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大跨度网架结构工程设计要点分析

文章出处:三维钢构 人气:发表时间:2019-04-24
  近年来,随着人们物质与精神文明水平的不断提高,人们需要越来越大的活动空间。而建筑物作为人类活动空间的一个重要场所,其建筑外观和使用功能都对网架结构提出了很大的要求,建筑物也因此需要越来越大的跨度来满足人们的需求,鉴于这种需求,大跨度空间结构蓬蓬勃勃的发展起来了。现如今形态万千的大跨度空间结构在体育馆、展览馆、飞机场、火车站及大中型厂房等各色建筑中得到广泛的应用。那么对相关网架结构的设计研究也就显得尤为重要。
  大跨度网架结构工程设计
  1、网架结构设计要点研究
  
  1.1、网架结构的优点
  
  网架结构在大跨结构中应用广泛且发展很快,其造型优美,形态变化多端,可以满足建筑外观丰富多变的要求;结构自重轻,有很好的经济指标;网架结构为高次超静定结构,各杆件协同工作,即使某根杆件破坏结构仍不会变为静定结构,从而保证结构能正常工作,所以网架结构安全系数较一般结构形式的高;网架结构中一些杆件交汇到同一节点,同一节点处各杆件既共同受力,又互为支撑,所以其整体性能好、稳定性好,这对结构受力是非常有利的;由于其自身特定的结构形式,网架结构相比其它结构形式具有良好的抗震性能;网架结构中杆件主要承受轴力,这与杆件的主要受力形式相符合,可以充分发挥材料的力学性能,达到节约用材的目的;网架结构成功实现了以较小的空间来造就较大的跨度,并且可以利用上弦下弦之间的空间来布置管道设备等,可以创造大的建筑空间来满足人们的需求。
  
  1.2、网架结构的形式
  
  网架结构有两层和三层的形式,两层形式是由上弦、腹杆、下弦组成,三层形式是由上弦、上腹杆、中弦、下腹杆、下弦组成,目前的结构中应用最为广泛的是两层的网架结构形式。
  
  2、网架结构设计过程中若干问题的探讨
  
  2.1、网架设计软件的选取问题
  
  目前,国内外设计网架结构的软件主要有MSTCAD,SFCAD,MSGS等,其中MSTCAD开发运用最早,因为其良好的建模、分析及出图等综合性能被广泛采用,该建筑物中的网架结构设计也是采用该软件。该软件不仅能分析各种网架、网壳结构形式,还能处理平面析架、空间析架、门式钢架等结构形式。
  
  2.2、下部框架与上部网架的建筑物在结构建模时是分开建模还是整体建模的问题
  
  一般情况下从理论方面分析,把上部网架与下部建筑物建在一个模型进行整体分析最接近实际情况,能分析上部与下部的协调受力,也能分析出结构的整体受力与稳定问题。但实际情况是这种形式的建筑物在建模过程中特别是实际工程在设计院进行设计建模时,由于下部结构是框架,框架一般用PKPM软件来进行建模与分析及出施工图等,而上部网架结构则一般多用MSTCAD软件来进行以上的工作,设计院所用的设计软件很少有能把上部与下部两种性质不同的结构建在同一个模型中,现在所用的SAP2000与Ansys等大型有限元分析软件虽然能把两者同时建在一个模型中进行整体分析,但在这些软件中进行建模比在前面提到的PKPM与MSTCAD中建模要复杂的多,且在这些软件中不能直接出施工图,对设计院来说工作效率会大大降低。
  大跨度网架结构工程施工
  2.3、支座的选取问题
  
  在网架结构设计中支座的选取问题是重点也是难点,网架结构中采用的支座形式有固定铰支座、弹性支座、滚轴支座等,而工程中最为常用的是固定铰支座、弹性支座两种支座形式。采用这两种支座形式各有其优缺点,当采用固定铰支座时由于支座处约束刚度大,所以上部的网架相对来说产生的轴力、位移、挠度等会较小,但其缺点是由于约束强,上部网架会对下部柱子产生很大的剪切力,这对下部柱子的设计会增加一定的难度。当采用弹性支座时,因为下部柱子在Z向对上部的约束较强,所以一般情况下会采取Z向固定约束,X与Y向为弹性约束,也即在X与Y向能释放内力,这可大大减小连接处柱子所受的剪切力,而在Z向柱子受的是压力,柱子的抗压能力是很大的,所以采用这种支座形式下部柱子的受力情况良好。但不利方面的是上部网架结构由于连接处的约束较弱,内部杆件会产生较大的轴力、位移与挠度,特别是跨中的挠度会有很大的增加。所以选用什么样的支座形式是根据多方面因素综合而定的。
  
  2.4、杆件的设计与选取问题
  
  在设计杆件时,拉杆与压杆的设计原则是不同的一一压杆是按照长细比限值进行设计而拉杆是按照强度限值进行设计,一般情况下按照强度限值比按照长细比限值设计出来的杆件要小,但是在实际工程中我们并不能按照这一原则来进行设计,因为当荷载改变或某些外部原因作用时拉杆有可能会转变为压杆,所以在设计时我们一般都是按长细比限制来进行拉压杆件的设计。另外按照网架受力特性运用规范、软件等计算设计出来的杆件规格在受力上是合理的,但是有时实际中并不能直接采用,因为要考虑到当地的材料供应问题,所以在设计过程中从材料库中选择杆件时最好要先了解市场,采用市场中常供应的材料。
  
  3、网架结构的耐久性及设计
  
  网架结构的杆件和节点采用钢材制作,但是钢材是非常容易锈蚀的,锈蚀杆件截面减小,以此就会大大的降低网架结构的安全性,尤其是在相关的使用环境比较潮湿的情况下,就应该更加的注意对网架防锈处理工作的强化。在以往的工作中,通过我们对现场网架结构的检测中发现,在相关的使用环境比较潮湿的情况下,网架的使用时间是不会太长的,都会产生一些杆件的锈蚀。对网架结构防锈方法有以下几种:改变金属结构的组织,在钢材的炼制过程中增加合金元素以提高钢材的抗锈蚀能力,如采用不锈钢;在钢材表而用金属镀层保护;在钢材表而涂以非金属保护层。当采用非金属涂料的防锈方法时,应根据网架使用的环境条件、腐蚀介质的情况等条件选择合适的底漆和面漆,并确定涂层厚度。
  
  与此同时,我们在现场检查中发现部分螺栓球节点网架下弦杆与螺栓球间产生缝隙,这是由于下弦杆受拉变形引起的,潮气很容易通过缝隙进入钢管或高强螺栓中,腐蚀高强螺栓。所以等网架屋盖系统安装完毕,网架承受大部分荷载后,应用油腻子将接缝处填嵌密实。当使用环境比较潮湿时,最好是采用密封性较好的焊接球节点网架。网架节点设计时要注意不要出现死角,以方便焊接及进行防腐处理。网架由于其节点设计不合理造成焊接及防腐处理困难。检查中发现当网架周边的杆件埋在墙中时,杆件极易锈蚀,而杆件与墙面之间留有一定间隙时杆件不易锈蚀。所以在设计时应使网架周边杆件与墙面间留有一定间隙,以此防止杆件锈蚀及有利于杆件的维护。
  
  综上所述,现阶段,网架结构是发展最迅速、被应用最多的空间结构形式,这主要因为其有众多的优点:其属于空间受力结构,故各杆件受力均较为均匀;同时其结构的高度较小,便可以利用较小的杆件来建造出较大的跨度,这样一来既可以满足大空间的要求又可以降低工程的成本,且可以充分利用建筑物的建筑使用空间;属于多次超静定结构,结构的安全度高;结构的整体抗震性能较好;整体结构的空间刚度较大,使得结构的稳定性较好;杆件主要是以承受轴向力为主,能充分发挥材料的强度;杆件的类型统一,适用于工业化生产、拼装和整体结构的吊装,施工周期大大缩短,使得工程的投资回报期限短等等。所以在以后的工作中,一定要特别注意对其的设计应用。
此文关键字:网架结构
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