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1、探析大跨度钢结构的计算及抗震构造-结构综合资料探析大跨度钢结构的计算及抗震构造 摘要:本文对大跨度结构抗震分析和控制的相关问题进行了分析,并针对大跨度结构抗震的施工进行了论述。 关键字:抗震钢结构大跨度天桥大会堂 近年来,人们生活水平不断的提高,工业生产及文化、体育事业不断进步,大大增强了社会对空间结构尤其是大跨度高性能空间结构的需求。而计算理论的日益完善以及计算机技术的飞速发展,使得对任何复杂的三维结构的分析与设计成为可能。近几十年来,世界各地建造了成千上万的大型体育馆、飞机库、展厅,采用的各类空间结构
2、,展示着优美的造型,成为一道道风景;更有无数的厂房、仓库等因为采用了空间结构,实现了经济、合理的完美统一。 1大跨空间钢结构 习惯上,通常将空间结构按形式分为五大类,即薄壳结构(包括折板结构)、网架结构、网壳结构、悬索结构和膜结构,称为五大空间结构。其中,膜结构可分为充气膜结构和支承膜结构,前者又可分为气囊式膜结构(囊中气压为3~7个大气压,称高压体系)和气承式膜结构(膜内气压1.003个大气压左右,称低压体系),后者又可分为刚性支承膜结构(支承在刚度较大的如拱、梁、桁架、网架等支承结构上,又称骨架式膜结
3、构)和柔性支撑膜结构(支承在脊索、谷索、边索、桅杆等柔度较大的支承结构上,又称张拉式膜结构)。在五太空间结构的基础上,平板型的网架结构和曲面型的网壳结构可合并总称为网格结构,而悬索结构与膜结构也可合并总称为张拉结构。 2大跨空间钢结构特点 2.1自重轻,经济性好。目前大部分空间结构都采用钢材、膜材等制作,轻质高强材料的运用使结构自重大大减轻。 2.2刚度好,抗震性能好。由于空间结构具有三维受力特性,内力均匀,对集中荷载的分散性较强,所以能很好的承受不对称荷载或较大的集中荷载,整体刚度大。 2.3便于工
4、业化生产。空间结构的构件通常在工厂中制作,在工地上可以很快地安装起来。 2.4形式多样化,功能统一。空间结构的形式丰富多彩,千变万化,个性鲜明,建筑、结构和使用功能的统一。 3钢结构稳定性设计要点 3.1钢结构布置必须从体系和各组成部分的稳定性,要求整体考虑,目前钢结构大多是按照平面体系进行设计,如桁架和框架。保证平面结构不出现平面外失稳,要求平面结构构件的平面稳定计算需与结构布置相一致,如增加必要的支撑构件等。 3.2实用计算方法所依据的简图与结构计算简图保持一致,单层或多层框架结构设计框架稳定分析
5、,通常是只进行框架柱的稳定计算。由于框架各柱的杆件稳定计算的常用方法、稳定参数等是依据一定的简化典型情况或假设者得出的,因此设计者要能保证所有的条件符合假设时才能应用。 3.3钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算,应一致保证钢结构的细部构造设计与构件的稳定计算相符合,对要求传递弯矩和不传递弯矩的节点连接,应分别赋与它足够的刚度和柔度,对桁架节点应尽量减少杆件偏心。 4钢结构稳定性的分析方法 4.1静力法静力法即静力平衡法。在建立平衡微分方程时遵循如下基本假定:构件是等截面直杆;压力始终沿构件原来轴线作用
6、;材料符合胡克定律,即应力与应变成线性关系;构件符合平截面假定,即构件变形前的平截面在变形后仍为平截面;构件的弯曲变形是微小的,曲率可以近似地用挠度函数的二阶导数表示。根据以上假定条件可建立平衡微分方程,代入相应的边界条件,可解得两端铰支的轴压构件的临界荷载。 4.2能量法能量法是求解稳定承载力的一种近似方法。保守体系处在平衡状态时,贮存在结构体系中的应变能等于外力所做的功,即能量守恒原理。其临界状态的能量关系为:ΔU=ΔW式中ΔU―――指应变能的增量;ΔW―――指外力功的增量。由能量守恒原理可建立平衡微分
7、方程。2)势能驻值原理求解临界荷载。势能驻值原理指:受外力作用的结构,当位移有微小变化而总势能不变,即总势能有驻值时,结构处于平衡状态。表达式为:dΠ=dU-dW=0式中dU―――指虚位移引起的结构内应变能的变化,它总是正值;dW―――指外力在虚位移上作的功。 4.3动力法处于平衡状态的结构体系,如果施加微小干扰使其发生振动,这时结构的变形和振动加速度都和已经作用在结构上的荷载有关。当荷载小于稳定的极限荷载值时,加速度和变形的方向相反,因此干扰撤去后,运动趋于静止,结构的平衡状态是稳定的;当荷载大于稳定的极
8、限荷载值时,加速度和变形的方向相同,即使撤去干扰,运动仍是发散的,因此结构的平衡状态是不稳定的。 5大跨空间钢结构施工方法 5.1高空散装法。指在结构下部搭设满堂脚手架,脚手架铺设工作平台,将小拼单元或散架运至工作平台上,然后直接在设计位置进行拼装的方法。高空散装法分为全支架法和悬挑法两种。由于在高空拼装。垂直运输时不需要起重机或大型起重设备,但现场及高空作业量大,需要大量的支撑架材料和设备。
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