAD命令进行操作,利用线段来拟合三心圆网架,然后对几何线段赋予结构属性,如截面尺寸,材料属性等,通过杆件导荷,将面荷载转化成节点荷载施加到结构模型,最后按照实际支座位置设置边界约束条件,这样就形成了最终的结构模型,通过设置求解参数,如抗震设防烈度,地震分组,场地类别,阻尼比等参数,对结构模型进行求解。最终利用SAP2000复核3d3s计算结果,通过对比发现结果完全一致。
  
  3.网架设计及施工中中应注意的问题
  
  大跨度柱面网架结构对荷载比较敏感,荷载取值必须做到尽可能的精准,以恒荷载为例,以往结构设计中认为恒荷载对结构不利,可适当取大值,以保证结构安全,但是柱面网架并非如此,很有可能由于恒载取值过大,导致在风荷载控制的组合工况下本应拉压发生转变的杆件没有发生拉压转变,意味着计算过程中始终处于受拉状态的杆件在实际工作过程中处于受压状态,这是不安全的。
  网架工程施工
  大跨度柱面网架结构的抗风设计参数取值主要参考高层或高耸结构设计规范,由于设计依据少,难以选取风振系数,这种取值方法还不够完善,风振系数的选取主要靠经验。
  
  网架结构的支座通常采用铰接形式。考虑到支座不可能存在理想的不动铰支座,也就是说支座在两个水平方向上是一种弹性支承。既然是弹性支撑,就涉及到了弹性支撑的线刚度问题。由于影响这一支承刚度很难精准进行计算,那么如何来解决这个支座刚度为问题的关键。目前关于这个问题的解决方案就是对支座支承刚度进行包络设计,通过支承刚度自足够小到足够大这一包络设计过程,以充分保证结构的安全可靠。
  
  网架结构形式设过程中计算已经比较成熟,但应注意施工工况的验算,跟踪计算每一施工步骤的受力状态变化,避免采用不同的施工方法和施工顺序引发的工程事故。
此文关键字:网架结构
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