某大跨度空间管桁架结构设计及分析.docxVIP

某大跨度空间管桁架结构设计及分析 某大跨度空间管桁架结构设计及分析 ? 某大跨度空间管桁架结构设计及分析 某大跨度空间管桁架结构设计及分析 齐　煜1　刘　伟1　曹延波1　黄　杰1　万叶青1　陈会强2 (1.机械工业第四设计研究院，?河南洛阳　471039；?2.洛阳正大置业有限公司，?河南洛阳　471039) 摘　要：结合某跨度为54?m的体育馆屋盖，经多种结构方案比选，确定采用空间管桁架结构体系，并用SPASCAD和MIDAS两种软件对该结构体系进行整体分析及比较，并采用MIDAS软件对典型节点进行了有限元分析。结果表明：该空间管桁架结构体系受力合理，满足相关技术标准要求。此外，根据分析结果采取了必要的构造措施。 关键词：大跨度空间管桁架；?典型节点；?有限元分析 某工程位于河南省洛阳市开发区内，是一座高新技术企业的室内体育馆，底部两层为停车库，三层为室内篮球及羽毛球运动场。建筑物长为70.8?m，宽为?54?m，檐口高度为15.4～24.1?m。下部两层车库柱网为?8.4?m×8.5?m。顶部体育馆柱距8.4?m，跨度为54?m，两端各悬挑出3.5?m。屋面采用空间管桁架结构[1]。体育馆建筑平面见图1，整体效果见图2。 图1　体育馆平面 图2　体育馆效果 2　主体结构形式 结构体系：下部两层车库为钢筋混凝土框架结构，顶层体育馆框架柱为钢筋混凝土结构，屋面采用钢结构，本文主要探讨屋面钢结构的结构形式。 根据本工程屋面大跨度、长悬挑的结构特点，进行了4种结构形式的比较，具体见表1。 结合表1的分析比较，本工程屋面结构最终采用空间管桁架结构体系。此结构形式抗压、抗扭性能好，空间受力稳定，且由于本工程曲线屋面加工容易，建成后视觉效果良好，能够体现美学与力学完美结合的设计理念。 表1　屋面四种结构形式综合比较 结构形式矢高/mm用钢量/(kg\5m-2)施工难易空间美感方案优劣实腹钢梁200045难差劣网架250040易差一般角钢桁架350042较易较差一般空间管桁架350041易好优 图3　屋面桁架平面布置 图4　屋面桁架立面 本工程屋面管桁架平面布置见图3。管桁架采用空间三角形体系，上弦采用两根φ273×12钢管，下弦采用一根φ351×12钢管，下弦圆弧段为18?000?mm,下弦平直段为36?000?mm,桁架跨中矢高为3?500?mm,通过上、下弦双圆弧线逐渐减小至端部1?500?mm的矢高。桁架立面图及空间效果见图4、图5。 图5　屋面桁架空间效果 3.1　计算参数的选取 地震作用参数：根据GB?50011—2021《建筑抗震设计规范》，本工程建设场地抗震设防烈度为7度，设计基本加速度值为0.10g[2]，g为重力加速度。建筑场地类别Ⅱ类，场地特征周期0.4?s。 屋面恒荷载为0.6?kN/m2；屋面活荷载为0.6?kN/m2。 风荷载：根据GB?50009—2021《建筑结构荷载规范》,本工程建设场地基本风压为0.40?kN/m2(50年一遇)，地面粗糙度类别为A类[3]，基本雪压为0.35?kN/m2(50年一遇)。 温度效应：设安装时平均温度为15?℃，考虑升温工况温差为30?℃，降温工况温差为-30?℃。 3.2　结构整体弹性分析计算 结构整体分析主要采用SPASCAD和MIDAS两个软件进行分析比较[4-5]。 本工程抗震设防类别为标准设防类，抗震设防等级为三级。计算时下部基座混凝土楼板考虑为刚性楼板，上部钢结构屋面考虑为弹性模型[6]。计算时考虑偶然偏心和双向及竖向地震作用。整体结构计算模型见图6。 图6　整体结构计算模型 为保持桁架的整体稳定，桁架上、下弦均设置隔震支座，支座选用氯丁胶橡胶弹性支座。橡胶支座长、宽均为450?mm，厚度为50?mm,中间夹4层3?mm厚钢板。橡胶支座的弹性刚度按照JGJ?7—2021《空间网格结构技术规程》[7]计算，竖向刚度Kz=1?018?547?N/mm；水平刚度Kn=Ks=6?366?N/mm。 因本工程上、下部分材料不同，抗震计算的阻尼比也有差异，桁架计算分析时计算了3种模型：1)单榀桁架计算；2)上部钢桁架(加上支撑和檩条)整体计算；3)下部混凝土框架与上部钢桁架整体建模计算。设计采用3种模型的最不利包络结果。 因下部基座混凝土部分较为规则，3种模型桁架计算结果较为接近。本文仅取第1种上部钢桁架单榀模型SPASCAD和MADIS软件的计算分析结果进行比较，见表2。 表2　两种软件上部钢结构计算结果对比 软