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            管桁架結構設計要點有哪些?

            發布時間:2020-11-07 瀏覽次數:16
            管桁架結構的受力特點

            管桁架,是指用圓桿件在端部相互連接而組成的格構式結構。與傳統的開口截面(H型鋼和I字鋼)鋼桁架相比,管桁架結構截面材料繞中和軸較均勻分布,使截面同時具有良好的抗壓和抗彎扭承載能力及較大剛度。這種鋼構不用節點板,構造簡單,制作安裝方便、結構穩定性好、屋蓋剛度大。
            空間三角形鋼管桁架在受到豎向均布荷載作用的時候,表現出腹桿抗剪、弦桿抗彎的受力機理。弦桿軸力的主要影響因素是截面的高度,而豎面斜腹桿軸力的主要影響因素是豎面腹桿與豎直線的傾角。水平腹桿在豎向荷載作用下的受力較小,但是如果受到明顯的扭矩作用的話,必須考慮適當加大其截面尺寸。
            靜力計算。管桁架結構應經過位移、內力計算后進行桿件截面設計,如桿件截面需要調整應重新進行設計,使其滿足設計要求。設計后,桿件不宜替換,如因備料困難等原因必須進行桿件替換時,應根據截面及剛度等效的原則進行,被替換的桿件應不是結構的主要受力桿件且數量不宜過多(通常不超過全部桿件的5%),否則應重新校核。分析管桁架結構因溫度變化而產生的內力,可將溫差引起的桿件固端反力作為等效荷載反向作用在桿件兩端節點上,然后按有限元法分析。
            抗震計算。在單維地震作用下,進行多遇地震作用下的效應計算時,可采用振興分解反應譜法,對于體形復雜或重要的大跨度結構應采用時程分析進行補充計算。采用時程分析法時,應按建筑場地類別和設計地震分組選用不少于兩組的實際強震記錄和一組人工模擬的加速度時程曲線,其平均地震影響系數曲線應與振形分解反應譜法所采用的地震影響系數曲線在統計意義上相符。加速度曲線峰值應根據與抗震設防烈度相應的多遇地震的加速度時程曲線大值進行調整,并應選擇足夠長的地震動持續時間。
            當采用振形分解反應譜法進行管桁架結構地震作用分析時,建議至少取前25~30個振形,對體形特別復雜或重要的需要取更多振形進行效應組合。在抗震分析時,應考慮支承體系對其受力的影響。此時可將桁架結構與支承體系同時考慮,按整體分析模型進行計算;也可把支承體系簡化為管桁架結構的彈性支座,按彈性支承模型進行計算。在進行結構地震作用效應分析時,對于周邊落地的管桁架結構,阻尼比可取0.02,對有混凝土結構支承的管桁架結構,阻尼比取0.03。對于體形復雜或較大跨度的管桁架結構,宜進行多維地震作用下的效應分析。進行多維地震效應計算時,可采用多維隨機振動分析方法、多維反應譜法或時程分析法。
            計算軟件。目前,能對桁架結構進行前處理分析驗算,后處理節點設計出圖的有STS、STCAD、MST2006、3D3S。STS桁架模塊能方便建立平面桁架模型,但不能建立空間桁架模型。STCAD的建模以及模型編輯功能都比較強,但是操作上比較不便,截面定義、分組繁瑣,其后處理節點設計的參數比較豐富。MST2006的桁架模型基本上套用網架模型的驗算功能。3D3S可方便輸入單元、節點、局部單元荷載,各種工況荷載都可以通過導荷載的方式由面荷載轉化為節點荷載,風荷載可自動考慮風壓高度變化系數、風振系數。工程中常使用計算軟件為3D3S。
            桁架截面尺寸變化對其內力的影響
            對于空間三角形鋼管桁架而言,當確定了截面高度、上弦寬度以及節間長度后可確定一種截面形狀。隨著上弦寬度的變化,弦桿的內力基本上保持不變,但是腹桿和跨中撓度都有顯著的變化。上弦寬度的增加,造成豎面腹桿的傾角相應增加,豎面腹桿的軸力在持續增加,傳遞到水平面上垂直腹桿的力也在增加。
            同時,豎面腹桿軸力的增加也造成了桿件剪切變形的增加,反映到結構即是結構跨中撓度的增加。在截面彎矩不變的情況下,上下弦桿的內力也僅僅是當截面高度有變化的時候,才會發生較大幅度的變化,跟其它的截面參數沒有關系。同時隨著截面高度的增加,由于傾角的減少,腹桿的軸力表現持續的減少,而由于彎曲變形和剪切變形的減少,跨中的撓度也逐漸變小。
            截面高度是影響構件選擇尤其是弦桿選擇的一個非常重要的因素,其對結構剛度的影響遠大于其它因素。節間長度的大小會直接導致腹桿夾角的改變。改變節間長度以后,弦桿的內力略有變化,同時腹桿的軸力有了相應的變化。
            隨著節間長度的增加,豎面腹桿的傾角相應增加,所以豎面腹桿的軸力在持續加大,傳遞到水平面上垂直腹桿的力也在增加??缰袚隙入S著節間長度的增加呈減少的趨勢,后趨于穩定。從中可以看出,如果腹桿布置過密,對結構的剛度沒有起到積極的作用,反而加大了跨中撓度。節間長度也并非是越大越好,為了腹桿與弦桿的連接的可靠,一般的傾角控制在35°~55°之間。
            管桁架結構因具有造型美觀、制作安裝方便、結構穩定性好、屋蓋剛度大、經濟效果好等特點,已廣泛應用于公共建筑中。在設計過程中,必須把握管桁架的受力特點,才能設計出安全可靠、經濟美觀的管桁架項目。


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            一、網架支座節點傳遞的支承反力的情況,可將支座節點和拉力支座節點,壓力支座節點分:平板壓力支座節點、單面弧形壓力支座、雙面弧形壓力支座、球鉸壓力支座節點和橡膠支座節點。拉力支座節點:平板拉力支座節點和單面弧形拉力支座節點。二、網架的安裝方法隨拼裝方法和安裝機具的選用不同,主要有高空散裝法、分條或分塊安裝法、高空滑移法、整體吊裝法、整體提升法和整體頂升法等。三、為使頂壓力均勻,支座底板不宜太薄,其厚度一般不小于16—20mm。四、網架封板和錐頭主要起連接鋼管和螺栓的作用,承受桿件傳來的拉力和壓力。當桿件管徑大于或等于76mm時,宜采用錐頭連接;當桿件管徑小于76mm時,可采用封板連接。五、網殼的分類通常有按層數劃分、按高斯曲率劃分和按曲面外形劃分等三種分類方法。六、底板寬度不宜小于200mm,底板長度可與寬度相同或稍長。支座底板的厚度t應滿足底板在支承力作用下的抗彎要求,即按下式計算:t≥f——鋼材的抗彎強度設計值;Mb——支座底板彎矩計算值。七、球面網殼分為單層和雙層。單層球面網殼分為肋環型球面網殼、施威德肋型球面網殼、聯方型球面網殼、凱威特型球面網殼、三向格子型球面網殼和短程線型球面網殼。八、根據用振型分解反應普法對一些網架結構分析表明,在設防烈度為6度或7度的地區,在豎向地震作用下,網架的地震內力和位移均不顯著,因此,可不進行豎向抗震驗算。而在抗震設防烈度為8度或9度的地區,網架結構則應進行豎向抗震驗算及水平驗算。九、焊接球網架的主要部件有桿件和空心球。桿件的加工工藝:采購鋼管—下料—坡口加工。十、按層數劃分,網殼結構主要有三種,即單層網殼、雙層網殼和三層網殼;按高斯曲率劃分為零高斯曲率的網殼、正高斯曲率的網殼和負高斯曲率的網殼;按曲面外形劃分為柱面網殼、球面網殼、雙面拋物面網殼和復雜曲面網殼。十一、網架當桿件受拉時,其傳力路線為拉力——鋼管——錐頭或封板——螺栓——鋼球;這時套筒不受力。當桿件受壓時,其傳力路線為壓板——鋼板——錐頭或封板——套筒——鋼球。這時螺栓不受力,壓力由零件之間接觸面來傳遞。十二、網殼的厚度:雙層柱面網殼的厚度可取跨度的1/50—1/20;雙層球面網殼的厚度一般可取跨度的1/60—1/30。網殼結構的大撓度值不應超過短向跨度的1/400。 管桁架 門式鋼架 管桁架 管桁架 門式鋼架 鋼結構框架 鋼結構框架 門式鋼架 網架 鋼結構框架
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