某网架结构力学性能分析某网结构力学性能分析.doc

工程概况 本工程位于陕西省西安市。总建筑面积为1496.25㎡，工程结构形式为螺栓球节点正放四角锥网架，材料选用Q235钢材，结构构件分别选用GB700中Q235钢管、GB3077中高强螺栓、GB699中的45号钢做的螺栓球、Q235钢的封板锥头和套筒，焊条分别使用E43xx和E50xx。其几何形状大致呈半圆状，在0°和180°处各凸出1.375m，两方向几何尺寸分别为28.5m和52.5m，其属于一类公共建筑，建筑主体结构设计使用年限为50年，抗震设防烈度8度，耐火等级为一级。 网架结构杆件材料均选用低碳钢Q235，弹性模量E=2.1×1011Pa；泊松比ν=0.3；密度ρ=7850kg/m3，其抗拉强度设计标准值为235Mpa，抗拉压强度设计值为195Mpa。 杆件材料（高强螺栓）规格分别采用φ45x3.50（M20），φ60x3.50（M22），φ75x3.75（M24），φ89x4.00（M27），φ114x4.00（M33），φ140x4.00（M33），φ159x6.00（M39）。 网架结构边界支承结构形式：周边柱点支撑，采用刚性支承，；不动球支座； 支座节点类型：平板压力支座； 本文所采用的现行国家设计规范与技术规程如下： （1）《网架结构设计与施工规范》 (JGJ7-91) （2）《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) （3）《钢结构工程施工质量验收规范》 (GB50205-2001) （4）《网壳结构技术规程》 （JGJ61-2003） （5）《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》 (GB/T16939) （6）《建筑结构荷载规范》 （GB50009-2012） （7）《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 （GB50018-2002） 计算工况 该空间网架结构的外荷载分为恒荷载（自重）、活荷载、风荷载、雪荷载。恒荷载通过给几何模型附加重力加速度来计算，经计算自重为466.55kN，网架面积为1147.22㎡，故单位面积的自重为466.550/1147.22=0.407kN/㎡，这里未采用设计技术参数中：上弦层0.30kN/㎡，下弦层0.15kN/㎡，共计为0.45 kN/m2，与前者计算所得值相差不大，且前者为精确计算，故这里采用前者。活荷载、风荷载、雪荷载均依据《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2012）按该结构所述地区进行取值：屋面活荷载按不上人屋面取0.5kN/㎡，不与雪荷载同时组合；风荷载取值为0.35kN/㎡，组合值系数0.6；雪荷载取值为0.25kN/㎡，组合值系数0.7；对上述各种荷载进行组合，采用承载能力极限状态下的基本组合： 由可变荷载效应控制的组合 1.2×恒载+1.4×活载 1.2×0.407+1.4×0.5+1.4×0.6×0.35=1.482 kN/㎡ 1.2×0.407+1.4×0.5×0.7+1.4×0.35=1.468 kN/㎡ ②由永久荷载效应控制的组合 1.35×恒载+1.4×0.7×活载 1.35×0.407+1.4×0.7×0.5+1.4×0.6×0.35=1.332 kN/㎡ 故荷载采用以上较大值1.482 kN/㎡进行计算。 荷载在模型的加载中是放置与上弦杆件的节点上，原以网格面积所辖区域内节点数目进行平均分配，但该结构体型复杂，网格面积各不相同，且差异不大，按上述计算较为复杂，且根据以往计算经验其对于计算精度提高并不大，故对荷载加载进行简化，采用总面积上的荷载除以节点总数平均分配到节点上，这种方法较为粗略，但满足工程要求。这里应当注意理论上边缘上的节点荷载是小于中间部分的节点荷载，该处同理予以忽略。 故上弦节点加载荷载计算为： 荷载组合值1.482 kN/㎡，屋面总面积1147.22㎡，上弦节点共计283个，则 上弦节点加载荷载均值为：1.482×1147.22/283=6.0077 kN。 上弦节点加载荷载为1.500 kN。 注：该处荷载必须作用在节点上，杆件不承受横向荷载。 有限元模型 3.1 基本假定 网架结构杆件多、节点多，是一种高次超静定的空间杆系结构，要完全精确地分析它的内力和变形是非常困难的，需要采用一些计算假定，忽略某些次要因素的影响，从而使计算工作得到简化，计算假定越接近实际结构，计算结果的精度越高。 对网架结构进行动力特性分析通常作如下假定： (1)网架的节点为空间铰接节点，每一节点有三个自由度； (2)质量集中在各节点上； (3)基础为一刚性体，各点的运动完全一致而没有相位差。 3.2 单元选取 由于结构为空间杆件受力体系，节点假设为空间铰接点，外荷载假设作用在节点上，单元仅受拉压力，所以可以选取link180作为结