大跨度钢桁架的结构设计.pdf

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1、中图分类号：TQl72．6文献标志码：B文章m'号：1007-0389(2017)03—84-02【DOI]10．13697／j．cnki．32-1449／tu．2017．03．033O前言大跨度钢桁架的结构设计张汉文，李泽玉，王永(南京凯盛国际工程有限公司，江苏南京210036)钢桁架具有自重轻、整体抗震性能好、现场制作和施工方便、维护简单、造价低等优点，在水泥厂的结构设计中得到了广泛的应用。但由于施工现场情况的多样性，经常出现需要跨路跨河或者跨过现有厂房的情况，出于施工进度和经济陛的考虑，大跨度的钢桁架的使用就很有必要。本文试

2、以80in跨度的钢桁架为例，分别运用PKPM和MidasGen对其进行计算和对比，并针对计算中出现的一些新问题进行分析和探讨。1结构形式本例所分析的桁架长度80m，节间长度5Ill，共计16个节间，桁架高度5．5nl，约为跨度的1115，宽度4．Om，为跨度的1／20。桁架的结构模型见图1。图1桁架的结构模型2计算分析2．1荷载取值(1)恒载：廊道面恒载1．0kN／m2；顶面恒载0．50kN／m2。(2)活载：廊道面活载2．0kN／m2；顶面活载1．0kN／m2。(3)风载：考虑高度变化系数，取0．75kN／m2。(4)地震荷载：

3、《构筑物抗震设计规范》16．2．1和16．2．3规定，通廊结构应进行水平地震作用和作用—．84—．效应计算；跨度大于24m的跨间承重结构，8度和9度时，应进行竖向地震作用的抗震验算。《构筑物抗震设计规范》5．3．2条规定，8度或9度时，跨度大于24m的桁架、长悬臂结构和其他大跨度结构，竖向地震作用标准值可采用其重力荷载代表值与竖向地震作用系数的乘积；竖向地震作用可不向下传递，但构件节点设计时应予以计入。2．2挠度和长细比(1)挠度。根据《钢结构设计规范》附录A，(恒+活)标准值产生的挠度容许值为L／400(即200mm)，活标准值

4、产生的挠度容许值为L／500(即160mm)。(2)长细比。根据《钢结构设计规范》5．3．8条注3，跨度大于等于60m的桁架，受压弦杆和端压杆的容许长细比值宜取100。其他受压腹杆可取150；据《钢结构设计规范》5．3．9条注6，跨度I>60m的桁架，受拉弦杆和腹杆的长细比不宜超过300。2．3计算结果计算分别采用PKPM和MidasGen两种软件计算并互相校核，模型见图2，3。两种软件计算结果见表1。图2PKPM模型表1两种软件计算结果图3MidasGen模型求滩工程型笪塑经比较分析，两种软件计算基本吻合，差值也在z70．00工

5、程设计应用的可接受范围之内。由于Mid喜采甬患-R5600．．0000的是空间模型，考虑了构件的空间整体作用，结果更龄40．00为精确。"妻．2300．．00003计算中发现的问题及分析j0．oo．00通过MidasGen空间模型的计算，在计算结果中发现，不仅风荷载会对水平支撑产生轴力，当桁架跨度较大时，恒、活荷载作用下，水平支撑也会产生轴力(见图4)。图4活载作用下部分下弦杆件轴力(kN)笔者分析原因，认为是桁架在竖向荷载作用下产生变形，由于桁架节间的位移差，导致上下弦杆、水平支撑和横梁变形，产生了轴力(图5、6)。笔者又计算了

6、若干不同跨度的钢桁架，经对比分析，当桁架跨度较大，弦杆刚度相对较弱时会出现上述情形。桁架跨度较小时，水平支撑的轴力下降趋势明显，对比结果见表2和图7。另外，支座是连接桁架上部结构和下部结构的重要结构部件，它应能将桁架的反力和变形可靠的传递给支承结构。支座宜能适应大跨度桁架在荷图5活载作用下：桁架纵向变形图6，0056。9667，871—1’⋯————1一；206。4d17．421E6．0056．966．～7．871图6活载作用下部分下弦杆纵向位移(mm)表2桁架跨度与水平支撑的轴力为方便比较，桁架其他尺寸及构件大小取值均同80m桁

7、架。＼—。、-8U‘706U5U403U20桁架跨度／m图7桁架跨度与水平支撑的轴力形适应能力较强的支座较为适宜。在受到侧面风荷载作用下，桁架支座会产生一对大小相同，方向相反的力偶，对桁架搁置的建筑产生扭矩的作用(见图8)。随着桁架跨度的增大，这对扭力也会不断增大，这也须在设计中引起重视。图8侧面风荷载作用下桁架支座受力4结论随着大跨度钢桁架的使用越来越多，相关的设计计算须引起结构设计人员的重视。传统的平面计算方法具有建模方便、计算迅速、结果直观等优点，对于跨度较小的桁架，这种计算方法能够满足工程设计需要。但是随着桁架跨度的增大，

8、一些在平面计算方法中没有考虑的内力被逐渐放大，甚至到了不可忽视的程度，例如由于空间变形而产生的水平支撑轴力和支座处的扭力。笔者建议，在设计大跨度钢桁架时，可以先用平面计算方法，初步拟定桁架的高度、宽度、杆件型号等，然后再用有限元软件进行空间整体模型