大跨度结构分析论文

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1、大跨度结构分析——网架结构现阶段，随着社会生活和科技的发展需要，人们需要更大的覆盖空间，而其他结构形式受到跨度的限制，工程师们倾向于选择大跨度结构，于是大跨度空间结构得到了快速的发展。大跨度结构花样百出，但是最基本的结构形式有网架结构、网壳结构、悬索结构、膜结构、张拉整体结构等。而他们的组合朵交新型结构形式不断涌现，这也正是大跨度结构的魅力所在。下面我们将介绍网架这一基本结构体系。网架结构属于一种刚性的空间结构，是由多根杆件按照一定的网格形式通过节点连结而成的平板空间结构，杆件主要承受轴力作用，杆件的截面尺寸相对较小，且杆件一

2、般都是有规律的的纽•合。网架结构一般是高次的超静定结构，具有良好的安全储备，能较好的承受集屮荷载、动力荷载和非对称荷载，具有重量轻、刚度人、抗震性能好等优点。网架结构已广泛用作体育馆、展览馆、俱乐部、影剧院、食堂、会议室、候车厅、飞机库、车间等的屋盖结构。具有工业化程度高、自重轻、稳定性好、外形美观的特点。特别是近几年，超大面积、超大跨度的网架结构不但兴起，推动了我国平板网架的发展，网架结构的设计理论和科研成果也渐进成熟。1.网架结构形式。(1)网架按弦杆层数不同可分为双层网架、三层网架和组合网架。双层网架采用的较多。(2)按

3、支撑情况可分为周边支撑网架、点支撑网架和周边支撑与点支撑结合网架。(3)按网格形式可分为交叉平面桁架、四角锥体系和三角锥体系。网架结构的选型应考虑以下因素：建筑平面形状和尺寸、网架的支撑方式、荷载人小、屋面构造、建筑构造与要求，制作安装方法及材料供应情况等。例如从用钢量的角度看，当平面接近正方形时，斜放四角锥网架最经济，其次是正放四角锥网架。当跨度及荷载都较大时，三向交叉梁系网架就比较经济，而月•刚度比较人。《网架结构设计与施工规程》JGJ7-91也对网架的选型作了推荐。2.网架的高度与网格尺寸。网架结构的主要尺寸有网格尺寸和

4、网架高度。确定这些尺寸的时候要考虑跨度的大小、网柱的尺寸、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素。网格尺寸的大小直接影响网架的经济性能。确定网格尺寸时应考虑屋面材料、网格尺寸与网架高度的合适比例关系、钢材规格以及通风管道的尺寸等条件。网架高度也应考虑建筑要求及刚度耍求、网架的平而形状、网架的支撑条件和节点构造形式等因素。3.网架的整体构造。(1)网架的屋面材料在设计中起重耍的作用。网架结构的屋面分为有梯体系和无梯体系。(2)网架的起拱和屋面排水也有重耍的意义。起拱消除了网架在使用时的挠度影响。网架结构屋面坡度有利于排水，排水坡度

5、一般取1%〜4%，多雨地区一般选用大值。(3)网架的挠度要求。网架的容许挠度一般不超过下列数值：用作屋盖—L2/250,用作楼盖—L2/300oL2为网架的短向跨度。4.网架的荷载计算。网架的荷载作用包括：（1）永久荷载：①网架自重；②屋面（或楼面）材料重力；③M顶材料的重力；④设备管道的重力。（2）可变荷载：活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载及吊车荷载（3）温度作用。（4）地震作用。作用在网架上的荷载类型很多，应进行荷载组合及荷载效应组合，荷载组合包括：（1）非抗震设计，《建筑结构荷载规范》GB50009；（2）抗震设计，《建

6、筑抗震设计规范》GB50011o5网架结构的静力计算网架结构属于超静定结构，其杆件的组成有一定的规律，计算模型人致分为四种：（1）较接杆件计算模型（2）桁架系计算模型（3）梁系计算模型（4）平板计算模型有了计算模型还需耍有合适的计算方法，网架结构的分析方法大致有：（1）空间桁架位移法（空间杆系有限元法）（2）交叉梁系差分法（3）力法（4）微分方程解析解法（5）微分方程近似解法其中空间桁架位移法是目前网架分析中运用的最广泛、最精确的一种方法。空间桁架位移法以网架的杆件为基木单元，以节点位移为基本未知量。先由杆件内力与节点位移之间

7、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。下面将重点介绍。（1）单元刚度矩阵空间杆系单元刚度矩阵为：式中■100-100000000间=EA0000005-100100000000000000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。(2)结构总刚度矩阵及总刚度方程：[KJJ1{市{巧丄[K

8、]{^}={P}(3)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。弹性约朿：将弹簧刚度K0叠加到总刚矩阵屮对应的主对角元上。指定位移：主对角元和右端项乘以大数R(4)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