组合桁架(精选4篇)
组合桁架 篇1
0 引言
轻型钢框架结构体系是采用型钢做框架梁、框架柱、次梁等构件,在一定跨度范围内,该结构形式较之传统的混凝土结构有明显的综合优势;同时随之结构的自重明显减轻,尤其是对于软土地基条件下的结构,基础造价会明显减少。由于轻钢结构的结构形式简单,其造价主要取决于用钢量的大小。当跨度较大的时候,钢框架结构中的框架梁的截面会较大,钢框—桁架组合结构是基于对钢框架的研究与分析,将钢框架中的次梁简化为空腹桁架而得到的一种新的轻型钢结构形式。由于用钢量大小直接与设计方案相关,本文通过对一个37.5 m×12 m的建筑分别采用钢框架结构与钢框—桁架组合结构两种方案设计分析,初步阐述钢框—桁架组合结构的特点。
1 算例分析
1.1 钢框架计算模型
会议室为37.5 m×12 m矩形平面,采用12 m×7.5 m的柱网。框架梁采用500 mm×200 mm×11 mm×17 mm的H型钢,次梁采用500 mm×200 mm×10 mm×16 mm的H型钢,框架柱采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型钢,板采用120 mm的钢筋混凝土板。
荷载计算:
恒载:4.67 kN/m2;活载:上人屋面:2.0 kN/m2;暂考虑1.2恒载+1.4活载=1.2×4.67+1.4×2.0=8.40 kN/m2。
应用通用有限元软件ANSYS中建立模型,采用弹性算法,分别采用Beam188单元模拟梁和柱,Shell63单元模拟混凝土板,钢材的本构关系均采用各向同性的理想弹塑性模型。
1.2 钢框—桁架计算模型
采用同样的柱网,把横向次梁换成桁架,桁架采用150 mm×150 mm×5 mm方钢管,框架梁采用500 mm×200 mm×11 mm×17 mm的H型钢,框架柱采用400 mm×400 mm×13 mm×21 mm的H型钢,板用70 mm的混凝土板。三维示意模型如图1所示,因该结构形式采用的混凝土板较薄恒载减少了31.25 kN/m2,恒载为4.67-1.25=3.42 kN/m2,活载取2.0 kN/m2。
考虑荷载组合:1.2恒载+1.4活载=1.2×3.42+1.4×2.0=6.90 kN/m2。
采用Beam188单元模拟框架梁、框架柱以及空腹桁架,用Shell63单元模拟板,分析得到结构的竖向位移。
2 构造处理
2.1 节点构造
整体结构是通过节点将各个独立的构件连接成一个有机整体的。因此,结构能否按设计预期的要求来承受外部荷载,节点的受力性能至关重要。本算例需要考虑的是桁架与框架梁的节点处理,以及钢框架柱与钢筋混凝土基础的节点处理。
桁架与框架梁的节点设计为铰接,采用上弦支撑的形式。上弦支撑使得荷载通过桁架传给框架上翼缘,要适当增加节点处的尺寸,以满足强度需求。另外对节点处的框架梁进行局部加肋,以防止框架梁的局部压屈(如图2所示)。
框架梁与框架柱的节点处理参考钢框架的设计,在此不再赘述。
2.2 支撑
为增强结构整体的抗侧刚度,设置侧向支撑,与框架共同抵抗水平力。横向有12根框架柱抵抗横向水平力作用,考虑在两端增设横向支撑;框架柱在抵抗纵向水平力时,沿弱轴受弯,对纵向刚度的贡献不大,因此考虑增设纵向支撑。
在水平荷载作用下,支撑对提高结构整体刚度有很大贡献,有利于结构的整体稳定性。因此支撑作为抗侧力的一道防线显得尤其重要。支撑结构中应用最为普遍的是交叉支撑和人字形支撑。在轻钢结构中加上支撑结构,分析其对整体结构的抗侧力贡献,对节点进行相应的构造处理。
3 对比分析
由位移云图对比可知,钢框架的最大竖向位移为27.269 mm,而钢框—桁架的最大竖向位移为26.719 mm,比钢框架的最大竖向位移少近0.55 mm,相差不大。将这两种结构形式的板厚、型钢用量单方板的钢筋量单方总用钢量以及屋盖自重进行比较见表1。
由表1的数据可知:1)钢框—桁架组合结构中板的跨度比钢框架要小,因此板厚取值较钢框架的板厚大为减小;2)板厚的减小,直接导致结构荷载下降26.3%,尤其是在软土地基条件下,结构自重的减轻对基础造价的影响是很大的,该结构形式具有较强的竞争力;3)这两种结构经比较,钢框—桁架结构的单方用钢量较钢框架结构下降近16%,在经济性上也有很大优势;4)桁架本身是一种格构式受弯构件,由于其平面内的刚度较大,较H型钢梁具有一定优势;同时该结构形式本身可体现建筑的结构美感,不用做太多装修,即使装修,桁架的下弦杆也可充当龙骨,在一定程度上节约层高。
4 结语
本文主要是提出采用钢桁架替代传统的钢框架的横向型钢梁。为了体现钢框—桁架组合结构的特点并观察横向型钢梁由空腹桁架替代后的效果,本文对钢框—桁架组合结构进行静力分析时应用有限元软件对一个等跨等柱距的算例分别采用钢框架和钢框—桁架两种结构形式进行建模分析。通过比较,钢框—桁架组合结构具有较明显的优势。此外,本文提出了钢框—桁架组合结构的构造措施以及相关节点的处理。但要应用于工程实践还需要对其动力特性进行深入讨论,尤其是在地震区,要进行抗震性能的验算;在用ANSYS分析钢框—桁架时板与桁架是协同工作的,在施工过程中要保证板与桁架上弦的可靠连接,保证板与桁架的共同工作;另外对于框架与空腹桁架的节点要进行处理以保证二者的刚性连接
摘要:介绍了钢框—桁架组合结构是一种新型的钢—混凝土组合结构形式,应用有限元法对钢框架与钢框—桁架组合结构进行静力分析,通过比较得到该结构形式在自重、用钢量等方面的优势,并对节点及支撑提出构造处理措施。
关键词:空腹桁架,钢框架,钢框—桁架结构,ANSYS分析
参考文献
[1]马克俭,张华刚,郑涛.新型建筑空间网格结构理论与实践[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]沈祖炎,陈以一,陈扬骥.房屋钢结构设计[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.
[3]马怀忠,王天贤.钢混凝土组合结构[M].北京:中国建材工业出版社,2006.
[4]肖国威.组合梁钢框架计算分析[J].上海宝钢工程设计,2001(2):8-10.
[5]徐昕,苏恒.空腹桁架结构在低周反复荷载作用下的试验研究[J].工程技术,2009(33):54-56.
[6]夏海霞,韩章良.钢桁架结构计算[J].山西建筑,2009,35(5):84-85.
组合桁架 篇2
型钢混凝土组合结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种结构形式。由于在钢筋混凝土中增加了型钢,型钢以其固有的强度和延性,以及型钢、钢筋、混凝土三位一体的工作,使型钢混凝土结构具备了比传统的钢筋混凝土结构承载力大、刚度大、抗震性能好的优点。在大同市公安局指挥中心及业务用房工程中,因建筑上的空间需求,在结构设计中采用了钢桁架梁结构、型钢混凝土组合结构和钢悬挂结构。4.5 m高的钢桁架梁结构营造了净跨度为21.4 m的大跨度结构。型钢混凝土组合结构是大跨度钢桁架梁的支座。钢悬挂结构在8层,9层,10层中局部采用,营造出了高达16.2 m的结构空间(模型见图1)。
型钢与钢筋混凝土组合钢悬挂结构中,跨度大,高度高。施工难点是型钢与钢筋混凝土组合钢悬挂结构如何施工才能保证钢构件正常受力,混凝土构件与钢构件共同承受荷载,防止单一构件受力,其他构件超负荷受力遭到破坏。所以钢悬挂结构的施工流程、钢桁架梁与型钢柱、混凝土梁与型钢混凝土柱的节点施工控制是工程的难点,也是关键控制点。通过施工人员的反复论证、对比、模拟,重点解决了型钢混凝土组合结构的钢悬挂的施工流程、卸载顺序以及型钢结构的关键节点的施工方法。我公司的技术人员创立了一套切实可行的桁架梁、型钢柱—混凝土组合钢悬挂结构施工技术,确保了本工程圆满完成。
2 工艺原理
设计施工流程应是先施工作为支座的型钢混凝土组合剪力墙结构,再施工作为屋盖结构的10层型钢混凝土组合结构。待混凝土强度达到设计强度后,悬挂内部的8层,9层的钢结构。如果按设计流程施工,10层的屋盖已封,不能再使用塔吊进行吊装,8层,9层,10层的钢结构构件的吊装成为施工难题。经过多次讨论、论证、模拟安装,最后与设计院沟通改变了部分施工流程。先施工作为支座的型钢混凝土组合剪力墙结构,再施工作为屋盖结构的10层型钢结构,然后安装8层,9层,10层的悬挂钢结构,因屋盖结构还没有与混凝土形成受力结构,所以8层,9层,10层的悬挂钢结构下面需加临时支撑,使之变成传统的受力方式。最后待10层的型钢混凝土组合结构达到设计要求的强度后,将临时支撑拆除进行卸载,完成整体悬挂结构的施工。
3 操作要点
3.1 钢柱安装
3.1.1 钢柱吊点及吊具的设置
钢柱吊点的设置需考虑吊装简便,稳定可靠,还要避免钢构件的变形。吊装时利用钢柱定位连接板的螺栓孔,为了便于吊装和防止起吊时耳板的变形,采用专用吊具,吊具用螺栓与钢柱连接板连接。
3.1.2 同心度的调整
上下节钢柱的同心度通过千斤顶和反力架进行调整,注意调整同心度时需松开定位耳板处的安装螺栓,此工作需提前用塔吊将上节钢柱吊起方可进行。
3.1.3 标高及垂直度的调整
钢柱标高的调整通过上下节钢柱的标高控制线进行控制:首先在下节柱上端弹好距柱顶500 mm的标高控制线,参照图纸,在上节柱下端弹好距下节柱控制线为1 000 mm的标高控制线(此控制线需从上节柱的上面节点处向下返出),在精确调整时可通过专用工具调整这两条控制线的距离来控制上节钢柱的标高。
3.1.4 钢柱的临时固定
钢柱安装好后立即在四面拉好缆风绳,缆风绳一侧与钢柱定位耳板相连接,另一侧与在混凝土板预埋的地锚相连接(如图2所示)。在钢梁安装好后相应方向上的缆风绳方可去掉。
3.2 柱间钢桁架梁的安装
1)桁架梁在现场加工场地进行组对拼装,组对时,采用刚性拼装胎架,现场按照设计图纸进行1∶1放样,同时根据工厂组对数据进行现场组对。组对完成后,采用塔吊吊运至安装部位,桁架起吊的速度应均匀缓慢,同时将桁架上的稳绳固定在各个角度,使起吊中不致摆动。安装临时固定稳妥后,吊车方可摘去吊钩,调整好位置后再对其接缝焊接牢固。2)钢桁架梁与型钢柱节点施工。因剪力墙的混凝土施工在先,钢柱与桁架梁连接部位做成钢牛腿。钢桁架梁的净跨度为21.4 m,减去钢牛腿的预留长度,单榀桁架梁的长度变为20.4 m,桁架梁的最大重量为13 t。钢构件为异地加工,因运输条件的限制分段制作,运至现场后再将钢桁架梁拼装成整体,验收合格后进行安装。通过测量,所有钢构件均在7032塔吊的可吊范围内。桁架梁均可整榀吊装,先安装主桁架梁,后安装次梁。
3.3 型钢混凝土组合墙施工
按图纸设计,墙体中配置三排钢筋,钢桁梁正中位置有一排钢筋,绑扎钢筋时,先绑扎中间层钢筋,再绑扎两侧钢筋。当中间层钢筋遇钢柱、钢桁架梁时,采取如图3所示的方法绕过钢柱、钢梁,绑扎钢筋搭接长度满足相关规范和图集的规定。在2层~7层,局部钢桁架梁位置处为跨层的连梁,连梁高度4.18 m(如图4所示),因其截面尺寸较大,所以箍筋的加工与安装都要注意,加工时需2人~3人配合,防止加工形成的箍筋变形。安装时应确保其标高准确。
3.4 钢悬挂结构安装
待钢结构两侧的包裹钢柱的10层混凝土剪力墙强度达到100%时,可开始10层桁架梁的安装,先安装主桁架梁,再安装次桁架梁,钢桁架主梁在组对时要考虑到起拱高度,确保安装完成后钢桁架梁不下挠。
待10层钢结构的节点焊接牢固,各节点检查合格后,加设临时支撑安装8层,9层,10层的悬挂结构,加临时支撑时,在8层每根吊柱的下面采用千斤顶辅助加设临时支撑,临时支撑支设在7层的钢桁架梁上。临时支撑能力需经过验算,需将8层,9层结构的荷载和施工荷载同时施加在支撑点上进行考虑,验算分为两个方面:1)支撑点能否承受临时支撑荷载的验算。2)临时支撑本身的验算。
3.5 临时支撑卸载
3.5.1 临时支撑卸荷顺序
卸荷顺序遵照由弱到强的原则,即由中间向两边依次卸荷,分五批进行卸荷,各批次卸荷杆件如图5所示。
3.5.2 卸荷条件
1)8层~11层钢结构焊接完成,并且探伤合格。2)对卸荷点的初始位置进行测定,记录数据。3)下一级卸荷在上一级卸荷完成后至少间隔2 h方可进行,以保证上一级卸荷后,完成内力重分配,使构件达到稳定状态。4)卸荷前对关键节点部位进行定期监控和检测,并记录数据。5)卸荷前对参加施工的操作人员进行专业和安全培训。6)卸荷前,应报请甲方、监理对桁架结构构件的连接位置应通过验收。7)结构安装完毕后、卸荷前应对起拱位置进行复验,需满足设计要求,并得到监理单位的认可。
4 质量控制
1)施工质量标准除参照规范规定外,以规范标准、设计文件为依据,对钢柱、桁架梁构件的下料、焊接、安装等主要工序随时进行质量检查,发现问题及时解决,以确保质量控制。2)桁架梁在制作和现场拼装时要严格按照规范标准要求进行起拱,保证安装完成后不下挠。3)安装质量控制标准:轴线位移:钢柱、桁架梁的安装轴线偏差不得大于±1 mm。垂直度:偏差不得大于2 mm。标高:偏差不得大于2 mm。4)安装焊接质量:一级焊缝处要求100%探伤、无夹渣、气孔、弧坑裂纹、电弧探伤、咬边、未焊满、根部收缩等缺陷,焊缝表面应均匀、光滑,焊缝与母材应平滑过渡。
5 结语
大同市公安局指挥中心用业务用房工程地下1层,地上10层,整体工程呈“U”字形。总建筑面积为78 987.02 m2,其中地上为62 461.12 m2,地下为16 525.90 m2。其为钢筋混凝土框架结构及钢筋混凝土框架剪力墙结构,中间部位为型钢混凝土组合结构。型钢混凝土结构施工技术的应用以及钢悬挂结构的使用,营造了大跨度的结构空间和高空连层结构,创造了钢筋混凝土结构所不能达到的大跨度。本工程于2012年4月全部施工完毕,经设计单位、建设单位、监理单位和施工单位共同对工程进行检查验收,各项技术指标符合要求,评定为合格。经过半年多的运行使用,效果良好,用户满意。
摘要:结合型钢混凝土组合结构的特点,就组合悬挂结构施工技术的工艺原理与操作要点进行了详细阐述,并对施工中的质量控制要点作了归纳,为同类结构的施工积累了经验。
组合桁架 篇3
钢管混凝土是将混凝土填入钢管中而形成的一种组合结构材料,其结构能充分发挥混凝土抗压和钢材抗拉的能力。近年来,钢管混凝土空间桁架桥作为一种新型桥梁结构形式用于实践工程中,由于结构设计通常采用试算法,致使设计中存在过于安全的现象,造成材料浪费,提高工程造价。因此,对其进行优化是非常必要的。
1 钢管混凝土桁架组合梁式桥优化设计
1.1 数学模型
1.1.1 目标函数
主要从经济实用角度考虑,以钢管混凝土结构的造价最低为目标来构造目标函数,因此提出了如下目标函数表达式:
min
其中,P(x)为工程造价,元;cb为钢管的单位造价(仅考虑材料费),元/kg;cc为混凝土的单位造价(仅考虑材料费),元/m3;As,i为杆件中钢管的截面面积;Ac,i为杆件中混凝土的截面面积;ρb为钢管的密度,kg/m3;li为钢管混凝土杆件长度,m。
1.1.2 设计变量
在混凝土标号、钢材种类和结构中杆件布局已经确定的情况下,影响结构造价的主要因素是杆件中各材料的截面面积,因此,设计变量如下:
1)杆件中钢管的截面面积:As,i。
2)杆件中混凝土的截面面积:Ac,i。
1.1.3 约束条件
约束条件均取于钢管混凝土设计规范以及实际设计工程的要求。
1)应力约束。
杆件为拉弯杆件:
杆件为压弯杆件:
其中,Ni,Mi分别为第i个杆件的轴力和弯矩;As,i为杆件中钢管的截面面积;Asc,i为杆件截面面积;Wsc,i为杆件截面抵抗矩;fsc为杆件组合强度设计值;f为钢材抗拉强度设计值。
2)稳定约束。
其中,NE为欧拉临界力,NE=π2EscAsc,i/λ
3)挠度约束。
其中,δi为杆件顶点的设计挠度;δ为容许挠度。
1.2 两级优化—满应力算法
1.2.1 两级优化法
在众多的约束条件中,根据其性质,一般可以分为两类:只与杆件截面有关的,称为局部性约束,如强度约束为局部性约束;与结构各杆件都有关的,称为全局性约束,如位移约束为全局性约束。由于局部约束与整体约束都是单调递减函数,并且两者之间不存在耦合效应。因此,在一轮优化中,整体约束优化以局部约束优化的最优尺寸下限求解,整体约束优化的最优解一定满足局部约束条件。所以,两级优化的基本思想是:把数字模型分解为两级问题进行优化,两级优化分别独立的进行,第一步,先针对局部性约束,进行局部性的满应力优化,然后再检查位移约束,如不满足位移约束,再进行第二步全局性的满位移优化,直到满足位移约束条件为止。
1.2.2 满应力法
满应力算法的基本思想是:设法使结构杆件中的最不利应力接近或达到材料的许用应力,从而使杆件的材料能够得到充分的利用;对于多工况的结构,需使结构中的每一个杆件在每种工况下达到材料的许用应力。
1.2.3 优化程序编制
1)首先运用杆系结构内力计算程序计算出各工况下的内力值,提取出内力值(轴力、弯矩)数据;然后按照序列两级算法思路对约束进行分类优化;最后判断数值结果是否满足造价收敛条件。
2)用满应力法对杆件截面进行优化的过程中,在某工况下,如杆件为压杆,先对杆件的混凝土截面面积用满应力法优化,得出优化的截面面积后,再根据钢管混凝土杆件规定的最小含钢率计算钢管的截面面积;如杆件为拉杆,先对杆件的钢管截面面积进行满应力优化,得出优化的钢管截面面积后,根据钢管混凝土杆件规定的最大含钢率计算混凝土截面面积。通过这样的方式处理,可以保证在规定的含钢率条件下,单根钢管混凝土杆件的截面造价最低。
3)本程序中对满应力优化的结果都重新进行了结构内力的计算,以保证优化的结果偏差尽量减小。
4)当对位移约束条件进行优化时,是在假设钢管混凝土杆件的含钢率不变的前提下进行杆件截面的优化,这样既降低了优化的复杂性,还可以利用先前计算的内力值数据,通过单位荷载法求解位移,使得位移约束由隐性约束变成显性约束,尽可能的减少结构内力计算次数。
2 实例及计算结果分析
本文以某一钢管混凝土全焊空间桁架等截面连续刚构桥作为研究对象,结构平面见图1(1/2),全桥采用(43.0+72.0+43.0)m跨径,整根主梁是一个正四角锥空间网架,横桥方向及顺桥方向节点间距均为3.8 m,主梁腹杆和下弦杆均为钢管混凝土杆件,腹杆是纵横两方向都倾斜的杆件,呈空间布置,纵向每排腹杆在横向包括4根腹杆,纵向每排下弦杆在横向包括2根下弦杆,上弦为槽钢与钢筋混凝土板组成的钢—混凝土组合板,主墩采用钢筋混凝土双肢薄壁柔性墩,其设计荷载为汽—20,挂—100,人群荷载3.5 kN/m2,混凝土采用C50,钢管采用16 Mn,混凝土价格拟用300元/m3,钢管价格拟用4 500元/t。
1)桁架桥在未进行优化设计时材料费为618 151.97元,优化后的设计结果为530 315.97元,费用降低了14.21%,说明优化后提高了桁架桥的经济效益。
2)优化后,用钢量降低了14.70%,混凝土用量降低了6.48%,说明通过材料费用的优化,进一步协调了桁架桥中混凝土与钢材的使用量。
3结语
两级优化—满应力法在处理离散变量优化问题时是一种行之有效的方法,通过截面两级优化处理与满应力法的结合,提高了优化效率,其优化结果能满足工程的实际需要,可产生明显的经济效益。
参考文献
[1]孙焕纯,柴山,王跃方.离散变量结构优化设计[M].大连:大连理工大学出版社,1995:64-171.
[2]张联燕,李泽生,程懋方.钢管混凝土空间桁架组合梁式结构[M].北京:人民交通出版社,1999:98-123.
[3]胡云昌,王国庆.基于两级优化—进化算法的结构优化设计研究[J].天津大学学报,2002,35(1):63-67.
[4]郭鹏飞,韩英仕,魏英姿.离散变量结构优化的拟满应力设计方法[J].工程力学,2003,17(1):94-98.
组合桁架 篇4
某煤综合处理场工程原料煤储煤场, 钢屋盖采用双层钢网壳结构, 跨度100 m, 矢高38.43 m, 网壳厚度3 m, 总长340 m。布置形式:中间为长240 m跨度100 m的圆柱面网壳, 两侧为直径100 m的半球面网壳。周边支撑结构为三角形钢筋混凝土排架, 中间支撑为5个直径7 m的钢筋混凝土圆筒, 如图1~图3所示。
2 结构概念设计与方案比选
2.1 网壳厚度与大桁架高度取值的考虑
根据JGJ 7-2010空间网格结构技术规程中, 网壳结构的基本规定:沿两纵向边支撑或四边支撑的圆柱面网壳, 其厚度可取跨度的1/20~1/50, 即2 m~5 m;双层球面网壳的厚度可取平面直径的1/30~1/60, 即1.7 m~3.3 m;综合两方面的因素确定网壳的高度为3 m。立体桁架的高度可取跨度的1/12~1/16, 即4.7 m~3.5 m, 因为桁架内需要提供可逆移动带式输送机 (高2.5 m) 的运行空间, 立体桁架内的腹杆需躲避设备, 最终钢桁架高度确定为6 m。
2.2 网壳与大桁架相关关系的考虑
储煤厂钢屋盖设计的初始阶段, 将网壳与大桁架分开考虑, 在两结构相邻处, 网壳增设边桁架, 各自计算。发现两结构的位移均很大, 超过容许挠度值1/300的规定;构件截面过大, 很不合理, 很不经济。后来将网壳与大桁架一起考虑, 网壳与大桁架相连接, 连接部位提高刚度, 经3D3S11.0计算, 能够满足结构要求的承载能力、位移变形及稳定验算。故将网壳与大桁架相接方案确定为最终方案。
2.3 结构分缝的考虑
储煤厂长340 m, 宽100 m。根据GB 50017-2003钢结构设计规范温度区段的要求, 纵向温度区段不超过180 m, 横向温度区段不超过125 m。因此在长方向的中间处设置一道宽度400 mm伸缩缝。
2.4 与工艺等专业配合的考虑
1) 可逆移动带式输送机卸煤时, 落煤摩擦钢桁架下弦支撑, 下弦支撑的杆件需作保护钢盖板或耐磨层;2) 可逆移动带式输送机滚筒工作周期1.017 s, 与钢结构的自振周期 (0.5 s) 不一致;3) 储煤场钢屋盖两端需设置消防梯;4) 钢屋盖围护板设置采光带, 满足场内采光要求。
2.5 最终确定结构方案的主要情况
在长方向的中间处设置一道伸缩缝, 伸缩缝的两边对称布置。半边的结构方案为:直径100 m的双层半圆球形网壳和直径100 m长99.65 m的双层柱形网壳。
3 结构的荷载与作用
结构荷载见表1。
栈桥下弦节点荷载取值:恒载:找平层25×0.03=0.75 k N/m2;结构层12×0.1=1.25 k N/m2;钢梁自重0.765 k N/m;下弦节点恒载共计: (0.75+1.25) ×3×3.15+0.765×3.15=21 k N。活载:楼面活载3.5 k N/m2;设备活荷载18 k N/m;下弦节点活荷载共计:3.5×3×3.15+18×3×1.2×0.5=66 k N;
关于节点球自重的考虑:网架自重计算为考虑20%节点自重, 故将钢材材料密度由7.85e-006 kg/mm3改为9.42e-006 kg/mm3。
4 结构的力学分析结果
本钢屋盖总体结构的力学分析包括:1) 按照线性分析理论计算在不同工况及组合下构件的内力及位移;2) 钢网壳温度内力计算;3) 按几何非线性分析计算网壳的稳定性;4) 水平地震和竖向地震作用下的构件内力计算。网架最大自振周期0.500 81 s, 远远小于往返式皮带给料机周期60/59=1.016 9 s。故认为不会与设备产生共振, 满足要求。
69.523 mm<100 000/300=333 mm, 满足规范要求。
5 结构杆件的优选原则及校核结果
钢桁架杆件的应力比控制到0.85, 绕落煤筒环形钢杆件控制到0.9。网壳杆件应力比控制到0.9。受压杆件长细比控制到1/170, 受拉杆件长细比控制到1/220。桁架上、中、下弦杆调整为Q345级钢, 靠近支座处的上下弦及腹杆做人为加强。在该储煤厂中间设缝处、上下弦杆及腹杆做人为调整。通过对杆件截面调整, 最后全部满足要求。
6 结构设计的最终结果
结构设计材料统计表见表2。
7 结语
此种大跨度储煤结构与球形储煤场相比, 储量大, 造价相对较低, 本文所述储运煤方式有效解决了生产效率低的短板。本工程有效的解决了落煤时煤与屋盖部分相干涉的问题, 通过桁架与网壳整体协同受力解决以往大跨度桁架超重甚至无法实现的难题, 对此类储煤结构形式的设计和推广具有一定的指导意义。
摘要:结合某大跨钢屋盖设计实践, 对100 m跨网壳与管桁架组合型网格结构设计进行了探讨, 从结构选型、受力分析、结构设计、构造措施等方面进行了具体研究, 对此类储煤结构形式的设计与推广具有一定借鉴意义。
关键词:空间网格结构,结构设计,储煤场
参考文献
[1]罗尧治.大跨度储煤结构——设计与施工[M].北京:中国电力出版社, 2007.
[2]胡成功, 赵奇.浅析几种储煤场储煤形式的优缺点[J].露天采矿技术, 2013 (6) :25.