针对钢结构交错桁架体系的高等分析

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1、钢结构交错桁架体系的高等分析钢结构交错桁架体系的高等分析杨文伟杨文伟2010.10.22010.10.2１１钢结构交错桁架体系混合桁架空腹桁架钢结构交错桁架体系的特点LR=2HD/LR屋面板V=2HV=2H2R楼面板V=2HV=2HHRHV=4HHRD楼面板HHHV=6HV=6H2RV=4HHHH柱柱柱钢结构交错桁架体系的特点（1）自重轻：由于楼板的传力作用，结构所受的荷载主要由刚度较大的桁架承受，由桁架的斜腹杆传递到柱子上，柱子主要承受轴力，柱中弯矩很小，因此桁架中各杆件和柱子可采用高强度钢材，相应

2、的也减轻了结构的自重；（2）侧向位移小：在横向方向上，由于桁架刚度较大，结构中各杆件主要承受轴力，仅在桁架空腹节间的弦杆中需考虑弯矩的影响，结构的侧向位移较小；（3）交错桁架结构体系可获得两倍柱距或更大的大空间：由于桁架的交错布置，每个房间可有两倍柱距的宽度，因此柱距和楼板的跨度可减小，楼板厚度可减轻。120100806040200刚性框架体系框架支撑体系交错桁架体系钢结构交错桁架体系的应用美国纽约的Clayton停车场公寓总层数为11层，桁架跨度为60英尺（18.28米），楼板采用10英寸（254毫

3、米）厚的混凝土楼板；美国康涅狄格州Marriott旅馆总层数为24层，楼板采用8英寸（203.2毫米）厚的预应力混凝土楼板；美国拉斯维加斯Aladdin饭店总层数为38层，桁架高度为9英尺，跨度为63英尺4英寸，桁架空腹节间的长度为9英尺7英寸，楼板采用8英寸厚的混凝土预制板；加拿大的虹谷旅馆，建筑平面为52米×17米，地上24层采用钢结构，桁架跨度为16.52米，层高为2.8米；韩国Shangrila旅馆，地上41层，桁架跨度为20.6米；另外，美国加利福尼亚的SierraPoint旅馆，纽约的To

4、weronthePark，新泽西州的RiverviewSeniorHousing等建筑中均采用了交错桁架结构体系。周绪红教授带领的课题组对1个14层交错桁架结构的缩尺模型（缩尺比例为1:8）进行试验，以考察交错桁架结构的荷载－位移曲线、极限承载力、应变分布、延性以及结构的最终破坏形态。由兰州大学主编的《交错桁架钢结构体系技术规程》即将完稿。钢结构交错桁架体系的高等分析方法影响结构性能的主要因素可分为两类：1.几何非线性；2.材料非线性。几何非线性影响主要有：二阶效应和几何缺陷。材料非线性影响主要有：构

5、件截面的塑性发展和残余应力。高等分析方法是一种比较精确的结构整体二阶弹塑性全过程分析方法。它充分考虑了几何非线性、材料非线性和几何缺陷等影响结构稳定性和极限承载力的重要因素，直接考虑构件之间的相互作用，能够描述结构系统的非弹性内力重分布，能够比较真实地反映结构在荷载作用下的内力和变形状态，准确评估结构的极限承载力和破坏模式钢结构交错桁架体系的高等分析方法二阶效应:通过稳定函数来考虑⎧dMA⎫⎡s1s20⎤⎧dθA⎫，⎪⎪EI⎢⎥⎪⎪⎨dMB⎬=⎢s2s10⎥⎨dθB⎬⎪⎪l⎢00A⎥⎪⎪⎩dP⎭⎣I⎦

6、⎩dμ⎭22kLsin(kL)−(kL)cos(kL)(kL)−kLsin(kL)s1=s2=2−2cos(kL)−kLsin(kL)2−2cos(kL)−kLsin(kL)钢结构交错桁架体系的高等分析方法残余应力:采用切线模量来考虑⎧Et=1.0E，当P≤０５.Py时⎪⎨PPE=4E(1−)，当P>０５.P时⎪tyPP⎩yy钢结构交错桁架体系的高等分析方法几何初始缺陷:(1)单元外部缺陷直接模拟法；(2)进一步降低切线模量法;(3)等效名义荷载法⎧Et′=0.85Et，当P≤０５.Py时⎪⎨PPE′

7、=4(1−)0.85E，当P>０５.P时⎪ttyPP⎩yy钢结构交错桁架体系的高等分析方法截面塑性发展：塑性铰逐渐软化模型⎧P8MP2Mα=+，当≥时⎪P9MP9M⎪ypyp截面刚度渐⎨⎪P8MP2M变折减系数α=+，当<时⎪2P9MP9M⎩ypyp⎧η=1.0，当α≤０５时.刚度退化函数：⎨⎩η=4α(1−α)，当α>０５时.⎡⎤⎧dMA⎫s1s20⎧dθA⎫⎪⎪EI⎢⎥⎪⎪dMA=0⎨dMB⎬=⎢s2s10⎥⎨dθB⎬⎪⎪l⎢00A⎥⎪⎪⎩dP⎭⎣I⎦⎩dμ⎭s2s2dθBdM=s1−2dθdθ=

8、−BBAss11⎡⎤⎧dMA⎫⎢000⎥⎧dθA⎫2⎪⎪EI⎢s2⎥⎪⎪⎨dMB⎬=⎢0(s1−)0⎥⎨dθB⎬ls⎪dP⎪⎢1⎥⎪dμ⎪⎩⎭⎢00A⎥⎩⎭⎣I⎦⎡2⎤s2⎢ηA[s1−(1−ηB)]ηAηBs20⎥s⎧dMA⎫⎢1⎥⎧dθA⎫2⎪⎪Et′I⎢s2⎥⎪⎪⎨dMB⎬=⎢ηAηBs1ηB[s1−(1−ηA)]0⎥⎨dθB⎬ls⎪dP⎪⎢1⎥⎪dμ⎪⎩⎭⎢00A⎥⎩⎭I⎢⎥⎣⎦算例１：某混合交错桁架结构建筑，层数为六层，层高为3m，房屋总长度为