大跨屋盖结构的形式与计算要点.ppt

第3章 大跨屋盖结构 荷载及荷载效应组合 ： 对非抗震设计，《建筑结构荷载规范》GB 50009 ； 对抗震设计 ，《建筑抗震设计规范》GB 50011 需要计算温度应力时，采用空间桁架位移法，或近似计算方法： 第3章 大跨屋盖结构 空间桁架位移法（空间杆系有限元法） 交叉梁系差分法是一种简化计算方法 拟夹层板法是又一种简化计算方法 假想弯矩法也属简化计算方法 3.3.2网架内力分析方法 按弹性阶段计算 第3章 大跨屋盖结构 3.4 空间杆系有限元法 方法介绍： 以网架的杆件为基本单元，以节点位移为基本未知量。先由杆件内力与节点位移之间的关系建立单元刚度矩阵，然后根据各节点平衡及变形协调条件建立结构的节点荷载和节点位移间关系，形成结构总刚度矩阵和总刚度方程。总刚度方程是以节点位移为未知量的线性方程组。引入边界条件后，求解出各节点位移值。最后由杆件单元内力与节点位移间关系求出杆件内力。 第3章 大跨屋盖结构 网架的节点为空间铰接节点，杆件只承受轴力； 结构材料为完全弹性，在荷载作用下网架变形很小，符合小变形理论。 3.4.1基本假定 第3章 大跨屋盖结构 单元刚度矩阵 空间杆系有限单元：每个杆6个自由度 3.4.2 空间杆系有限元法要点 对应6个杆端力 它们之间的关系是 第3章 大跨屋盖结构 式中 即单元刚度矩阵。和结构力学的矩阵位移法一致，只是相应于剪力的各项均为零 第3章 大跨屋盖结构 坐标转换 杆单元在整体坐标系中的位置 第3章 大跨屋盖结构 坐标转换矩阵[T]为 第3章 大跨屋盖结构 结构总刚度矩阵及总刚度方程 结构总刚矩阵中边界条件的处理方法 位移为零：划行划列法和乘大数法。. 弹性约束：将弹簧刚度K0叠加到总刚矩阵中对应的主对角元上。 指定位移：主对角元和右端项乘以大数R 第3章 大跨屋盖结构 网架的边界条件及对称性利用 当网架结构（包括支座）和外荷载有n个对称面时，可利用对称条件只分析网架的1/(2n)。 对称面内各杆件的截面积应取原截面面积的一半，n个对称面交线上的中心竖杆，其截面面积应取原截面面积的1/(2n)。在对称荷载作用下，对称面内网架节点的反对称位移为零；在反对称荷载作用下，对称面内网架节点的对称位移应取为零。 第3章 大跨屋盖结构 结构斜边界处理 根据边界点的位移情况设置具有一定截面积的附加杆 对斜边界上的节点位移做坐标变换 杆件内力 展开为 第3章 大跨屋盖结构 计算简图，对节点和杆件进行编号； 计算杆件单元长度及杆件与整体坐标轴夹角余弦； 初选各杆的截面积； 建立局部和整体坐标系下的单元刚度矩阵； 集合总刚矩阵，采用变带宽一维存贮方式； 建立荷载列阵； 引入边界条件对总刚度方程进行处理； 求解总刚度方程，得出各节点位移值； 根据节点位移计算杆件内力； 按杆件内力调整杆件截面，并重新计算，迭代次数宜不超过4～5次。 3.4.3 空间杆系有限元法计算步骤 第3章 大跨屋盖结构 3.5 网架杆件设计 截面 钢管、热轧型钢和冷弯薄壁型钢 计算长度（l为杆件几何长度） 杆 件 节 点 螺栓球 焊接空心球 板节点 弦杆及支座腹杆 l 0.9l l 其它腹杆 l 0.8l 0.8l 网架杆间计算长度l 0 第3章 大跨屋盖结构 容许长细比 （1）受压杆件：[?]=180 （2）受拉杆件： 一般杆件---------------[?]=400 支座附近处杆件--------- [?]=300 直接承受动力荷载杆件---[?]=250 第3章 大跨屋盖结构 3.5 节点设计 形式 ： 焊接空心球节点(P.121,图3-30) 螺栓球节点(P.123,图3-34) 焊接钢板节点(P.128,图3-43) 焊接钢管节点(P.120,图3-28) 杆件直接汇交节点(P.120,图3-29) 第3章 大跨屋盖结构 D＝（d1＋d2＋2a）/θ 3.6.1焊接空心球节点 空心球节点杆件间缝隙 第3章 大跨屋盖结构 焊接空心球节点构造 钢 结 构 普通高等学校土建学科专业“十一五”规划教材 下册 房屋钢结构设计 陈绍蕃 主编 中国建筑工业出版社 第3章 大跨屋盖结构 第3章 大跨屋盖结构 大跨屋盖结构体系 网架的形式 网架计算要点 网架的设计 主要内容： 重点： 网架的形式 网架的设计（杆件和节点） 第3章 大跨屋盖结构 3.1 结构形式 平面结构体系 梁式结构（平面桁架、空间桁架），平面刚架和拱式结构 空间结构体系