桁架结构（共12篇）
桁架结构 篇1
0 引言
桁架结构在房屋建筑、桥梁及船舶、射电望远镜等现代工程中得到广泛应用, 其特点是结构简单、质量轻及拆卸方便等。桁架结构按外形通常分为平行弦桁架、梯形桁架及三角形桁架等, 其组成通常有圆钢、角钢和T型钢等, 连接方式有焊接、螺栓连接等。影响桁架结构工作性能的因素很多, 比如材料强度、结构分布、风荷、连接方式及重力等因素, 其中重力对桁架结构的影响最明显。尤其当桁架结构用于外伸支撑时, 桁架自重造成桁架变形, 在桁架还未承受外力时, 其强度与形状便与设计预计存在偏差。而重力造成的桁架结构变形很难通过提前计算得到, 所以有必要利用有限元软件在工程实施前对桁架结构进行重力变形仿真。本文以一个小型的外伸支撑桁架结构为例, 考虑其自重, 利用有限元仿真软件ANSYS, 仿真桁架结构在不受外载荷时, 重力造成的变形。
1 桁架结构建模
ANSYS软件是常用的有限元仿真集成软件, 其在进行静力学分析时建模方便, 划分网格准确, 仿真计算结果精确。软件主要包括三个部分:前处理模块、分析计算模块及后处理模块, 进行的分析类型主要有静力学分析、动力学分析、动力学分析及热分析等。本文进行的仿真分析属于结构静力学分析, 通过对桁架结构进行静力学分析得到因自重造成的桁架变形、应力等。
本文的桁架结构是由角钢组成, 型号为50-50mm, 长度有1200mm、825mm等多种规格, 连接方式包括焊接和螺栓连接, 但在建模时为了减少计算量, 忽略焊接点的集中应力影响, 也忽略螺纹、螺栓孔等的影响。根据实际模型建立仿真模型, 单元类型选择beam, 材料选择45号钢, 密度为7890kg/m3, 屈服强度为209000Gpa, 泊松比为0.3, 划分网格时采用自动网格划分方法划分网格, 由于beam单元划分网格时比较简单, 可直接在ANSYS软件中meshtool工具栏中设置网格单元大小或单元个数, 并且施加全约束。重力通过设置重力加速度来实现, 重力加速度在defineloads工具栏中设置。
2 仿真计算
设置好各种参数后, 利用ansys中分析计算模块, 进行分析计算, 并在后处理模块中查看仿真结果。查看结果得到最大应力为293Mpa, 分布在外远端;最小应力为46Mpa, 分布在约束端的约束处;说明靠近约束处的桁架刚度高, 受到重力影响小, 远端桁架刚度小, 受重力影响大。并且可以查看桁架原型与受重力影响后的对比, 得出因为自重, 桁架实际的位置和形状与理论的位置和形状相差很大, 而且越远离近端差距越大。如果在实际工程中, 没有提前预计到这个变形, 会造成偏差。再次说明通过分析软件提前对桁架结构进行重力变形仿真很有必要。
3 结论
在工程中, 桁架结构可以以较少的材料提供足够的抗拉、抗剪能力, 但是其自重对其形状的影响不可忽略。根据本文仿真结果发现在距离约束端较近的地方其自重造成变形小, 在远离约束端的桁架自重会造成较大变形, 所以有必要在远离约束端增加支撑, 并在增加支撑和增加重量之间寻求平衡。还能根据仿真分析得到抗剪危险点, 并在此处采取增加支撑或改变截面形状等措施增强桁架结构的抗剪能力。
参考文献
[1]舒兴平.钢框架结构弹塑性有限变形理论分析与试验研究[D].长沙:湖南大学土木工程学院, 1992.
[2]周绪红, 周期石.水平荷载作用下交错桁架结构的内力和侧移计算[J].建筑结构学报.2004, 25 (04) :66-71.
[3]关英俊, 徐宏, 李志来等.大型离轴空间相机桁架支撑结构的设计[J].光电工程, 2014, 12 (41) :7-13.
[4]张跃峰.建筑中的交错桁架结构体系[J].钢结构, 2001, 16 (55) :41-43.
桁架结构 篇2
叶青荣 孔祥荣
概 述 1.1工程概况
安徽省国际会展中心（图
1、图2）位于合肥市经济技术开发区内，总占地面积约10hm，建筑面积约5.6³104m2。该工程建筑功能主要由3部份组成：地下车库及设备用房（1.6³104m2）、单层大跨度钢结构立体桁架展厅、多层大柱网普通钢结构会议中心（图
3、图4）。该3部份组成整体，地下采用钢筋混凝土梁板柱结构体系；地上2个钢结构展厅跨度分别为66m和51m，其屋盖采用倒梯形体主桁架钢结构体系，组合V字型柱；会议中心部份为3层钢结构框架结构，H型组合钢梁，钢与混凝土组合楼板，V字形柱。该建筑物内部另设置了2个上部结构独立的椭圆形和圆形的会议报告厅，采用双层网壳结构体系。椭圆会议报告厅长轴长约35m，短轴长约25m，呈倾斜形椭圆体。该工程于2002年9月全部建成，由于此工程是按照当前国际展览及会议功能设计建设的大型会议及展览场馆，建筑造型优美，配套设施齐全，建成后已举办了多次大型展览和召开了多次重大国内、国际会议，使用状况良好。
该工程由上海市浦东新区建设（集团）有限公司进行施工总承包。工程于2001年3月18日开工，2002年9月28日竣工，并被评为安徽省优质工程“黄山杯”奖。1.2结构概况
基础采用人工挖孔桩，地下室采用C30现浇混凝土结构。底板厚400mm，采用梁板结构，梁宽300mm~600mm，梁高600mm~2000mm，抗渗S8。
上部采用钢结构，钢结构投影面积约3.5³104m2，总重约6000t，主要有2种结构形式。
第1种形式为①~②轴之间，采用钢结构框架结构，共分3层。第1层为8.8m标高，第2层为17.8m标高，第3层标高为26.438m~22.011m。其中柱截面由Ф500³28钢管组成，侧面为Y字型，梁由焊接H型钢组成，纵向主梁高1.6m,横向主梁高1.0m，屋面梁与外围护结构圆滑过渡，连成一体，侧面呈“7”字型，由焊接H型钢组成，该区钢结构用量约为2000t，钢结构顶标高26.438m。
第2种形式用于②~④轴，采用超长空间桁架结构，主桁架3跨共8榀，总长约153.8m，最大跨度66m，断面为6m³3m倒梯形，用钢管组合而成，其中主管为Ф500³
28、Ф500³25。单榀重约270t，屋面次桁架为平面桁架，长约24m，单榀重约2t，柱同①~②轴线。该区钢结构用量约为4000t，钢结构顶标高为19.713m。
按加工构件划分，会展中心主要为钢管组合柱、钢管桁架及焊接H型钢。钢结构主材选用Q345B。构件表面抛砂除锈，除锈等级为Sa2.5并符合GB8923《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》规定。安装焊缝处100mm~150mm宽范围内不涂装。
构件涂装共分3部分：第1部分为防锈防腐底漆，要求防腐不少于15年，此部分制作后喷涂；第2部分为防火涂料，柱不少于3h，主梁不少于2.5h；第3部分为面漆。1.3 关键技术问题
①本工程主桁架、V型柱、次桁架、副桁架节点均为管材相贯节点，精度要求高，安装难度大，需对制作加工工艺、吊装工艺、高空管构件拼接等技术问题进行研究，解决空间相贯曲面放样切割和拼接的技术难点，确保制作加工和安装质量。
②由于在1~3轴范围内有地下室存在，因此在该2跨内无法开行吊车，超长型管桁架跨越1~3轴，必须想办法解决该区域管桁架的吊装问题。
③由于整个结构柱采用Y型构架柱，因此在柱及屋面主桁架安装前必须考虑该柱的安全稳定，安装主桁架后必须考虑柱与桁架的整体稳定。
④用2 台300t吊车抬吊重160t的87.3 m段主桁架，需验算桁架的整体刚度和吊点处的强度，并严格控制吊车的吊重和回转半径。⑤在制作、运输和安装的整个过程中，必须对不同工况的受力情况进行分析，对临时支墩和临时加固措施进行设计和优化，以确保质量和安全。构件制作加工 2.1主桁架分段
主桁架全长约153.8m，按吊装要求，主桁架分2段：L1≈87.3m，L2≈66.5m。其中87.3m段由5段接长而成，66.5m段由3段接长而成。2.2钢管桁架、钢管组合柱制作工艺
钢管主桁架制作采用厂内分构件加工制作、现场组装形式，产品零件加工后逐一编号，再成套批运至现场，现场共设3个87.3m胎架，先拼上下直腹杆，再拼侧边腹杆，最后拼焊上面斜腹杆，主管焊接口端加工坡口，画出上下弦装配依线，依线距每端100mm处，焊接时管内放置衬管。
24m次桁架厂内制作，再运至现场吊装。V型柱由厂内分片制作，再运至现场拼装。
梁柱腹杆支撑管用数控相贯线气割机切割。2.3屋面梁制作
屋面梁平面呈“7”字形，总长分别为64.601m、52.516m，分直线段（分2段），中间圆弧段，圆弧段4段制作，其中圆弧段最长，其长度为28.75m，重约5.6t，梁截面均为H型，截面高度1.2m，4段之间用高强螺栓在现场拼接。
2.3.1放样
选择28m³35m场地。以1轴为基准按图分2片放样（场地限制），用三角形法分别找出水平线和垂直线。
以1轴为基准分别划出顶部左上角小圆弧中小线沿中心线划出构件形状。2.3.2下料划线
划线应在确认型钢尺寸后据切割计划精确操作并使用样板。划线尺寸应考虑收缩余量，一般长度方向放20mm~30mm，对于腹板与翼板接触处坡口角焊时则在腹板的设计宽度基础上放2mm~3mm的收缩余量。根据首件加工实测收缩余量再适当调整余量。2.3.3切割和坡口
厚度≤12mm钢板，长≤2.4m的可用剪板机，厚度≥12mm的采用多头直条切割机和半自动切割机，板焊型钢切断用H型钢切割机。坡口采用半自动切割机，切割后坡口表面用砂轮机打磨。切割端应无重大不规则缺口、毛刺、积渣。坡口角度公差控制在±5°之内。条板或坡口必须2个割嘴同时切割，并控制板宽切割误差。2.3.4弯曲
钢板校正采用火焰和压机。圆弧板在卷板机上卷制。2.3.5钻孔
先钻孔后装配的预制零件，其孔用Z32K摇臂钻床，孔周围去除毛刺。钻孔采用钻模板。2.3.6组装
在组装前，部件的每一个零件确认其代号、尺寸、角度、无翘曲、扭曲、切割端及孔有无缺陷等。弧形构件组装应使用夹具、角尺或用其他适当方法精确地进行。对于角焊来说，各零件应紧密装配，局部控制在0.5mm~1mm，坡口焊需特别注意根部间隙和封底间隙。按图分段拼装H型钢，大小圆弧构件采用手工拼制，直段用H型钢组立机。
在水平的架台上拼板，主要控制长度方向的直线度、弧度、厚度方向接头处的错边公差及端部角尺度，将零件调整摆正后点焊固定并设引弧板。对接焊原则用埋弧自动焊，当不能用自动焊时才能手工焊。焊妥正面焊缝，用行车反身焊妥反面。在焊反面时用碳弧气刨清根并检查清根情况。焊接后的变形矫正用火焰或压机，弧形板矫正后在放样平台上复核圆弧度的正确性，此腹板在未装配前必须正确。2.4 钢结构焊接质量检验 2.4.1焊缝质量等级
V字形柱、管桁架对接圆管为一级焊缝，相贯线焊接的柱支撑、桁架腹杆为二级焊缝。
H型钢腹板厚度≥16mm以及主梁均为二级焊缝，其余为三级焊缝。2.4.2焊缝质量检查项目及要求
一级焊缝：外观检查评定，100%超声波探伤（评定等级II，检验等级B）；
二级焊缝：外观检查评定，20%超声波探伤（评定等级III，检查等级B）；
三级焊缝：只做外观检查评定。
对于Q345B主材，超声波探伤检验在完成焊接24h后方可进行检查。构件运输
会展中心钢结构材料加工构部件制作主要在上海及无锡，根据材料构部件结构形式、外形尺寸、重量，确定公路运输方案。3.1运输对象
24m次桁架，24m³1.00m³0.18m，单位重1.3t，220榀。V字型柱按左右两肢分别运至工地，单肢最大重约25t，共64肢。H型钢梁，主梁高1.6m和1.5m，次梁高1.0m，最长为24m。单件重量5t~5.7t。
“7”字梁，分4段，最长1段为28.75m，单件重约5.65lt。
主桁架在工厂内加工成管材、板材，运至现场后再进行拼装。3.2运输路线
按加工地点，运输路线分2条：1条为上海——南京——合肥开发区工地，公路运输全程约560km。第2条为无锡——南京——合肥开发区工地，公路运输全程约300km。3.3运输方案
根据构件的运输尺寸及重量，结合道路情况，平面次桁架、V形柱、H型钢梁、“7”字型梁采用肯奥驰T800牵引车牵引载重90t的可伸缩五轴线平板车装载运输。
为保证构件运输安全及构件运输过程不产生变形误差，装载时构件与平板车之间需加垫枕木。对于超宽构件，要制作钢制托板，以保证其运输安全，构件叠放时，构件间需加垫木。
装车后采用Ф19.5mm钢丝绳、40#紧缩器、19.5mm绳扣等材料进行加固捆绑，加固采用下压式八字紧固法。构件吊装
4.1主要吊装机械选择
①钢管主桁架加工由厂内下料，相贯线、剖口切割后运到现场，在现场搭好镶拼台，由80t吊机配合进行拼装。
②1~4列主桁架分为2段安装，第1段为1~3 列，长为87.3m，重量为160t；第2段为3~4 列，长为67.5m，重量为113t。
③在1、3列外档布置CC2000型300t履带吊机各1台，负责吊装第1段主桁架，安装1~3列钢柱与屋面结构。1~3列屋面主桁架总重160t。用2台300t履带吊抬吊时，吊机接60m巴杆，R=16m，Q=87t，H=58m。各能承担1～3列主桁架50%以上的安装重量。
④3~4列屋面主桁架总重113t。用1台300t履带吊接60m巴杆，Ｒ＝12m，Ｑ＝123t,H=59m。布置在3~4列中间，吊装第2段主桁架，安装3~4列屋面结构。
⑤300t履带吊接60m巴杆，R=30m，Q=35t，H=53m，安装0~1列7字形钢柱和三层楼面结构，停机位置在0列外档。
⑥300t履带吊接24m主臂，54m副臂，R=54m，Q=15t，H=41m，吊装2~3列中间屋面檩条。
⑦KH300、80t履带吊，31m巴杆，R=7m，Q=34t，H=28m，承担3~4列屋架镶拼、卸车。
⑧KH180、50t履带吊，37m巴杆，R=8m，Q=14.9t，H=32.7m，承担0~1列“7”字形钢柱镶拼、卸车，安装楼层框架梁。
以上机械布置全部采用机械化安装屋面结构，能在预定工期内把整个钢结构安装完毕。4.2 路基要求
①300t履带吊道路宽12m，地基承载力要求12t/m2。平整度10m内纵横不大于10。吊车行走道路路面采用200mm厚C20混凝土，内配φ16@200钢筋网片。
②50t、80t履带吊道路宽8m，地基承载力8t/m2。
③屋架相拼台要求平整、坚实，地基承载力8t/m2。
4.3 “7”字形和V字形钢柱吊装技术
① 0~1列“7”字形钢柱采用80t吊机40m把杆，R=14m，Q=12.8t，H=36m，钢柱重量为10.3t左右，在吊机起重量内，吊点设在顶部重心两侧，起吊时根部用15t吊机协助扶直，根据钢柱角度配备吊装索具。
②1、2、3、4列钢柱形态为V字形，1轴钢柱重量为50t，2轴左肢柱为23t、右肢柱为19t，3~4轴柱分别为8t、9t。1列钢柱吊装机械采用300t吊机、60m主臂，R=20m，Q=62t，H=57m；2轴钢柱吊装半径为R=38m，Q=23.6t，R=42m，Q=20.2t；
3、4列钢柱吊装半径为R=38m，Q=23.6t，R=42m，Q=20.2t；
3、4列钢柱吊装机械采用50t吊机37m巴杆，R=10m，Q=10.4m，H=33m。
③钢柱安装前应对基础标高与轴线进行复核，超出规范的偏差应立即修正，对钢柱的长度、断面挠曲以及标高进行预检。
④钢柱采用边吊边校正，经纬仪要求定位观察，防止V形柱角度偏差，校正索具采用浪风形式，钢柱稳定措施用浪风拉索进行临时固定，待屋架安装后，才能进行拆除。
⑤钢柱安装，先安装右肢柱再安装左肢柱，钢柱稳定采用浪风措施，1轴钢柱浪风拉力为9t，2、3、4轴钢柱浪风拉力为4t，每根钢柱拉4根浪风。4.4支架吊装
①吊1~3列屋架前，先在2/
1、5/
2、3轴外档，各立支架平台2只，300t吊把屋架吊到支架平台上，调整好标高轴线，然后与1列、2列、3列V形柱连接，并电焊固定。
②1~3列屋架支架设置6只，2/1轴支架标高为17.85m，5/2轴支架标高为14.6m，3轴外档2只支架标高为12m，支架由3t~8t塔吊高节架组成，地面装1只底座，底座与2.4m路基箱固定。上面装1只平台，每只平台荷载为40t。
③为保证平台受力稳定，在纵向2只平台之间4.5m开档内用脚手管连接，横向每只平台各拉2根浪风，浪风绳根分别生在±0.00，+1.5m平台预埋件上。
④ 2/1轴、5/2轴支架在地下室楼顶上，要求支架在地下室立柱中间，立柱四周2.5³6m范围内进行楼板加固。
⑤支架安装分别由300t吊机，R=60m，R=54m，Q=14.6t，H=31m，进行安装，支架整体重量为10t，安装为4点起吊，千斤采用Ф21mm³6m³4根，卸甲采用Ф25mm³4只。
⑥3~4列屋架支架设置4只，位置在3列向右15m处，4轴向左6m处，标高分别为11.25m和10.34m。
⑦屋架支承在支架平台上，采用Ф500³28圆管檩托支承，不能用油泵直接支在屋架上弦主杆上，屋架调整好后，在油泵边用道木抄实，防止倾斜，油泵采用50t³2只、30t³4只。
⑧两边屋架连成整体后，只能拆除一边屋架支架平台，不能把两边支加架平台同时拆除，以确保屋架稳定和次桁架安装准确。4.5屋架吊装
①屋架吊装1~2~3列各8榀，在地面组成1~3列8榀，在A、R轴外挡平地上镶拼成整体，由2台CC2000型，300t吊机进行抬吊，屋架长度为87m，整体屋架重量为160t。
②300t吊机，把杆长度60m，Q=87t，H=59m，R=14m，Q=107t,H=59.8m。屋架长度87m,Q=160t,屋架吊点分别设在屋架与钢柱节点处，1轴吊装重量为70.5t,3轴吊装重量为89.5t,300t吊机起重量乘以抬吊系数0.85,起重量分别为74t与91t ,能满足屋架吊装。每台300t吊机索具采用4点吊装，钢丝绳采用Ф50³14m³2根、Ф43³14m³2根，捆扎千斤φ39³8m³4P、Ф32³8m³4P一做二，卸甲采用高强度25t ³16只。
③3~4列屋架由300t吊机单机安装，屋架长度约68m,300t吊机巴杆长度60m,R=12m,Q=123t,H=59m,屋架重量为113t，在吊机起重量内。屋架采用8吊吊装，吊点设在屋架上弦杆，吊装钢丝绳采用Ф43mm³30m³4根，捆扎千斤Ф32mm³8m³8P一做二，卸甲采用高强度25t³16只。
④屋架材料均为管材，形状为倒等腰四边形。截面尺寸，上弦杆宽度为6m,下弦宽为1.2m，高度为3m。安装前必须对柱子顶面及屋架进行预检，预检内容：对轴线的几何尺寸、垂直度和平面尺寸。
⑤钢屋架就位应使用道木抄实，钢屋架两侧用撑头撑牢以防倾覆，钢屋架吊装时应保持平稳，回转应缓慢，严格控制吊机半径，不得超载。双机抬吊屋架要求指挥统一，2台吊机起升高度保持一致。抬吊行走时，2台300t吊机行走速度保持统一，路面要求做到平整、坚实。
⑥屋架与钢柱连接形式是钢柱支承在屋架上弦杆，节点形式是管材相连接，焊接为全熔透焊，钢屋架安装到位后，待屋架与钢柱电焊连接固定牢靠，再拆除钢屋架吊装索具。
⑦次桁架与垂直桁架节点形式均为管材相贯节点，为保证桁架安装顺利到位，桁架一头采用内套管伸缩形式，安装时要求节点处用电焊固定牢靠后，才能松钩。次桁架重量为6t，垂直桁架为1.5t，吊点形式分别采用4点和2点吊装。
⑧屋架吊装稳定措施
a.第1榀屋架吊装到位后，在屋架两侧采用缆风绳校正固定，缆风绳设3道，从屋架中心向两边均分距离布设；
b.每1段屋架吊装先搁在钢支架平台上，在钢支架平台上调整好轴线、标高，然后屋架与钢柱节点柱进行固定；
c.第2榀屋架安装到位后，由副机80t吊机与50t吊机，把垂直支撑尽快安装完毕，再拆除300t吊机吊装索具，确保屋架的整体稳定。4.6 H型钢梁吊装
①0~2轴框架平台标高8.8m，0~1轴框架平台标高17.8m，钢梁节点形式为高强螺栓节点，主梁螺栓为Ф24，次梁螺栓为Ф20，摩擦系数为0.45，扭矩分别为78kg²m和60kg²m。
②框架平台安装采用KH300、80t吊机，31m巴杆，R=18m，Q=9t，H=24m，钢梁采用两点捆扎安装，钢梁最大重量约为8t。
③钢柱与屋架节点均为相关管节点，安装时，先把左肢柱与屋架连接，再把右肢柱与屋架连接，确保斜柱成一条直线。
④屋架校正采用6点一线校正，屋架两端2点，中间均分3点，校正方法用30t、50t千斤顶，手拉葫芦进行。4.7网架安装
①根据网架拼装施工图，每一层杆件分类编号、堆放，拼装时逐一复查，对号入座。
②网架拼装方法用由下向上逐层拼装。首先根据网架尺寸，在网架位置定出球支点位置，在球支点处放置不同高低的拎托，用水准仪测量并调整标高。
③网架拼装，首先从地面一层下弦杆和下弦球进行组装，组装后用水准仪和标尺复测标高，用钢尺复测平面尺寸，确定符合施工规范后，固定高强螺栓销子。
④每一层网架由中心向跨度两边对称拼装腹杆、上弦杆与下弦球，保证网架整体的稳定性，防止网架单向受力变形，一层网架组装后，复测对角线尺寸、垂直平面尺寸、中心轴。现场焊接工艺
①在焊接施工前进行焊接工艺性能试验和工艺评定，结合实际情况，编制焊接工艺指导书。
②本工程工地焊缝，钢柱与桁架节点主桁架对接节点、钢柱对接节点焊缝等级为I级，其余焊缝等级为Ⅱ级，均采用手工弧焊，焊机用直流焊机，焊条采用E5015。
③对每一焊接点均按焊接工艺要求进行焊接，对厚板如气温较低采取预热、后热保温等措施。④按结构焊接管理要求保管好焊接材料，不可在工程中使用涂料剥落、脏污吸潮、生锈的焊接材料。
⑤ E50焊条应经过烘箱（温度为300℃~500℃）1h，烘干后放入保温筒使用，当天未使用完的焊条，需存放在电热干燥箱中。
⑥直接受降雨影响时停止施工，多雨季节应采取适当的防雨措施，焊接部位附近的风速不得超过10m/s，如风速超过规定时，应采用防风措施后方可焊接。
⑦对长焊缝节点，采用交叉对称焊接，焊接要保持平整、均匀和熔透。每道焊缝完工后，必须将焊渣、溅物清除干净，焊条头集中存放在工具袋内，不得随便乱丢。
⑧提高责任性，不得在构件上乱打弧，焊接过程中发现焊接缺陷应立即停焊并采取补救措施。
⑨超声波探伤检测
a.厚板、特厚板焊接，应对基本金属坡口两侧50mm~300mm范围进行层裂及缺陷检查。
b.焊缝内部缺陷的检查采用单位焊缝（焊缝在300mm以上时），即在缺陷最密集处取连续长度300mm作单位焊缝。焊缝长度小于300mm时以焊缝全长作为单位焊缝。单位焊缝是否合格，根据焊缝的种类，用缺陷评价长度及回波高度区域来判定。当存在复数缺陷时，还要考虑评价长度的总和进度是否合格的评定。其各种缺陷回波高度取最大的区域。
⑩探伤方法
a.当钢板厚度为9mm~45mm时，一般焊缝采用斜角单探头法检测； b.当钢板厚度>9mm~45mm时，对于K型、V型、U型坡口存在垂直于探伤面的坡口未熔合及具有钝边的未焊透时，必须采用垂直探伤法；
c.厚板焊缝采用双探头的纵列探伤法或混合检测，即前两者并用，其探伤标准由设计确定；
d.仪器、探头性能、耦合剂、标准试块和对比试块的选择，制作回波高度曲线确定控制值。
对于不合格的焊缝宜用碳弧气刨法。超声波检查有裂纹的焊缝，从裂纹两端加50mm作为清除部分，并以同样的焊接工艺进行补焊，用同样方法进行检查。同一焊缝的修理一般不得超过2次，否则要更换母材。
由于焊接原因，发现母材裂纹或层状撕裂时，原则上应更换母材，如得到设计部门和质量检验部门同意，亦可局部处理。结 语
多索预应力桁架结构优化设计 篇3
【关键词】多索预应力桁架结构；数学模型；优化设计
随着社会的不断发展，我国的建筑施工项目也在逐渐的增多，而且人们为了有效的提高建筑结构的稳定性和可靠性，也将许多先进的科学技术应用到其中，从而使其建筑结构可以达到工程设计的相关要求。其中多索预应力桁架结构就是在这样的情况下产生的，它主要是由传统非预应力桁架结构发展而来的，通过对建筑结构局部或者整体所施加的预应力进行改善，使其大部分的杆件在实际应用的过程中都呈现出一个受力的状态，这样不仅节约了工程的施工成本，还提高了整体结构的稳定性。不过，由于多索预应力桁架结构优化的影响因素有很多，其中主要包括了索力值和截面尺寸优化这两个方面。下面我们就对多索预应力桁架结构优化设计的相关内容进行简要的介绍。
一、预应力桁架结构的概述
1、预应力桁架结构概念
所谓的预应力桁架结构也就是指在对建筑结构进行施加荷载之前，人们通过对建筑整体结构所施加的预应力调节的方法，来充分的发挥出钢结构材料或者施工材料强度或者刚度的一种桁架结构。这不仅可以有效的提高建筑结构的稳定性和可靠性，使其在施加荷载时，可以保证工程结构的正常使用，还节约了工程施工的成本，使得工程的经济效益得到大幅度的提高。
2、预应力桁架结构的特点
目前，在工程施工中，预应力桁架结构的特点主要表现在以下几个方面：
①在实际应用的过程中，预应力桁架结构可以充分的、反复的发挥出结构材料的强度，使其工程结构的承载能力得到大幅度的提升。
②人们可以通过对工程结构受力状态的适当调节，使得钢结构材料的利用最大化，进而大大的减少了钢材的消耗量，使得工程施工的经济效益得到有效的提高。
③有利于结构刚度和稳定性的增强，使其工程结构各方面的属性都符合工程设计的相关要求。
④大幅度的延长了工程结构的使用寿命。
二、优化的数学模型
目前，人们在对多索预应力桁架结构进行优化设计时，通常都是对工程结构的最小重量值为主要的目标函数，从而使其多索预应力桁架结构在约束条件中，工程结构的荷载和预应力作用可以满足工程设计的相关要求，使其工程结构的稳定性和可靠性得到明显的增强，以确保多索预应力桁架结构在施加预应力的过程中不会出现破坏。因此，我们在对多索预应力桁架结构进行优化设计就需要通过数字模型来对其进行相关的分析，从而保证多索预应力桁架结构的强度和刚度。
三、求解方法
结构只有在荷载已知的情况下才能进行优化设计，而预应力荷载是结构自平衡的特殊荷載，预应力大小在满足全部约束的条件下并不是确定值，只有在确定预应力大小的情况下，才能对结构进行优化设计由于结构的最终荷载是预应力和荷载的共同作用，应以最终荷载作用下进行优化设计。
1.应力约束
对于预应力钢结构来说，首先在结构上施加预应力，以提高结构的承载能力，然后再施加荷载。因此，在结构为线弹性假设的前提下，在结构上施加的预应力要满足性态约束条件。
2 局部稳定条件
通过对多索预应力桁架结构在张拉阶段、荷载阶段以及具备结构的问题性等方面进行综合的考虑，来对多索预应力桁架结构的索力值和截面尺寸的相关数据进行计算，从而对多索预应力桁架结构进行相应的优化处理，以确保多索预应力桁架局部结构的稳定性。
四、算例
对于跨度为10m两端简支的预应力钢桁架，可布置三根可滑移的光滑折线索，索端点与上弦端节点铰接，索的转折点分别取为距下弦端节点1，2，3m的节点处。结构在上弦各节点作用有垂直向下的集中荷载P=20kN，杆为Q235钢，索取1860MPa级钢绞线，杆及索弹性模量均取为2.06×105MPa，杆的控制应力[σ]=170MPa，索的张拉控制应力[σ] =600MPa，取结构各杆及索的初始截面积均为8cm2最小截面积取为0. 5cm2。
优化后最优截面尺寸、相对应的最优索力值、初始结构重量、最优的结构重量、无预应力时最优的结构重量及比较，从而给出了优化迭代过程中结构重量变化曲线。
通过相关的数据分析，我们可以了解到对于光滑折线型布索，无论是哪一种布索方案，结构上弦杆件的截面尺寸差别不大，通过计算表明，折线布索对上弦杆件卸载效果不很理想；2）对于下弦杆件，不同的布索方案组合，卸载效果不同，三根同时布索的结构对下弦杆的卸载效果最好，因此结构重量也最轻；3）对于中间腹杆，每一种布索方案情况下截面尺寸差别不大；4）同是优化设计，施加预应力的结构比不施加预应力的结构节省钢材最少为Ⅱ，Ⅲ布索方式，为13.24%，最多为Ⅰ～Ⅲ布索方式，为17.26%，这与预应力平面体系采用预应力后节省钢材10%～20%是相吻合的，同时也说明所采用的方法是有效的。从优化过程中结构重量变化曲线可以看出，该优化方法具有迭代次数少、收敛性好的优点，但相对于无预应力的同样结构来说收敛次数有所增加，这是由于索力值在优化过程中改变的缘故，但并不影响收敛。
五、结果分析
（1）在预应力钢结构的优化设计中，将索力值作为设计变量的优化设计虽然增加了求解的难度，但可使结构的重量进一步减轻，能收到更好的经济效益，节省钢材10%～20%，文中的方法应用于预应力钢结构优化设计是可行的。
（2）提出的多索预应力钢桁架优化方法是通过有限元方法计算结构内力以后，采用线性规划法确定索力值和截面尺寸，并在一次迭代中同时得到优化。计算表明该方法收敛速度快，计算结果良好。
（3）由于线性规划的最优解总是在约束的顶点，如果不给出构件尺寸下限值，总有构件的截面面积为零，所以该方法还可用于预应力钢桁架的拓扑优化设计。
六、结束语
由此可见，在多索预应力桁架结构优化设计的过程中，对其造成影响的因素有很多，其中主要是从多索预应力桁架结构的索力值和截面尺寸这两个方面体现出来的，因此我们就要通过数学模型，来对相关的数据信息进行计算分析，从而找到适当的优化方案，来对其进行处理，以确保工程结构的稳定性和可靠性，使其结构可以安全、正常的使用。
参考文献
[1]邓华，董石麟.拉索预应力空间网格结构的优化设计[J].计算力学学报，2000（02）
谈桁架结构拼装及安装技术 篇4
本工程为会议中心钢结构现场的拼装及安装工程。其中会议中心分东西两部分, 中间为大剧院。会议中心两部分相互对称, 每侧会议中心分为:横轴向为1-13轴, 纵向轴线为3E-3N-3Q, 3E-3N距离约为30.2m~34.8m;3N-3Q距离约为8.1m~8.2m, 3E、3Q外侧分别悬挑。每一部分结构形式为:主桁架13榀, 钢管柱65支。每榀桁架重约13.5t, 长度为52m~57m不等, 材质为Q345C, 结构形式为桁架结构, 上弦为方钢管□220mm×220mm×12mm, 下弦为方钢管□240mm×220mm×18mm, 上下弦连接杆件也为方钢管。65支钢柱分为11支直柱, 4支抗风柱, 44支斜柱, 6支斜撑柱。每支柱重量为:直柱每支1.13t, 抗风柱每支5.8t, 斜柱每支0.85t, 斜撑柱每支2.8t。会议中心钢结构共计约800t。主桁架制作完成后每榀分成三片运输到安装现场进行拼装, 每相邻两榀桁架再组装成一单元, 每一单元重40t, 使用一台160t液压吊车和一台250t履带吊同时吊装进行安装作业。
安装现场地面标高▽-3.00m, 基础埋件标高▽12.00m, 即▽12.00m平台以下为钢筋混凝土结构, ▽12.00m混凝土平台以上为钢结构。
2 会议中心主桁架的现场拼装方法
由于主桁架长度在52m~57m之间, 整体运输难度太大, 在制作时每榀桁架分成三节进行制作, 运到安装现场后进行拼装。考虑到主桁架跨度大, 3E轴线每榀主桁架带4根斜柱, 斜柱柱顶及柱脚联结方式均为铰接, 单榀安装时在保证安装精度的前提下无法对其进行有效固定, 所以安装时采取相邻桁架组装一整体单元进行吊装, 这样每一单元安装后与柱有四点连接, 形成稳定的框架结构, 既保证了安装精度, 又达到了安装的安全要求。一单元包括主桁架两榀;桁架间上下弦全部水平支撑及次桁架全部, 拼装完成后一单元重40t。
拼装时为了保证拼装质量, 需要在3E轴线外侧搭设拼装平台, 拼装平台需要2个, 东西两处会议中心每处各搭设一个拼装平台, 每个平台宽8m, 长45m, 使用材料为HN400×200×8×13共计45m×2=90m, ∠200×18角钢共计8m×19×2=304m, -20mm厚钢板8×40=320m2×2=640m2, 拼装平台材料共计约50t。
主桁架的拼装:三段桁架按照制作分段标记在拼装平台上平放进行拼装, 拼装时按照制作时的定位尺寸线对接口处曲率半径进行调整, 再按照制作时接口要求进行接口, 拼装完成后使用样板对上下弦的曲率半径进行校正、调整, 满足设计要求后进行接口焊接, 拼装接口按照制作接口形式进行焊接。两榀主桁架接口焊接完成后, 使用两台25t液压吊把两榀主桁架吊起垂直放置, 采用∠200*18角钢进行支护, 临时稳定牢固。拼装时主桁架定位点为桁架在拼装平台上垂直放置时的最低点, 即3E轴线点及3N轴线往外 (3N至3Q方向) 3m点, 计算出各桁架的各定位点尺寸。
支护时采用∠200*18角钢及H型钢HN400×200×8×13, 每榀桁架支护4点, 共计使用∠200*18角钢100m, HN400×200×8×13共计64m。最后安装上下弦水平支撑, 按照设计要求进行焊接, 整体焊接完成后进行焊缝的检测, 达到设计要求后进行吊装。由于每一区主桁架为13榀, 拼装时每组单元为两榀, 共计需要12榀拼装, 剩余1榀单体安装, 考虑到安装顺序, 单体安装的桁架选择9轴线桁架。
拼装工艺流程:胎架制作安装→桁架整体拼装定位→校正、检验→焊接、焊缝UT检验→焊后校正→涂装→检验合格。
3 会议中心钢结构安装的主要施工方法
3.1 安装施工前准备
1) 基础验收
安装前先进行基础的检查验收工作:包括基础表面质量、中心定位尺寸线、标高等, 并做详细的验收记录。
基础安装放线:按照设计图纸要求在基础表面上放出主桁架纵横向中心线, 并进行校对, 对支座埋件标高进行复测, 对不符合要求的进行修改, 达到施工要求。
2) 场地的平整及清理
对大型吊车站位及行走的场地进行平整、夯实, 平整时使用沙子、石子混合铺在吊车行走路线上, 垫层厚度500mm, 达到大型吊车的使用要求, 拼装平台与基础边缘10m范围内, 长度100m, 道路平整夯实, 大型吊车吊装作业时在吊车4个压脚处每处垫一张-30mm×2000mm×8000mm钢板, 以保证吊车的安全起吊, 共计需要8张钢板。另外东区会议中心基础东侧道路也应进行平整、夯实, 以保证大型吊车的道路通畅。对▽12.00m平台上杂物清理干净, 以方便安装。
3) 在▽12.00m平台四周及临边孔洞四周进行安全防护
使用脚手管做临时栏杆, 栏杆高度1.2m, 达到标准栏杆要求。
3.2 安装方案
1) 东西区安装顺序:考虑到11轴线安装单元与大剧院之间间隙狭小, 13轴线安装单元从拼装平台吊到安装位置时难度较大, 安装顺序定为, 从1轴线开始安装, 安装4个单元后再从13轴线开始安装2个单元, 9轴线单体桁架最后安装。
吊装前先安装3N轴线直柱, 在3E轴线斜柱内侧每榀桁架下方分别做一临时支架, 桁架安装就位时, 3N轴线按照设计尺寸进行就位焊接, 3E轴线一侧坐落于临时支架上。
临时支架的放置:临时支架放置时, 支架中心线位置为主桁架轴线位置, ▽12.00m混凝土平台主桁架轴线处正好有混凝土承重梁, 对支架底部受力起到支撑作用, 以防止支架受力时破坏混凝土平台, 达到稳定要求。支架放置位置利用实际放样尺寸确定, 并把支点标高调整好, 使得桁架坐落于支架上时控制标高即为安装标高。
2) 主桁架单元的安装:主桁架安装时, 结合安装现场施工条件, 采用两台吊车 (一台160t液压吊, 一台250t履带吊) 进行同时吊装, 对拼装好的桁架单元进行整体吊装, 每组单元安装时3N轴线处与直柱连接牢固, 3E轴线侧先放置到临时支架上, 对柱顶标高进行复测, 如不能满足安装要求, 则利用吊车进行调整, 调整好此处安装标高及桁架安装轴线后, 安装3E轴线斜柱。
拼装平台上的桁架单元拼装焊接完成后, 使用250t履带吊站位于3E轴线外侧, 单车把拼装完成的桁架单元先吊到▽12.00m平台上, 吊车参数如下:
采用回转半径米16m, 杆长42.7m, 最大起重量56.7t, 折减安全系数取0.85, 56.7t×0.85=48.2t, 再扣除吊钩等重量约5t, 最后使用有效起重量43.2t, 满足使用要求。具体见吊车性能表。
桁架单元到达▽12.00m平台上时重心点进入平台边缘6m, 按照吊装位置250t履带吊站位于3E轴线外侧, 160t液压吊站位于3Q轴线外侧, 采用两台吊车同时起吊安装, 安装时吊车悬挂全配重。吊车参数如下:
使用160t吊车采用回转半径为20m, 杆长43m, 最大起重量18.5t, 折减安全系数取0.85, 18.5t×0.85=15.7t, 再扣除吊钩等重量3t;使用12.7t起重量。
使用250t采用回转半径20m, 杆长48.8m, 最大起重量42t, 折减安全系数取0.85, 42t×0.85=36t, 再扣除吊钩等重量5t, 使用31t起重量。
两车有效起重量43.7t, 满足使用要求。
按照拼装顺序先安装东区第一组桁架单元, 3N轴线处坐落于直柱上后焊接牢固, 3E轴线处坐落于临时支架上, 达到安全稳定后再进行摘钩作业, 使用25t液压吊进行3E轴线斜柱的安装及3Q轴线斜柱的安装。摘钩后吊车到达西区使用同样的方法进行西区桁架单元的安装。最后使用0.5t卷扬等辅助设施进行桁架间的零部件安装。
3) 9轴线单榀桁架的安装:9轴线单榀桁架安装时, 先在拼装平台上对桁架进行拼装, 利用制作时的定位尺寸线对拼装好的桁架进行校正。满足安装要求利用250t履带吊先放置到▽12.00m砼平台上, 再利用250t履带吊站位于3E轴线外侧, 采取回转半径36m, 杆长48.2m, 最大起重量19.2t, 安全折减系数取0.85, 安全使用起重量19.2×0.85=16.3t, 满足吊装要求。考虑到主桁架跨度大, 单车吊装时主桁架在空中稳定性差, 3Q轴线外侧使用25t液压吊利用小钩吊一点对桁架进行稳定就位。就位后此榀桁架两侧利用檩条进行于桁架单元的联结, 牢固后摘钩。
4) 吊点的选择:250t履带吊车使用吊点为四点, 160t液压吊使用吊点为两点, 按照每台吊车的额定起重量选择吊点位置, 直接锁到主桁架上弦上, 必须选择节点处。
两车同时作业时钢丝绳的选择:
[P]=P破ψ修/K (K为安全系数取8;ψ修=0.82) ,
[P]=31t/ (4*COS300) =8.948t
P破=[P]×K/ψ修=8.948×8/0.82=87.29t=872.9 kN
钢丝绳选用6×37+1, 公称直径d=44mm
250吨履带吊单独作业时钢丝绳的选择:
[P]=P破ψ修/K (K为安全系数取8;ψ修=0.82) ,
[P]=40t/ (4*COS300) =11.547t
P破=[P]×K/ψ修=11.547×8/0.82=112.65t=1126.5kN
钢丝绳选用6*37+1, 公称直径d=48mm。
4 结论
高空、大跨度桁架在钢结构安装中是高危险作业, 在做好充分施工准备和相应的安全防护的基础上才能万无一失的把这项工作完成。要保证这项工程在未来的岁月里经受信考验, 靠得是科学的计算方法, 参与人员的责任心, 可靠的安装方法。在不断创新的施工经历中, 相信科学技术, 依靠科学技术, 使我们的施工技术不数科技化、规范化, 不断积累和学习、不断创新、不断战胜自己, 才能在未来的施工中取得更大的成功。
参考文献
[1]中国钢结构协会.建筑钢结构施工手册[M].中国计划出版社, 2004, 4.
[2]贡金鑫.工程结构可靠度计算方法[M].大连:大连理工大学出版社, 2003.
[3]周世武.大跨度钢管桁架屋盖整体提升施工技术[D].重庆大学, 2007.
[4]周观根, 方敏勇.大跨度空间钢结构施工技术研究[D], 2007.
桁架结构 篇5
针对随机压电智能桁架结构研究了基于概率的结构闭环控制系统动力响应分析模型与方法.考虑结构的`物理参数、几何尺寸、外荷载幅值以及闭环系统控制力同时具有随机性时,利用振型迭加法导出了结构动力响应随机变量的数字特征计算表达式.通过算例考察了智能结构物理参数、几何尺寸、外荷载幅值以及控制力的随机性对结构闭环控制系统动力响应的影响,并获得了若干有意义的结论.
作 者：高伟 陈建军 崔明涛 作者单位：西安电子科技大学机电学院,西安,710071 刊 名：固体力学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA MECHANICA SOLIDA SINICA 年，卷(期)：2003 24(4) 分类号：O34 关键词：随机压电智能桁架结构 随机变量 闭环控制 概率动力响应分析★ 桁架结构有哪些部分组成？
★ 航空发动机自适应神经网络PID控制
★ 城市滨水区多目标景观设计途径探索
★ 自适应算术编码的FPGA实现
★ 请假条结构
★ 句子结构
★ 基于计算机网络的自适应式远程教育模式的研究
★ 议论文的结构
★ 结构工程师年终总结
桁架结构 篇6
【摘 要】本文介绍了带式输送机钢结构桁架的设计过程，分析了其特点，并利用有限元软件对结构进行了计算分析。还列举了工程中的项目实例。对钢结构桁架设计具有重要的指导意义。
【关键词】桁架；结构力学；钢结构设计；静力分析
0.引言
带式输送机在散状物料运输中应用普遍，桁架作为带式输送机的支撑钢结构，可以跨越道路、河流、山坡、凹地等地形和路况。为带式输送机的架设，提供了便利的条件，从而减少了地平标高对带式输送机沿线的影响。由于系统的要求和工艺设备的改进，钢结构桁架正朝着大跨度，、轻量化方向发展。
1.计算依据及气候条件
1.1计算依据
钢结构设计规范（GB50017-2003）
建筑结构荷载规范（GB50009-2001）
建筑抗震设计规范（GB50011-2001）
1.2气候条件
（1）温度多年最高温度42°C，多年最低温度8.1°C。
（2）风速盛行风风速3.6kmh（最大），最大风速39ms。
（3）降水年平均降水2177毫米，最大降雨强度900mm/天，正常降雨期6月至9月。
2.桁架结构与力学模型
桁架一般由上下弦杆，位于两榀的腹杆、斜支撑，上下平面横连、斜支撑以及屋盖结构、外装组成。桁架还要为电缆桥架和辅助专业管线的铺设提供合理的空间和托架。常用桁架跨度为12m～13m。
上下弦杆一般采用焊接H型钢，应沿着弦杆全长于腹杆中心线处设置加劲肋。端竖杆一般采用宽翼缘焊接H型钢，并使截面强轴平行桁架跨度方向。斜支撑采用两个热轧等边角钢组合截面十字形连接，并通过连接板与上下弦杆、横连、腹杆相连的形式。
计算载荷及工况组合。
计算载荷种类：
（1）结构自重：转运站钢结构重量。
（2）部件重量：转运站上所安装的胶带机的部件重量。
（3）物料载荷。
（4）设备重量。
（5）皮带机输送带的张力。
（6）廊道作用力：转运站支撑的廊道作用力。
（7）风载。
（8）地震载荷。
（9）堵料荷载。
（10）活荷载：考虑转运站上。
载荷组合：按七种工况组合。
计算用载荷种类：
DL——恒荷载，LD——活荷载，WL——风荷载，TL——温度荷载，SL——地震作用
载荷组合：
相关数据。
风载：盛行风风速3.6kmh（最大），设计风速39mS
地震载荷：地震烈度7度，场地类别Ⅰ类，特征周期0.30S。
温度荷载：最高温度42度，最低温度8度，整个结构的温度分布均匀的。
材料线膨胀系数为β=1.2×10。
材料特性：
桁架结构采用Q235B，弹性模量E为210Gpa，泊松系数为0.3，密度均为7.85×10kg
m。这两种钢材的屈服应力及破坏应力σb如表1所示。
表1 钢材的力学特性
设计指标：Q235钢材强度设计值：f=215N
mm ，构件变形许用值：1/600。
3.结构计算力学模型
结构类型：空间桁架。桁架钢结构是由多种型钢杆件和钢板组合成的空间结构，受有三维方向的力和弯矩作用，根据结构特点和受力情况， 计算时各杆件均等效为三维弹性梁单元。桁架钢结构通过下弦杆两端用螺栓与支撑联接，有限元分析时将与支撑联接点约束，一侧约束X、Y、Z三个方向的线位移，另一侧约束Y、Z二个方向的线位移。图2是桁架计算模型图。
桁架自重加载由程序完成。
胶带，上、下托辊，中间架重量均布在桁架下平面上。
电缆槽架重量作用在腹杆上。
屋顶外装，侧面外装均布在桁架上平面。
3.2可变荷载
承载段=（物料质量+胶带质量+上托辊转动部分质量）g×0.022=（300+90+30.21）×g×0.022=92m
回程段=（胶带质量+下托辊转动部分质量）×g×0.022=（90+13.1）×g×0.022=23NM
总计运行阻力（92-23）×30=2070N均布在托辊支撑点。
3.3风荷载
4.计算结果分析
4.1强度
通过ANSYS分析，得出了桁架结构各种荷载组合的全部构件截面特性、内力、强度计算应力和构件稳定性校核应力。全部构件工作应力均小于设计值。
4.2刚度
桁架垂直方向最大变形27mm，水平方向最大变形18mm，结构刚度满足要求。图3是桁架垂直方向变形图，图4是桁架水平方向变形图。
5.工程实例
M7C-A/B带式输送机全长2.56公里，双路并行，沿线布置了40个钢结构桁架，上翻形式，共计6种长度。通过ANSYS分析，合理选择截面型材，优化设计，降低成本。
6.结语
钢结构桁架的设计即要考虑安全可靠性，又要有经济性、合理性。因此要求桁架具有足够的强度、刚度及稳定性。考虑到铁路公路运输的界限要求，将桁架每榀分段设计制作，分片运输，上下平面现场栓接的形式，尽量减小运输途中的变形量。 [科]
【参考文献】
[1]GB 50017-2003.钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.
[2]汪一骏等.钢结构设计手册[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
某特殊桁架结构的设计分析 篇7
关键词：结构设计原则,特殊桁架,有限元
1 工程概况
大门位于内蒙古包头某产业园,见图1。抗震设防类别为丙类,结构设计使用年限50年。大门跨度56m,高12m,宽2m。由于结构体系不规则,结构采用焊接桁架体系,构件采用矩形钢管,材质均为Q 345,焊缝质量二级。
2 结构分析及计算模型
由于大门位于产业园的入口处,跨度很大。为使整个大门与道路的宽度比例协调,大门立柱设计得较宽。若大门的横梁和立柱均采用实腹式截面,将造成极大的浪费。鉴于本结构的竖向荷载很小,而主要承受风荷载和地震荷载等水平荷载,可将其横梁和立柱均设计成由多个平面桁架组成的特殊空间桁架结构。考虑到大门的宽度为2m,远小于其长度,其平面图呈扁平状,整个结构宽度方向的抗弯刚度远小于其长度方向。因此,为保证结构宽度方向的整体受力性能及减小弦杆在该方向的计算长度,横梁及立柱中所有最外侧的平面桁架都设有斜腹杆,内部的平面桁架只设竖腹杆。由于结构形式的特殊性,结构设计时需做详细的有限元分析,本文采用SAP2000 9.1.6软件[1]对结构进行整体空间建模计算,计算模型如图2所示。模型中,所有杆件均采用三维梁单元,面板采用壳单元,计算时不考虑其刚度,而只起传递荷载的作用。有限元模型的边界条件为铰接,杆件之间均按刚接计算。
3 结构主要设计结果及分析
3.1结构动力特性
有限元分析表明,计算至120阶模态后,结构X方向累计质量参与系数为96%,结构Y方向累计质量参与系数为97%,结构Z方向累计质量参与系数为97%,满足设计要求。
3.2 挠度验算
计算表明,“恒+活”标准组合下结构的最大挠度值34mm,与其对应的跨度为38m,挠跨比为1/1 100,未超过规范[2]给定的1/250限值,符合规范要求。风荷载标准值作用下,结构顶端最大位移为14mm,结构高度为12m,侧移比为1/850,未超过规范[2]给定的1/500限值,满足规范要求。
3.3 应力比验算
结构构件应力比验算结果表明,所有构件的应力比均小于0.8,满足规范要求。
3.4 桁架节点验算
为确保桁架结构的安全,需对其节点进行验算。由于节点的类型较多,限于篇幅,本文只选取两种典型的节点进行验算。
根据《钢结构设计规范》[3]10.3.4条,对典型的X形和K形节点的验算如下(见图3):
1)X形节点。
支管夹角θ=80°,轴力设计值220kN,长细比λ=1.73(h/t-2)(1/sinθi)0.5=55。
主管强度设计值fk=0.65sinθiφf=112N/mm 2,ψn=1.0-0.25/β=0.75。
2)K形节点。
支管夹角θ=79°,轴力设计值86kN,搭接率30%。
3.5 结构用钢量
根据材料统计,主体结构的用钢量为45.3t,外包面板为14.8t,总用钢量为60.1t,单位面积用钢量约为60kg,与普通轻型门式刚架的用钢量类似,取得了良好的经济效益。
4 面板挠度分析
为达到建筑设计的效果,所有平面桁架的表面均采用3mm厚的钢板将其包成整块板的形状,使得整体结构看起来像一个大的门式刚架。为控制外包钢板在风荷载作用下的变形对建筑效果的影响,钢板的尺寸应与各平面桁架的腹杆间距相匹配,以方便钢板与桁架弦杆和腹杆的表面通过焊缝连接,减小其在风吸力作用下的计算跨度。同时,为增加钢板的平面外刚度,在钢板对角线位置焊一块50mm高3mm厚的板条作为加劲肋。由于立面上需要封闭的区域跨度很大,在风荷载作用下,仅靠钢板自身的刚度不足以控制其变形。因此,该区域的钢板也应通过与平面桁架类似布置形式的龙骨进行焊接后再与主体结构连接,同时在钢板平面外采取相同的加劲措施。
为准确了解风荷载作用下外包钢板的变形和应力分布形式,本文利用大型通用有限元ANSYS软件[4]对其进行有限元分析。建模时,钢板和加劲肋均采用Shell181单元,其边界条件为四边固支。分析结果表明:通过本文的构造处理,可将外包钢板的变形控制在2mm以内,且应力分布均匀,满足设计要求。其变形分布如图4所示。
5 结语
由平面桁架组成的特殊桁架结构体系受力合理,在很好地实现建筑效果的同时,取得了良好的经济效应,值得在类似的结构中大力推广。
参考文献
[1]北京金土木软件技术有限公司,中国建筑标准设计研究院.SAP2000中文版使用指南[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]GB 50011-2010,建筑抗震设计规范[S].
[3]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].
全张力结构—索桁架施工实践 篇8
关键词：索桁架,牵引,安装,张拉
1 工程概况
乐清体育中心体育场结构主体为钢管混凝土环梁和斜柱形成的锥面网格结构, 屋面采用弯月形非封闭空间索桁体系覆盖PTFE膜材, 体育场南北长约229 m, 东西宽约211 m, 柱顶标高为42 m, 最大悬挑端跨度约57 m。该结构体系主结构主受力索为上下弦索和环索构成的三角或交叉索桁架, 在主结构的基础上, 增加了膜面次构, 包括膜面二铰拱和环向构造索 (见图1) 。
屋面主结构由上弦索、下弦索、吊索、环索、压杆、上下环梁及斜柱构成 (见图2) , 是典型的双层悬索结构。
拉索主要采用95%锌+5%铝的混合稀土合金 (Galfan) 镀层的光面钢丝束索, 局部少量采用钢拉杆;压杆则采用圆钢管。
2 总体施工方案
1) 在支撑架上拼装外环刚构, 包括斜柱、环梁以及斜柱间交叉撑 (钢拉杆) 等。
2) 索网体系安装采用低空组装和空中牵引提升的方法将索杆系安装至高空的施工方法。
3) 采用被动张拉技术进行索桁架张拉, 即:选择关键的, 且张拉力小的下径向索作为主动张拉索, 而其他索和杆均被动张拉。
4) 膜面次结构吊装及膜面安装:利用吊机安装膜面次结构 (钢拱和构造索) , 分单元对称进行膜面的展开、连接和张拉。
5) 其他附属设施的安装。
3 预应力拉索安装
1) 拉索展开。
拉索是成盘运输到施工现场, 需要在拼装部位处展开后方能安装。展开方法为索盘固定在一端, 另一端以卷扬机牵引 (辅以吊机) , 展开拉索。为保护拉索Galfan镀层, 预先在拉索展开路线上铺以滚轮, 让索在滚轮上前行展开。
2) 拉索安装。
大部分环索在看台内侧地面及支架上组装, 两端环索在看台上搭设的脚手支架 (约1 m~6 m高) 上组装 (见图3) , 而后安装上下环索之间的压杆;利用上径向工装索牵引组装外环梁和环索之间的上径向索, 然后组装吊索、下径向索和压杆;利用上径向工装索整体牵引提升索杆系至高空, 将上径向索和下径向索与外环梁连接, 完成索杆系安装。
4 索网体系提升、牵引
先进行分级加载试提升。通过试提升过程中对提升索杆系、外围结构以及牵引提升设备系统和工装的观察和监测, 确认符合模拟工况计算和设计条件, 保证牵引提升过程的安全。
初始牵引提升时, 各牵引点提升器伸缸压力应缓慢分级增加, 最初加压为所需压力的40%, 60%, 80%, 90%, 在一切都稳定的情况下, 可加到100%, 即索杆系试提升离开环索组装胎架。
在分级加载过程中, 每一步分级加载完毕, 均应暂停并检查, 如:索杆系和工装等加载前后的变形情况, 以及周边结构的稳定性等情况。一切正常情况下, 继续下一步分级加载。
初步牵引提升阶段一切正常情况下开始正式牵引提升。
上弦索的索头靠近上环梁时暂停, 各牵引点微调, 精确调整索头的调节装置, 使上弦索的索头与上环梁连接就位。然后液压千斤顶卸载、拆除, 完成牵引提升。
5 索网体系的张拉
1) 为控制结构的整体形状, 保证同步张拉均匀性, 下径向索同步分级张拉;为弥补张拉锚固预应力损失和长期徐变预应力损失, 最后超张拉至105%;同步张拉细分为5级:初紧状态→25%→50%→75%→90%→105%。其中前4级以张拉行程控制, 最后一级以索力控制。
2) 张拉点:下径向索与下环梁连接的索头。
3) 拉索张拉控制采用双控原则:控制张拉力和位形, 其中以索力为主。索力控制, 即控制下径向索的张拉力。位形控制, 即控制环索节点位移。
6 索桁架施工分析
张拉前模拟张拉过程, 进行施工全过程力学分析 (见表1) , 预控在先。施工中关键节点竖向坐标变化曲线见图4, 关键索力变化曲线见图5。
在张拉过程中, 对张拉力、索桁架关键点位移等进行了监控, 实测值及趋势与理论值基本吻合。
注:关键节点为中间十个轴环索节点
注:关键索力为中间十个轴上、下弦索端部索力
7 结语
预应力索桁架在整个体育场工程施工中占有非常重要的地位, 施工过程中采取了一系列的技术措施, 解决了拉索展开、组装、牵引、安装和张拉等施工难点, 圆满完成了索桁架施工。通过施工计算, 对张拉过程中结构的反应进行了监控, 索桁架施工监控结果与施工计算分析的理论值较吻合, 圆满完成了索桁架施工, 为今后类似工程的施工提供了经验。
参考文献
[1]罗斌, 褚靖宇, 刘荣君, 等.索穹顶“ω”形整体提升安装张拉成型施工工法[Z].2009~2010.
[2]刘锡良.现代空间结构[M].天津:天津大学出版社, 2003.
火灾作用下空间桁架结构响应分析 篇9
关键词：空间桁架,火灾温度场,屈服强度,结构响应分析
钢材因具有轻质、高强的优良特性而成为各种大跨度建筑屋盖承重骨架的首选用材[1],但高温对钢结构影响非常之大,温度为400 ℃时,钢材的屈服强度将降至室温下强度的1/2,温度达到600 ℃时钢材基本丧失全部强度和刚度。因此,一旦发生火灾钢结构很容易遭到破坏。例如:1990年英国一幢多层钢结构建筑在施工阶段发生火灾,造成钢梁,钢柱和楼盖钢桁架的严重破坏;1993年我国福建泉州一座钢结构冷库发生火灾,造成3 600 m2的库房倒塌。这些众多火灾案例都暴露出了钢结构建筑耐火性能差的致命弱点。
1 火灾下钢结构计算模型
1.1 高温下结构钢的屈服强度
结构钢的屈服强度和极限强度会随着温度的升高而不断下降。当钢材温度达到150 ℃以下时这种下降的趋势还不大;当温度达到250 ℃左右时屈服强度还有所升高,此时钢材的抗拉强度达到最大值,钢材在此温度范围内容易产生脆性破坏,称为“蓝脆”现象。当温度超过300 ℃后钢材的弹性模量、屈服强度、极限强度开始显著下降;超过400 ℃后,强度和弹性模量都开始急剧降低。当达到600 ℃时钢材的屈服强度只达到正常温度下的20.8%,弹性模量只达到正常温度下的17.4%,而极限强度只降低到正常温度下的23.4%。现在各国家并没有统一的标准来确定高温下结构钢材的屈服强度。
1.2 高温下结构钢的初始弹性模量及应力—应变关系
根据国内外试验资料[3]表明,当钢的温度在250 ℃以下时,钢的弹性模量和强度变化不大,当温度超过250 ℃后就会发生所谓的“塑性流动”现象。超过300 ℃后,应力—应变关系曲线就没有明显的屈服极限和屈服平台,强度和弹性模量明显减小。
钢的应力—应变关系模型有很多,大部分都是分段模型。连续光滑型的模型较少,表达式也很复杂。应用的比较多的是Ramberg-Osgood模型[4],表达式为:
其中,6≤m(T)≤50;ET为温度T时钢的弹性模量;f0.2T为温度T时钢的0.2%屈服应力。
1.3 高温下钢结构的极限状态
火灾情况下,当满足以下条件之一时,则认为钢结构构件达到耐火极限状态[3]:
1)轴心受力构件的截面屈服;
2)受弯构件产生足够的塑性铰而成为可变机构;
3)构件丧失整体稳定。
1.4 热传导方程
空间桁架结构火灾作用的力学反应,包括内力、变形和承载力等都取决于结构和构件的温度场及其变化过程。
结构的温度场分析是一个固体物质的热传导问题,根据能量守恒原理,建立瞬态热传导的基本微分方程[5]为:
其中,x,y,z为坐标;qd为物体内部热源。
空间桁架由杆构件组成,所以假设沿构件轴线的温度相同,可简化为沿截面的二维温度场,且不考虑钢材本身发热,即桁架杆件内无热源,得到:
则基本方程可简化为二维瞬态热传导基本方程:
对桁架结构采用有限元法进行数值求解。
2 连接楼结构形式
连接楼的主桁架是由圆钢管相贯焊接而成的双跨倒三角形截面空间桁架,桁架截面宽3 m,高2.5 m,弦杆截面尺寸为ϕ245 mm×(12～22)mm,腹杆为ϕ(102～168)mm×(5～12)mm。两根上弦杆间距保持为等距离,主桁架间距为18 m,沿径向布置。每榀主桁架有3处支承:1)在a处,主桁架弦杆经弯曲后直接支承在基础上;2)在b处,桁架通过球铰支座支承在直径为1.4 m的钢筋混凝土圆柱上;3)在c处,主桁架支承在人字形梭形组合柱上。主桁架的弦杆为分段圆弧,采用冷弯成型,弦杆分段变厚度。侧面斜腹杆与弦杆的连接采用有偏心带间隙的K形连接节点,腹杆之间无搭接。个别节点难以设计成无间隙型,则加相贯板或采用铸钢节点。
3 温度场分析
3.1ANSYS模型建立及火灾工况
进行温度场分析时,连接楼桁架受火杆件采用Solid70单元,其他所有弦杆、腹杆均采用Beam188单元,选取两榀(道)桁架进行计算。
连廊15 m层商铺着火,最大火源功率16.88 MW,此时火焰穿透商铺顶棚。在本工况下,大约600 s时,顶棚处最高温度达到860 ℃,600 s后温度不再上升,距离商铺边缘4 m以外最高温度在200 ℃以下,对结构不会有大的影响,所以主要考虑距离商铺边缘4 m以内温度升高对空间桁架结构的影响。
3.2 温度场分析
通过分析可见,时间为900 s时,主桁架受火杆件温度已达850 ℃左右,900 s后继续按升温曲线进行加载,杆件的温度变化缓慢,杆件温度基本上维持在最高温度849 ℃～860 ℃。选取代表性桁架节点4,通过温度—时间变化关系图可知:900 s后节点温度—时间变化关系曲线与升温曲线基本一致。
4 结构分析
通过ANSYS进行结构分析时,连接楼桁架所有弦杆、腹杆均采用Beam188单元。荷载取值及效应组合为:钢屋盖竖向荷载标准值为:活载:0.5 kN/m2;有天花处悬挂荷载:0.48 kN/m2;屋面板荷载(压型钢板重量)。
5 结果分析
1)正常使用极限状态:
360 s时,9号节点竖直位置达到最大值Δmax=0.015 4 m。可得:Δmax<[Δ]=L/400=58.65/400=0.146 6,满足规范要求。
2)承载能力极限状态:
360 s时3号,4号,5号,6号,7号杆件温度达到255 ℃,根据钢的屈服强度折减,255 ℃时钢的屈服强度为0.700 3fy=241.603 5 MPa,由表1可知3号,4号,5号,6号,7号杆件都已经接近或超过屈服应力,构件破坏。
6 改进措施
1)对商铺顶棚使用不燃材料,保证发生火灾时,火焰不能直接作用到上部钢结构上,以降低钢结构的温度。
2)对离楼板、地面8 m以内的室内钢柱、钢梁均做防火保护。
3)基于性能化设计的原则,对商铺上方的钢构件采取防火保护,涂适量的防火涂料,以延长钢结构的耐火时间。
参考文献
[1]汪一骏.轻型钢结构设计指南[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]CEN(European Committee for Standardisation),DAFT ENV1993,Eurocode3:Design of steel structures[S].
[3]李国强,蒋首超,林贵祥.钢结构抗火计算与设计[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.
[4]Yngue Anderberg.Modelling Steel Behaviour[J].Fire Safety Jour-nal,1988(13):105-113.
某桁架结构静力性能有限元分析 篇10
关键词：桁架结构,静力性能,有限元分析,计算模型
1ANSYS简介
ANSYS软件是融结构、流体、电磁学、声场和耦合场分析于一体的大型通用有限元CAE软件, 广泛运用于机械制造、石油化工、航空航天、交通运输、能源、土木建筑等工业领域及科学研究。
一个典型的ANSYS分析过程包括三个步骤:创建有限元模型、施加载荷并求解、查看分析结果。ANSYS软件功能的强大与它拥有的众多应用模块是分不开的, 在有限元分析过程中, 通常主要使用以下三大模块:前处理模块 (PREP7) 、分析计算模块 (SOLUTION) 和后处理模块 (POST1与POST26) 。
2桁架结构计算模型
2.1 问题描述
某钢管焊接而成的桁架结构如图1所示, 用于承受上部两根石油管道全部重量, 并已知如下计算资料:管道1重量为2 000 N, 管道2重量为1 000 N, 钢材弹性模量为3.6×109 MPa, 泊松比取0.30, 横截面面积均为0.50 m2。
由结构力学可知, 该支架结构可看作桁架结构, 简化后最终得到的计算简图如图2所示。
2.2 有限元模型建立
ANSYS11.0增加了许多功能, 如:改进接触单元算法、新的材料曲线拟合、子模型分析模块化及支持外形记忆模型等;并且运行更加快捷、界面更加完善。ANSYS提供了多种输入方式:菜单方式、命令方式、函数方式, 或这些方式的组合。菜单方式是用鼠标在ANSYS菜单上进行选取, ANSYS通常会弹出各种对话框, 以完成各项操作, 对于新手来说, 该种方式最简单。任何一个实体模型都是由点、线、面和体组成的, 这些基本的点、线、面和体在ANSYS中称为图元。图元由低到高的排列顺序是:关键点、线、面、体、节点、单元。点连接成线, 线构成面, 面构成体。因此, 有两种实体建模方法:自底向上法和自顶向下法。本文采用自底向上法建立有限元计算模型, 如图3所示。
3桁架结构静力性能有限元计算
3.1 定义单元类型
在ANSYS单元库中, 有100多种已经定义好的单元类型。在结构分析中, 常用的单元类型有Structural Mass, Link, Beam, Solid, Shell, Hyper Elastic等。每种单元都有各自不同的特性, ANSYS通过赋予单元不同的名称和参数来加以区别。有限元的单元类型从不同角度看有不同的分类, 单从维数不同就有一维单元、二维单元 (平面单元) 、三维单元 (体单元) 。它们的共同特点是通用性强, 比如对于平面单元, 既可以做板单元, 也可以做壳单元。常用来模拟工程中各种结构和材料的单元有:Link1 (二维杆单元) 、Plane2 (平面6节点三角形板单元) 、Beam3 (二维梁单元) 、Shell28 (平面板壳单元) 、Solid65 (混凝土六面体单元) 等。
本文所研究的钢管桁架结构采用Link1单元, 这种单元是ANSYS程序中专门用于模拟二维杆件的, 适用于桁架结构计算。选择命令Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete, 左边单元库列表中选择Link, 右边单元列表中选择2D spar1。
3.2 定义材料属性
ANSYS软件拥有庞大的单元库, 可用来模拟各种常见材料的性能, 而且程序内置的材料强化模型也有许多种 (如等向强化模型BISO, MISO;随动强化模型BKIN, MKIN, KINH;混合强化模型CHABOCHE等) , 应该说ANSYS为用户输入复杂材料的各种材料特性提供了极大的方便, 从而使程序能够真实有效地模拟材料的物理性能、力学性能以及材料实际的工作状态。
选择命令Preprocessor>Material Props>Constant-Isotropic, 弹出对话框, 输入弹性模量、泊松比。
3.3 定义实常数
选择命令Preprocessor>Real Constants, 选择Add定义Link1的实常数。在AREA框中输入 0.5 (横截面积) , 选择OK定义实常数并关闭对话框。
3.4 计算结果分析
计算所得的桁架结构变形图如图4所示, 与实际变形的观测结果一致。同时, 桁架结构X方向、Y方向的节点力如下所示:
将上述有限元计算结果与理论计算结果对比, 可以看出两者完全一致。因此, 可以选用有限元的其他计算结果进行相关的力学性能分析。
由图5和图6可看出, 在石油管道作为集中荷载情况下, 该钢管焊接桁架结构的静力性能具有如下特征:1) 桁架整体向下弯曲, 节点3变形最大, X方向位移为-0.450E-04 m, Y方向位移为-0.359E-03 m, 总位移数值为0.362E-03 m, 其方向为左下方。2) 桁架结构在节点1处, Von-Mises应力取得最大值, 应力集中现象明显, 为保证该结构整体受力性能合理, 应对节点1的设计和施工质量予以关注。
4结语
本文针对石油管道桁架结构的实际情况, 通过合理简化应用大型通用有限元程序ANSYS11.0, 对该结构进行了有限元建模, 模拟了静力荷载作用下桁架结构的受力性能, 并对理论计算和数值模拟结果进行了比较, 分析了杆件的相关静力力学性能。因此, 在工程实践中, 通过对实际结构的正确受力分析和计算简图的合理简化, 我们可以采用大型通用有限元计算软件ANSYS, 快速而准确的获得计算结果, 为设计和施工提供准确的力学资料。
参考文献
[1]夏志皋, 江理平, 唐寿高.弹性力学及其数值解法[M].北京:人民教育出版社, 1983:162-191.
[2]朱伯芳.有限单元法原理与应用[M].第2版.北京:中国水利水电出版社, 1998.
[3]崔俊芝, 梁俊.现代有限元软件方法[M].北京:国防工业出版社, 1995.
[4]王勖成, 邵敏.有限单元法基本原理和数值方法[M].北京:清华大学出版社, 1997.
[5]龚曙光.ANSYS基础应用及范例解析[M].北京:机械工业出版社, 2003.
[6]易日.使用ANSYS6.1进行结构力学分析[M].北京:北京大学出版社, 2002.
[7]叶先磊, 史亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[8]洪庆章, 刘清吉, 郭嘉源.ANSYS教学范例[M].北京:中国铁道出版社, 2002.
桁架结构 篇11
关键词：钢桁架组合;超高超长悬挑吊挂挂结构;施工技术
一、工程概况
美丽之冠珠海横琴梧桐树大厦项目，位于珠海市横琴岛国家级开发区。
工程外造型为梧桐树形状。项目总建筑面积173459㎡，建筑总高度188.8米。地下4层地上40层，地上建筑面积为104493㎡，主要功能为商业、办公楼、七星级酒店，主体结构型式为框剪-悬挑桁架结构，标准层高为4.4m。
二、超高悬挑吊掛结构工况
梧桐树大厦结构在14-20层外侧设计了悬挑长度较大的悬挑结构，在外侧立面形成了多层次大悬挑的砼体系。14-20层设有新型高空悬吊结构，最大悬挑长度为13.2m。
14层～18层悬挑结构为吊挂结构，在14-18层中间设置支承斜柱，截面为0.9m×0.9m。吊挂结构的吊柱为钢骨混凝土柱，截面为0.9m×0.6m，19层、20层悬挑结构为常规结构，柱截面为0.9m×0.6m;悬挑结构板厚0.12m，梁截面为0.6m×0.7m、0.4m×0.7m。
三、悬挑结构施工难点
（1）本项目外侧的悬挑结构为多层次大悬挑混凝土结构，16层悬挑结构楼面标高为74，属于危险性较大的高空支模。
（2）14-20层悬挑结构的最大悬挑长度为13.2m，属于高空超大悬挑结构支模。
（3）多层次大悬挑结构的每个分段均包含了多层结构，模板支架设计需满足多层结构施工的要求，且具有足够的安全度。
（4）外侧悬挑结构的受力体系为吊挂结构，制定悬挑结构模板支撑方案时需考虑到结构受力体系的特殊性，采取顺序施工留设受力体系转换接口或采用逆序施工方法，确保吊挂结构主受力体系的成型。
四、悬挑区域梁板高支模的总体方案
4.1 模板支撑体系设计思路
（1）针对本项目的多层次大悬挑钢筋混凝土结构，若采用从地下室顶板上搭设满堂支撑架的支撑体系，不仅需要大量的模板支撑架，还需对地下室顶板进行复核验算，如不满足则需加固，经济性差。另由于架体高度超高，即使设置连墙件、剪刀撑等构造措施，其在顶部荷载作用下仍易发生整体失稳，支撑体系受力性能差。
（2）基于上述考虑，综合比较分析采用多层次高空吊拉型钢桁架支承平台的支模方案，既能减小支撑体系的搭设高度，又能满足大悬挑的施工要求。
（2）14-20层的高空吊拉型钢平台方案：在12-13层间设置悬挑长度为13.8m的型钢支承平台。主承力桁架采用矩形双拼钢桁架，锚固于内侧混凝土柱上，桁架高度为3.35m，弦杆根部均采用0.6m×0.6m的埋件。主承力钢桁架间设置联系桁架，外侧设置矩形悬挑桁架。同时，在14层和15层设置吊拉钢索，对型钢桁架平台进行二次吊拉，吊拉索采用1860级2-5Ф15.24钢绞线。
（5）高空吊拉型钢平台在其锚固和吊拉点的混凝土强度均应达到100%的设计强度后安装，但应在施工至相应楼层时，根据钢桁架预埋件位置、吊拉索波纹管留孔位置进行预埋施工。
（6）设计图纸要求进行受力转换及逆作法施工，故 14-18层范围的悬挑结构采用两阶段施工方法。即第一阶段：施工斜柱的楼层面;第二阶段：采用逆作法施工斜柱外侧的吊挂结构。
4.2支撑体系施工方案及施工步骤
（1）待主体结构封顶，即内侧结构主体完成后，进行14-20层悬挑结构施工。
（2）根据设计的高空吊拉型钢平台，进行钢桁架的制作。
（3）当12～15层混凝土强度达到设计强度后，开始进行12-13层间主承力钢桁架的吊装，然后进行连系钢桁架、连系钢梁和阳台下悬挑桁架吊装。
（4）根据吊拉钢绞线钢筋的设计位置进行无粘结筋的穿束。
（5）待型钢平台安装完毕且对关键节点进行验收后，根据设计张拉力对预应力筋进行张拉。
（6）预应力张拉完成后，根据模板支架布置图，进行模板支架的安装。
（7）14-20层的总体施工顺序：
①14层斜柱、15层斜柱内侧楼层施工;
②15层斜柱、16层斜柱内侧楼层施工;
③待16层楼面混凝土强度满足设计要求后，施工16层斜柱，17层斜柱内侧楼层。
④17层斜柱，18层悬挑结构施工。
⑤待18层混凝土强度满足设计要求后，施工第19层楼面悬挑结构;
⑥待18层吊挂结构和悬挑阳台板的混凝土强度满足受力要求后，落架至17层楼面，施工17层斜柱外侧吊挂结构;
⑦待17层吊挂结构和悬挑阳台板的混凝土强度满足受力要求后，落架至16层楼面，施工16层斜柱外侧吊挂结构;
⑧待16层吊挂结构和悬挑阳台板的混凝土强度满足受力要求后，落架至15层楼面，施工15层斜柱外侧吊挂结构;
⑨待15层吊挂结构和悬挑阳台板的混凝土强度满足受力要求后，落架至14层楼面，施工14层斜柱外侧吊挂结构;
⑩施工20层楼面结构可在17层楼面施工时同步进行。
（8）全部完成且强度达到设计要求后方可拆除12-13层间高空吊拉型钢平台。
五、施工技术措施
1）编制的专项施工方案充分考虑现场所有的材料资源，易于操作。方案经专家论证合格。
2）严格执行所编制的专项方案。
3）桁架施工前对施工员及班组进行细部交底，施工过程中，技术员到现场进行指导施工。
4）预应力筋应根据实测下料，安装时由其他设备辅助施工，确保其张拉力。
5）为确保支撑架的整体稳定性，桁架平台上钢管必须设置纵横向剪刀撑，且与结构贯通连接并在扫地杆处增设水平剪刀撑以增加整体刚度稳定;
6）进行过程控制，检查扣件的拧力是否满足要求，所设置的水平、竖向剪刀撑是否符合方案设计要求。
7）钢桁架采用塔吊吊装，须有缆风绳拉结;
8）桁架安装完成满铺脚手板后，在其下拉增设一层小孔密眼安全兜网，有利于减少高支模人员的作业恐惧感。支模系统搭设、拆除和混凝土浇筑期间，无关人员不得进入支模区域，并设专人现场监护;
9）严格控制拆模时间，砼强度达到设计要求的100%后方可申请拆模。
结语：
不同形式交错桁架结构性能的比选 篇12
交错桁架结构体系是美国麻省理工学院于20世纪60年代中期开发的一种结构体系, 它主要适用于住宅、旅馆、办公楼等平面为矩形或者由矩形组成的高层钢结构房屋[1]。与其他钢结构相比, 其整体施工周期短, 柱子数量少, 结构自重轻, 空间布置灵活, 基础成本低, 竞争力强, 是一种新型的钢结构。常见的交错桁架有三种形式:帕式桁架、华伦式桁架、混合型桁架 (见图1) 。尽管国内此结构在实际工程中的应用尚属空白, 但有不少学者已经开始研究这种结构体系。到目前为止, 很少有人专门系统地分析比较三种交错桁架结构在横向静荷载作用下的各种性能特征。所以本文在国内外已有研究的基础上, 主要从顶点位移、部分杆件最大挠度、立柱弯矩、轴力等方面分析比较不同形式的交错桁架性能。给设计人员在选择交错桁架类型的时候提供一些建议。
1 算例设计
本文分析的是一个15层交错桁架结构的例子。该楼层所用材料及杆件截面尺寸如下:楼板厚度200 mm C20混凝土, 楼板为刚性楼板[2], 柱子HW400×400×13×21, 桁架横向弦杆HN400×200×8×13, 腹杆SSP140×8, 纵向框架梁HW400×400×13×21, 桁架杆件材料均为Q345钢。该楼总高度45 m, 楼层高3 000 mm, 开间3 600 mm, 桁架跨度10 500 mm。假定三种交错桁架中:纵梁与柱刚接, 弦杆与柱刚接, 腹杆与弦杆铰接。
为了制作方便, 应使腹杆的倾角保持在45°~60°[3]。所以本文例子中, 混合型交错桁架和华伦式交错桁架腹杆间距均为2 100 mm, 在帕式交错桁架中, 腹杆间距为1 750 mm, 在顶层的3个节点处施加沿Y方向的2 000 k N集中力。
2 比较分析
2.1 整体变形
在横向力作用下, 取桁架的中间榀, 其整体变形如图2所示。
a.华伦式交错桁架b.帕式交错桁架c.混合型交错桁架
在横向静荷载作用下, 静力先通过楼板传到相邻柱列的桁架, 再通过下层楼板传递到再下一层的桁架, 直至底部基础。结构的整体变形分为弯曲型和剪切型。由图2可知, 从整体上看, 华伦式交错桁架结构的变形属于剪切型, 帕式交错桁架结构和混合型交错桁架结构的变形近似于弯曲型。
2.2 顶点处的位移 (Y方向)
顶点处的位移 (Y方向) 见表1。不考虑层间位移角限值, 单从表1中的数据来看, 混合型交错桁架顶点位移明显小于华伦式和帕式交错桁架顶点位移, 即在相同环境条件下, 混合型交错桁架优于另外两种交错桁架结构形式。
2.3 单根单元杆 (弦杆) 的最大挠度
考虑单元杆最大挠度时, 本文只讨论中间榀桁架弦杆的最大挠度。在同样的外在环境下, 华伦式交错桁架弦杆的最大挠度在3.53~5.66 mm之间, 且2层的上弦杆的最大挠度为5.66 mm, 位置在相对于杆、柱节点2 520 mm处;帕式交错桁架弦杆的最大挠度相对比较小, 除了2层下弦杆最大挠度8.01 mm, 4层下弦杆最大挠度6.19 mm, 6层下弦杆最大挠度4.52 mm (位置均在相对于杆、柱节点1 750mm处) 外, 其余弦杆最大挠度均不超过3.00mm, 且14层上弦杆最大挠度仅0.88 mm;混合型交错桁架弦杆的挠度相对来说很集中, 在6.17~6.88 mm之间, 且14层下弦杆的最大挠度为6.88 mm, 位置在相对于杆、柱节点6 720mm处。
同样不考虑允许挠度值, 单从这些挠度数据来看, 华伦式交错桁架结构最大挠度值比混合型值小, 范围跨度比帕式小;帕式交错桁架结构最大挠度值零散, 范围跨度大;混合型交错桁架结构最大挠度值相对比较大, 但很集中, 范围跨度小。而且华伦式交错桁架结构材料最省, 从经济等方面考虑, 华伦式交错桁架结构明显优于另外两种桁架结构。但是从挠度控制角度来说, 混合型交错桁架优于其余两种交错桁架结构形式。
2.4 立柱柱端弯矩
本文仅考虑中间榀桁架的柱端弯矩。在相同的外在环境下, 华伦式交错桁架柱端最大正弯矩为814.7 k N·m (在第4层) , 最大负弯矩为-794.5 k N·m (在第14层) ;帕式交错桁架柱端最大正弯矩为46.2 k N·m (在第2层) , 最大负弯矩为-65.0 k N·m (在第2层) ;混合型交错桁架柱端最大正弯矩为211.5 k N·m (在第2层) , 最大负弯矩为-148.2k N·m (在第4层) 。
从所得数据来看, 华伦式交错桁架的柱端弯矩相对其余两者来说值比较大, 且除了最大弯矩值, 其余的弯矩值绝对值基本都超过400 k N·m;帕式交错桁架的柱端弯矩相对来说比较小, 除最大弯矩值外, 其余的弯矩值绝对值都不超过60 k N·m;混合型交错桁架的柱端弯矩值大小似乎处于华伦式和帕式交错桁架的柱端弯矩值之间, 除最大弯矩值外, 其余的弯矩值绝对值基本不不超过200 k N·m, 从这个角度看, 帕式交错桁架优于华伦式和混合型交错桁架。事实上, 混合型交错桁架的有些楼层柱端弯矩比帕式交错桁架的柱端弯矩还小, 而且混合型交错桁架比华伦式交错桁架节点少, 材料也比华伦式交错桁架材料节省, 综合来看, 混合型交错桁架优于华伦式和帕式交错桁架。
帕式交错桁架结构和混合型交错桁架结构的弯矩远远小于华伦式交错桁架结构的弯矩, 这也说明采用混合型或帕式结构时, 柱子不再需要按照以承受弯矩为主的构件来设计[4]。
2.5 立柱轴力
考虑中间榀立柱在水平荷载作用下的轴力。在相同的外在环境下:华伦式交错桁架柱轴力受拉最大值7 239 k N, 受压最大值-10 024 k N;帕式交错桁架柱轴力受拉最大值7 784 k N, 受压最大值-10 194 k N;混合型交错桁架柱轴力受拉最大值7 482 k N, 受压最大值-10 450 k N。
从结果来看, 数据相差不大, 比较轴力的意义不是很大, 所以要结合弯矩考虑其偏心距, 这里只考虑底层受拉一侧的轴力、弯矩和偏心距, 如表2所示。
从表2中可以看出, 当外界环境相同的情况下, 华伦式交错桁架结构的偏心距最大, 帕式交错桁架结构的偏心距最小, 混合型交错桁架结构的偏心距处于二者之间。即帕式交错桁架结构优于其余两种结构, 但比起华伦式交错桁架结构的偏心距, 混合型交错桁架结构的偏心距与帕式交错桁架结构偏心距相差并不是很大, 而且混合型交错桁架比华伦式交错桁架节点少, 材料也比华伦式交错桁架材料节省。
2.6 剪力
不同类型交错桁架中间榀的剪力见表3。对比表2和表3, 不难看出, 三种交错桁架结构的最大剪力值与其最大轴力值相比, 完全可忽略不计。所以不进行剪力分析。
3 结论
本文采用SAP2000结构设计软件, 对三种交错桁架结构在水平荷载作用下, 进行了顶点位移、挠度、弯矩、轴力和偏心距分析, 得出结论:整个结构体系以受轴力为主, 而边柱的弯矩和剪力很小, 几乎可以忽略不计[5], 即弦杆与柱可按铰接设计;综合考虑后, 混合型交错桁架结构优于华伦式交错桁架结构和帕式交错桁架结构。在外界环境允许的情况下, 应优先选择混合型交错桁架结构, 其次考虑帕式交错桁架结构, 华伦式交错桁架结构一般不考虑。
参考文献
[1]莫涛, 周绪红, 刘永健, 等.交错桁架结构体系的受力性能分析[J].建筑结构学报, 2000, 21 (6) :49-54.
[2]周诗强, 许红胜.交错桁架结构分析中楼板模型的比选[J].长沙理工大学学报, 2011, 24 (4) :54-58.
[3]闫月梅, 刘文, 郭秉山.交错桁架中弦杆与腹杆连接节点板的设计与验算[J].钢结构, 2009, 24 (1) :47-49.
[4]卢林枫, 顾强, 苏明周, 申林, 等.钢结构错列桁架节点构造与设计要点[J].工业建筑, 2005, 42 (7) :83-85.