管桁架结构范文

管桁架结构范文（精选11篇）

管桁架结构 第1篇

关键词：大跨度建筑,管桁架,优势

1 工程进展及建设情况

某影院建筑结构为地上3层, 地下两层, 不含夹层, 整体的檐高高度为36.45m, 建筑主要采用了多层混凝土框架, 屋架的结构为11m双向正交鱼腹式空间管桁架体系。建筑所采用的共有6种大跨度建筑管桁架的施工形式。屋面桁架共有18个支座。

2 施工过程中的技术性的难题以及方案的确定

2.1 施工过程中的技术性的难题

由于总体的建筑结构较为复杂, 采用了一系列的衔接的技术和施工手段, 所以, 从整体的评估来看, 该项施工建筑的难度系数较大且技术性要求较高, 在施工的过程中不可避免的出现一些技术性的难题。

第一, 影院结构较为复杂, 且施工量较大, 内部设备要求较高。整体的建筑共计5层, 对于管桁架结构的跨度要求和精确度要求较高, 相较于其他的建筑而言, 该影院的施工难度较大。为防止过多的人为破坏和避免在施工过程中所造成的不必要的损坏, 大型吊机在内部的使用便被排除在外。与此同时, 为了在保证质量的同时能够尽量的缩短施工建筑的时间, 保证整个施工过程中建筑与人员的安全, 决定采用高空累积滑移的方法进行具体的、全面的安装。

第二, 屋架的结构为11m双向正交鱼腹式空间管桁架体系, 在施工的过程中一定要考虑双向受力等因素, 掌握好空间受力和地面受力的关系, 这就要求在施工之前做好准确的测量, 不仅要求每一个建筑的部分都要尽善尽美, 同时还一定要保证整个建筑的完整整形, 也就是说, 要使地上受力和空间受力完美的结合在一起, 达到建筑施工的标准。

第三, 在安装滑移的过程中, 应当注意的是, 所承受物体及滑移的承重范围上下浮动较大, 同时在没有正式形成双向受力之前, 整个的施工过程只能暂时采用单项受力的体系, 这杜宇华裔来说负荷较大, 所以, 在施工的过程中一定要注意滑移整体的稳定性, 在使用和安装的过程中注意加强滑移轨道的稳定性。

2.2 设计施工方案

该影院建筑技术要求比较大, 屋架的结构为11m双向正交鱼腹式空间管桁架体系, 施工过程较为复杂, 且在施工的过程中受力较大, 承受的重力波动较为明显, 同时为了尽量缩短施工时间, 降低建筑成本, 获得更大的收益, 结合施工环境。施工技术、施工技术等众多因素, 应当首先采用高空三滑道的建筑施工方案, 最重要的是, 在使用的过程中要求滑移的位置为从南向北进行滑移。

3 施工技术

3.1 大跨度建筑管桁架结构以及支撑体系的建立

众所周知, 网架结构是大跨度建筑管桁架结构发展的基础, 换句话说, 管桁架是网架结构在技术领域的发展和延伸。但是, 大跨度建筑管桁架结构除了保留了很多网状结构的特点之外还形成了很多自身的优势和特点。如与传统的网状结构相比, 大跨度建筑管桁架结构减少了一定的用钢量。作为空间体系的典型代表, 受力面积, 受力点, 受力限度以及整体的结构是网状结构所必须考虑的。因而网状结构钢架较为复杂。与网架结构相比, 大跨度建筑管桁架结构省去了下弦纵向杆件和网架的节球点, 这使得大跨度建筑钢架结构较架结构节省了用钢量, 间接地节约了经济成本。

从力学的角度来看, 运用高空三滑道的建筑施工方案, 在使用的过程中, 滑移在不同的阶段所受到的蛎的大小也在不停的变化, 且变化的幅度范围比较大。为了确保整个建筑施工的完整性和连续性, 建立一个相对完善的支撑体系是十分必要的。并且这一支撑体系应当经过准确的计算和周密的设计, 能够承受任何物体在是够过程中合理的重量变动, 在每个15m的位置设立一个柘城店可以很好的解决在职工过程中的问题, 加强物体在高空移动过程中的稳定性。

3.2 滑移技术在高空中的使用

通过对当地环境条件的进一步的考察以及尽量缩短工期, 降低建筑成本, 更重要的是保证整个施工的安全性和物体在移动过程中的稳定性, 我们在施工方案的指定中就提出采用高空三滑道的建筑施工方案, 这样这个的施工体系就变成了单项的受力体系, 不在是以往的双向的受力体系, 对于管桁架的支撑范围也变成了左、中、右的三点支撑。但是这样的施工方案也会出现一定的问题, 在施工的过程中, 我们不难发现的是中部的支撑点出现了不稳定的现象, 如何解决这一问题又成为了在建筑施工过程中的又一技术性的难题。这就需要在设计的过程中对于相应的腹杆部位近景加强稳固的设计, 使用多个高度不等的滑轮托座对支撑管桁架进行进一步的支撑, 并且使用拉杆, 特别是在滑移方向位置, 对于中部的支撑点进行进一步的支撑。

3.3 管桁架的卸载技术

管桁架的建设和施工技术以这一来都是手工建筑中的重要过程和关注部分, 但是, 绝不能因为对于施工过程中的过分关注而忽略了更桁架的卸载部分, 管桁架的卸载技术一直以来都是人们关注和讨论的焦点问题。对于卸载工程的实施应当分区、分步骤的进行, 并且在卸载之前制定一个细致的、完整的卸载方案, 卸载的具体步骤应当是中部先卸载50mm, 随后边滑道卸载50mm, 在两个步骤都完成之后将整体卸载下来。

4 结语

建筑技术的进一步的发展, 以及我国经济迅速发展的需要, 大跨度建筑管桁架结构在众多的建筑领域得到了更加广泛的使用。管桁架的使用可以说减少了很多经济成本, 与网架结构相比, 大跨度建筑管桁架结构减少了一定的用钢量, 这在一定程度上简介减少了施工的成本, 但是, 大跨度建筑管桁架结构在施工过程中对技术的要求较高, 如何解决这一系列的技术性难题成为了我们应当思考的问题。在类似于影院、大型足球场等结构较为复杂、施工范围较大的建筑工程, 为了在保证质量的同时能够尽量的缩短施工建筑的时间, 保证整个施工过程中建筑与人员的安全, 应当采用高空累积滑移的方法进行具体的、全面的安装。

参考文献

[1]王丹宁.西宁站站房大跨拱型桁架高空滑移技术研究[J].铁道标准设计, 2015 (5) :146-149.

[2]王卓, 李海旺, 王鼎.减震与隔震集成技术在钢管拱桁架体系中的应用[J].工业建筑, 2015 (1) :50-55.

桁架结构有哪些部分组成？ 第2篇

桁架结构有哪些部分组成?

桁架结构是由直杆在端部相互连接而成的以抗弯为主的格构式结构，(桁架是由直线形杆件组成三角形区格集合形成的一种平面结构单元。桁架多应用于受弯构件，在外荷载的作用下，简支桁架所产生的弯矩图和剪力图都与简支梁式的情况相似，

但桁架结构具有与简支梁完全不同的受力性能。 简支梁在竖向均布荷载作用下，沿梁轴线的弯矩和剪力的分布和截面内的正应力和剪应力的分布都极不均匀。 桁架的上弦受压、下弦受拉，由此形成力偶来平衡外荷载所产生的弯矩。外荷载所产生的剪力则是由斜腹杆轴力中的竖向分量来平衡。 桁架各杆件单元(上弦杆、下弦杆、斜腹杆、竖杆)均为轴向受拉或轴向受压构件，使材料的强度可以得到充分的发挥。 如今，桁架结构已经有多种多样的形式，不局限于屋架，在一些大跨度结构、高层建筑、桥梁中都有非常广泛的应用。

管桁架结构 第3篇

【关键词】建筑结构设计；拱桁架结构；设计优化；方法

从性质上而言，拱桁架属于钢结构形式的一种，在现代建筑结构设计中得到了广泛的应用。拱桁架结构的最大特点是能满足大跨度屋盖结构设计需求，同时降低屋盖造价成本，因此受到了建筑结构设计行业的高度重视。结合拱桁架结构应用现状，笔者现对拱桁架结构设计优化方案作详细论述。

一、拱桁架结构的概述

1、拱桁架的特点

随着建筑事业的不断发展，建筑结构设计水平也变得越来越高，多种不同形式结构层出不穷，为建筑造型百变，建筑功能完善做出了巨大贡献。拱桁架结构作为一种常见钢结构，现已在大跨度建筑屋盖体系中得到广泛应用。

就我国当前的拱桁架结构发展状况来看，建筑结构设计中常见的拱桁架形式主要分为三种，即不拉索和杆结构、拉索结构以及拉杆结构。这三种拱桁架结构按照支座类型划分，原理在于，结构中拱所承受的荷载由曲杆承受，同时曲杆在承受荷载的同时将部分荷载传递到结构支座上，由支座来承受结构的整体受力。即是说，拱桁架结构支座负责承受结构所受的所有外力，包括结构竖向压力以及拱结构的水平推力。为此，在拱桁架结构设计中，支座处理是关键，设计时务必要做好支座受力设计方案的优化。

2、拱桁架支座设计

拱桁架支座抗衡、化解拱结构传递过来的水平推力方法主要有两种，一是将结构支撑，二是拉杆承受。前者是指利用支座结构来承受水平推力，后者则要求在拱桁架下方增设一个下弦单拉杆，利用拉杆来化解推力。

如设计中采用第一种方法，利用结构支座来支撑水平推力，会大大增加结构负荷，设计时为了防止结构坍塌，必须对结构构件质量提出高要求，这便很容易造成材料浪费，增加工程造价成本；如果采用第二种方法，在拱桁架下方设置下弦单拉杆，利用单拉杆化解水平推力，可大大减少支座受力，因此无需过分提高结构构件质量要求，所消耗的施工材料也比较少，工程造价自然会降低。所以一般情况下，拱桁架结构设计多采用拉杆增设方式，我们在探讨拱桁架结果设计优化方案时，可将拉杆设计作为突破口，合理优化拱桁架拉杆设计方案。

二、拱桁架结构设计优化

1、工程概况

在某地区的一个生态园区的发展建设中，为了满足生产的需要，要在园区内建造一个钢屋盖结构的大空间、大跨度建筑。在对工程进行设计的过程中，设计人员将屋盖结构的主体设计为采用钢管立体桁架的结构，其跨度为60m，柱距为8.1m，设计基准期为50年，设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，结构重要性系数r0=1.0。

2、工程结构设计方案

本工程施工前期，应开发商要求，设计单位将工程的建筑结构风格定义在简单、大方之上，设计时尽量满足大空间建筑需求，既保证了建筑结构的实用性，又保证了建筑结构的美观性。实际设计时，设计人员采用大跨度空间网架结构作建筑结构设计方式，同时将网架结构形式确定为拱桁架，最终确定出了大跨度空间拱桁架结构设计方案。

为了满足建筑结构受力需求，设计人员在该套设计方案中融入了拱桁架拉杆结构，目的在于利用拉杆结构来分散拱桁架支座受力，减轻支座受到的拱结构水平推力，达到节省施工材料，降低工程造价成本要求。

3、工程结构设计方案的比较

在确定拱桁架结构设计方案之前，设计人员探讨出了几种各具优缺点的结构设计方法，并利用模型设计方式对几种设计方案的设计参数作了仔细比较，结合设计参数分析了几种结构各自的受力特点，详细方法如下：

3.1模型设计及参数计算

对拱桁架结构模型进行计算分析，得知拱桁架结构属性为平面结构，因此本工程在分析拱桁架模型设计时，只选用一榀拱桁架作设计模型。该结构设计模型中，拱桁架结构的总跨度为60米，结构高7.5米，横截面形状为倒三角形。该结构在设计施工时选用了型号为Q235B，弹性模量E=2.06E11N/㎡，屈服極限σs=235E6N/㎡的钢材料。拱桁架支座处理采用刚接和铰支方式。分析计算拱桁架结构模型时，设计者引进了ANSYS程序，计算得出相应的设计参数。

3.2单榀拱桁架的受力分析

对于单榀拱桁架结构的受力特点进行分析时，设计人员采用了结构静力分析法对各自结构受力情况作了探讨，并最终得出选用拉杆作为支座之间的连接方式是最具有经济价值和实用价值的，且比起其他方案，这种设计方式所具有的抗震性、经济性也更好，更能优化拱桁架结构受力。具体的方案设计方法和受力分析分别如下所示：

（1）Ⅰ方案拱桁架支座为两端铰支，其最大位移出现在跨中，值为54.2mm，下弦杆的内力最大，值为101MPa。

（2）Ⅱ方案中，考虑了索的预应力，通过调整张弦桁架中索的初始应变的方式施加预应力，对结构初始形态预起拱，按规定，几乎所有结构刚度不足工程均不需要对结构在荷载下产生的弹性位移进行控制，而通过结构的初始几何形态的预起拱实现结构正常使用的变形性能安全设计目标。但此时，结构的绝对位移值超过250mm，如此大变形对屋面围护次结构、屋面防水连接构造的正常使用的安全性能将产生严重不利影响。

（3）Ⅲ方案中，将拉索换为拉杆，其最大位移出现在跨中，值为87.8mm，下弦杆的内力最大，值为91.8MPa。

3.3方案分析

分析比较上述三种不同设计方案的优缺点之后，得出以下几点相关结论：Ⅰ方案的用钢量和支座反力最大，而这恰恰与甲方要求用钢量低、对下部结构负荷小的要求相违背；Ⅱ方案在索施加预应力的作用下，用钢量最省，如对索施加预应力来达到控制结构挠度的要求，则所施加的预应力较大，其索力约为670kN，上弦杆的断面也相应的增大，而且，施工难度比较大；Ⅲ方案的用钢量和支座反力居于Ⅰ方案和Ⅱ方案之间，且施工也不难，挠度也满足规范的要求。由于结构的自振特性是结构动力的基本性质，也是动力分析的基础。对结构进行动力特性分析可见，拉杆方案的基频远大于拉索方案的基频，则说明Ⅲ方案的面内刚度大于Ⅱ方案的面内刚度，抗震性能良好。

三、结束语

综上所述，拱桁架结构目前在建筑结构设计中的应用已经十分常见，尤其是在大跨度空间结构中，其以自身所具备的良好经济性、实用性，受到了建筑设计人士的广泛喜爱。鉴于拱桁架设计重点在支座处理，设计时如果在拱桁架结构下方增设拉杆，利用拉杆来分散支座受力，缓解支座荷载，可在更大程度上提高拱桁架荷载能力，优化结构，降低工程造价成本。由此可见，在拱桁架结构设计中，最佳的设计优化方式是支座处理，只要处理好了支座受力，最终所获得的工程效果势必会更好。

参考文献

[1]唐炯,秦冬祺.大跨度单榀拱桁架的非线性稳定分析[J].科技情报开发与经济,2008(34)

[2]李海旺,任澜涛,杜成云.某煤棚拱桁架结构动力特性及地震响应分析[J].科学之友,2010(03)

工业厂房中空间管桁架结构设计探讨 第4篇

本工程为某市一钢铁大型厂基地的设计工程, 为了满足生产的需要, 需要在原工厂内进行100 m长定尺钢轨生产线技术改造, 新建厂房轨面标高为9 m, 厂房内各设置10 t中级工作制吊车一台, 其上部设置天窗的非轻钢厂房, 施工场地较为狭窄。本工程的设计使用年限为50年, 建筑物重要类别为丙类。建筑结构的安全等级为二级、钢结构的耐火等级及屋面防水等级也为二级, 抗震等级按6级进行设计。

2 结构选型和布置

由于本工程施工场地狭窄, 同时在施工期间不得影响正常的工厂生产, 因此经过考虑, 本工程只能采用空间管桁架结构。本工程所采用的空间管桁架的形式具有较好的稳定性, 抗弯刚度大、外形美观, 易于安装起吊, 结构自重轻, 同时工作性能良好。但是本工程的空间管桁架形式属于单向受力结构, 这种受力形式在平面外的刚度和稳定性较差。在主桁架的支座处设置连接桁架与相邻的主桁架连接在一起, 这种结构的作用类似于普通屋盖结构的纵向支撑。在桁架的跨度内存在上下弦, 本工程在下上弦之间布置3道水平刚性系杆, 同时在桁架之间的合适位置布置轴向支撑, 分别在16轴和10轴处。屋盖支撑体系管材采用的材料为Q235B钢无缝钢管, 主要有两种型号, 分别为1144和763.5, 各种支撑体系与主桁架之间的连接方式为焊接连接。

3 荷载的选取及工况组合

本工程的设计荷载采用标准值, 主要涉及到的荷载有静荷载、活荷载、温度荷载以及风荷载。静荷载标准值中包括1.0 k N/m2的屋面板及玻璃采光顶, 自重0.3 k N/m2的下弦吊挂荷载;活荷载标准值中包括0.7 k N/m2的屋面活荷载标准值, 0.78 k N/m2的雪荷载标准值;风荷载取为0.65 k N/m2的基本风压。

在进行荷载工况的组合时, 应考虑各种荷载的合理搭配取值。本工程所处地区风压系数绝大部分为负值, 因此在进行荷载工况的组合时, 可以考虑对风荷载的分项系数进行适当折减。荷载工况的组合形式有12种, 通过12种基本组合的计算和相互对比, 最终可以确定最不利的荷载工作组合, 并根据最不利的荷载组合情况进行设计。

4 空间管桁架的设计

当进行该结构设计时, 本工程采用的计算分析软件为MST2CAD2005空间网格计算分析软件和ANSYS有限元分析软件, 通过两种不同的分析软件进行对比分析。软件计算中, 钢结构的自重可由软件自动得出。

1) 在进行软件分析建模时, 考虑到了三种不同计算模型的对比, 分别为所有杆件均为梁单元的计算模型、所有杆件均为杆单元的计算模型以及梁单元和杆单元混合使用的计算模型 (上下弦杆件为梁单元, 腹杆为杆单元) 。通过对三种计算模型的对比分析, 可以知道:无论采用梁单元还是杆单元, 计算的结果并没有太大的区别, 这主要是因为空间管桁架在荷载的作用下, 主要的受力形式为轴力, 而弯矩相对而言较小。通过软件计算分析和对比, 本工程最终确定采用的各种杆件的尺寸为:上弦杆为2φ18012, 下弦杆为φ18012, 腹杆为φ1144、φ894、φ763.5。空间桁架结构中采用的钢管均为无缝钢管。钢管杆件的材料为Q235B和Q345B两种, 仅在端部两个网格的上下弦的钢管采用Q345B材料。空间桁架上下弦杆件的截面全长贯通, 而腹杆通过焊接的方式连接上弦杆件和下弦杆件。上下弦杆采用统一的直径, 尽量使接头的数量最少。当杆件的长度不够, 需要进行杆件的连接时, 应采用全熔透等强对接焊缝进行节点的连接。

2) 在传统做法中, 对于节点的连接, 通常是采用焊接或者螺栓球节点的方式, 而本工程对空间管桁架圆钢管的连接采用的是直接相贯焊接的节点连接方法, 这种连接方式可以大大降低钢管结构的自重, 提高其灵活性和美观性。对于整个结构体系承重性能而言, 节点处的承载力起到了决定作用, 因此在进行节点设计时, 应加强重视。根据规范的规定, 在进行空间管桁架中KK、TT、TK等多平面受力情况计算和分析时, 应选取合适的修正系数对节点的承载力进行修正, 通常修正系数取为0.9。本工程中, 通过分析软件的计算可以得出:本空间管桁架结构中, 所有相贯节点的设计均满足要求。

3) 本工程中, 出于美观的考虑, 在保证结构性能的基础上, 采用将桁架上弦和下弦的钢管连接在支座处的方式, 同时将钢管的交点集中到一个焊接球上面, 这种连接方式类似于网架的球铰支座, 可以提高整体的美观效果。一般情况下, 采用节点连接方式为利用原结构弦杆下加十字板或者钢管小短柱支座, 而本工程中所采用的球铰节点的方式具有构造简单、灵活等特点, 同时其受力形式与网架的球铰支座的受力形式一样, 球铰支座已经具有较为成熟的计算公式, 因此可以采用相同的受力原理和计算公式对其进行分析。

摘要：空间钢管桁架具有造型丰富、施工方便、受力简单等特点, 在大跨度钢结构建筑中广泛应用。结合具体的大跨度工业厂房设计实例, 主要对结构体系布置以及空间管桁架设计进行简要的分析和研究。

关键词：大跨度钢结构,空间钢管桁架,结构体系布置,工业厂房

参考文献

错列桁架钢结构体系研究现状分析 第5篇

【关键词】错列桁架钢结构；研究；建议

1.国外研究现状

20 世纪60年代中期，错列桁架结构体系首先由麻省理工学院在美国钢铁联合企业的资助下进行了最早的研究，包括对其建筑平立面布置及建筑构造处理等建筑问题的研究[1]。

其后，J.B.Scahlzi提出了双平面支撑框架力学模型。他提出由于楼板的刚性隔板作用，使位于两个相邻竖向平面内交错桁架的性能就像位于一个竖向平面一样。于是他将两相邻竖向平面结构加在一起进行力学分析，简化了结构的计算[2]。

1972 年，R.P.Gupta 等人对交错桁架结构在地震作用下的弹性和弹塑性动力反应进行了研究。他们从分析交错桁架结构的静力特性入手，将桁架进行等效简化。并假定塑性铰只出现在桁架的空腹节间弦杆上，其余杆件均处于弹性状态，弦杆采用双线性恢复力模型。P.Gupta等人采用1940年1.5倍E1Centro南北波，对某20层交错桁架结构进行了计算。1974年，R.D.Hanson等人提出了相应的抗震设计方法。研究表明，交错桁架结构体系具有良好的耗能能力和延性[3]。

交错桁架结构体系最初于1967年用于美国明尼苏达圣保罗的老年公寓，自那时以后建造了很多平面窄长的 15～20 层的公寓、旅馆和住宅，有时办公楼也采用这种方案。加拿大卡尔加里的虹谷旅馆也采用了交错桁架结构体系，该工程为交错桁架体系在加拿大的首次应用。1986年，美国新泽西州大西洋城建造了43层的国际旅游饭店，开创了交错桁架结构体系应用于100米以上建筑的先例。该工程总高度为128米，房屋宽度为21.35米。该项目采用钢框筒结构、混凝土结构、混凝土框架——剪力墙结构与错列桁架结构四种设计方案进行比较，造价比为1.4：1.1：1.25：1，最终采用了错列桁架体系。1998 年3月在美国拉斯维加斯建成的38层有2600个房间的阿拉汀旅馆，在方案设计阶段与拉斯维加斯通常采用的现浇混凝土结构进行比较，在方案评议（包括防火和装修）时，表明错列桁架能节约费用和缩短工期，最后以最经济方案被业主选中。错列桁架结构体系主要适用于中、高层住宅、旅馆、办公楼等平面为矩形或由矩形组成的钢结构房屋。

2.国内研究现状

错列桁架结构体系在国外已经有四十多年的发展历史，有较多的工程实践经验和研究成果。与国外这方面的研究蓬勃开展相比，国内的研究才刚刚起步。

湖南大学周绪红、莫涛等利用有限元方法，分析了错列桁架结构体系的静、动力特征以及不同桁架布置形式对整体结构受力性能的影响，表明该体系是一种高层钢结构建筑的理想结构体系[4]。

随后周绪红、莫涛等又将错列桁架体系与钢框架进行对比分析，得出了错列桁架结构体系无论在建筑上还是结构上都明显优于对比框架的结论，表明错列桁架结构体系是一种灵活、大空间和受力性能优良的结构体系[5]。

湖南大学潘英、周绪红等对错列桁架体系的抗震性能进行了分析，建立了单向水平地震作用下错列桁架体系协同分析的力学模型。在动力时程分析的过程中考虑了构件的剪切变形，并在单元水平上考虑了几何非线性。通过错列桁架体系设计实例的弹性和弹塑性时程分析，表明了错列桁架体系层刚度均匀，耗能潜力大，保证了结构在强烈地震作用下承受竖向重力荷载的能力，并提供了多道抗震防线，具有很好的抗震性能[6]。

东南大学的康信江、王恒华对错列桁架结构体系的静力性能和设计方法进行了初步的研究，验证了结构具有良好的弹塑性性能，并提出了错列桁架结构体系在水平荷载作用下的侧移计算方法，提出了结构体系柱子计算长度的计算方法以及结构体系的剪力连接设计方法[7]。

3.建议

由于我国在错列桁架钢结构研究方面起步较晚，研究力量相对分散、研究成果也相对独立，故难以相互对照、支持，与实际应用有较大距离，因此，在开发和应用中还有许多研究工作要做。

目前国内的研究成果，仅限于特定条件下的力学性能，且很多未考虑设置剪力墙以及扭转效应的影响；在错列桁架结构有限元分析方面，很多局限在单一的梁、板、柱的研究，并未考虑整体结构在静力和动力下的反应。

应对住宅的维护、防火及防腐技术展开深入研究，提出一整套与错列桁架钢结构住宅配套的维护、保温体系和防火防腐方案，使其不仅是一种受力性能优越的结构形式，也具有良好的舒适适用性。 [科]

【参考文献】

[1]Robert J.Hansen. New steel framing system promises major savings in high-rise apartments. Architecture Record，June，1966：191-196.

[2]Harold P.Bakke，Lawrence A.Kloiber and Albert C.Nuhn，Staggered Truss Building Systems[J].Civil Engineering，ASCE，1969，11.

[3]Raj P.Gupta and Subhash C.Goel， Dynamic Analysis of the staggered Truss Framing System[J].Journal of Structure Division，1972，7.

[4]莫涛，周绪红，刘永健，蔡益燕.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.

[5]周绪红，莫涛，刘永健.轻钢交错桁架结构体系与钢框架的对比分析[J].钢结构，2001，16（2）：5～7.

[6]潘英，周绪红.交错桁架体系的抗震性能动力分析[J].土木工程学报，2002（8）.

[7]康信江.交错桁架结构体系静力性能及设计方法的研究[D].2004，3.

管桁架结构 第6篇

三明体育场为空间管桁架结构,最高点标高为44.8m,最低点标高为28.1m,整体呈“马鞍”型。屋盖由树状支撑、径向桁架、环向桁架、收边钢梁等组成。径向桁架为主桁架,环向桁架为次桁架,主桁架结构通过相邻柱子的支座中点连线为屋盖主桁架提供一个铰支点,并由环向桁架连接形成整体屋盖受力结构。环向桁架、收边桁架与主桁架连接形成整体屋盖。如图1

2 施工重点及难点

2.1 工程量大、工期紧

屋盖钢结构约6000t,施工工期仅3个月。根据进度安排不可避免进入雨季施工且需高空作业。安全措施的投入大。

2.2 施工难度大、焊接工程量大、精度控制要求高。

本工程为空间管桁架结构体系,在施工过程中如何控制并实现空间结构坐标体系,最终达到设计师的设计目的。特别是施工过程中的坐标体系、胎架设置变形、沉降、焊接变形、组装、吊装过程的结构变形及合拢时间、温度等方面的控制,是本工程难点,也是本工程施工及质量保证的关键。

3 控制网的布设

控制网的布设含平面控制网和高程控制网两部分,平面及高程控制网的布设在该工程原测设的永久性标桩上进行。

3.1 平面控制网

控制网轴线与建筑物主轴线平行,长轴上的定位点,不少于3个;放样后的的主轴线点位,进行角度观测,检查直线度;轴线交点在长轴线上测量全长后确定;短轴线根据长轴线定向后测定。依据上述要求,建立平面控制网,布置测量控制点,并采用全站仪进行建筑方格网控制点位之间角度、距离的测量以及轴线直线度的检查。

3.2 高程控制网

根据现场情况高程控制网的水准点埋设在上述部分平面控制网的混凝土或桩上,即布设成结点网的形式。水准测量作业用高差法,中丝测微器读数法进行往返施测,水准尺选用铟钢尺,并在控制点间控制测站数为偶数,以消除“零点差”的影响,观测顺序为“后-前-前-后”。

4 钢构件的加工制作

体育场管桁架长大于15米,根据运输条件进行分段制作,分段长度控制在15米左右。次桁架根据外形尺寸可散件制作,也可整段制作。

4.1 相贯口切割

相贯口切割是整个加工过程中的关键工序。采用五维相贯线切割机进行相贯口切割,全过程为自动化操作,切割精度高,坡口在加工的工程中一次成型,保证了坡口质量,为焊接创造良好的条件。

4.2 相贯节点的焊接

由于桁架的跨度较大,节点部位多管相贯,焊缝密集,部分焊缝重合,且桁架的规格很大,故需要在现场进行组焊。组焊采用先进的焊接设备,并制定了严谨的焊接工艺,选择适当的焊接参数,采用林肯气体保护焊进行焊接,现场设置良好的挡风设施。

将贯口进行分区,分为熔透区、半熔透区、角焊缝区。根据不同的分区制定不同的焊接规范与检测标准。

a.焊接接头形式

①相贯焊缝,应沿全周连续焊接并平滑过渡。焊缝的质量等级:全熔透焊缝为二级,角焊缝和部分熔透焊缝为三级。

②当多根支管同时交于一节点,且支管同时相贯时,支管按大管径和壁厚优先。支管与支管相贯处一律满焊。

③圆管相贯时,支管端部的相贯线焊缝位置沿支管周边分为A(趾部)、B(侧面)、C(踵部)三个区域。

④当焊管壁厚6mm时,采用全周角焊缝。

⑤当焊管壁厚>6mm时,所夹锐角θ≥75°时,采用全周带坡口的全熔透焊缝。

⑥当焊管壁厚>6mm时,所夹锐角θ<75°时,A、B区采用带坡口的全熔透焊缝,C区采用带坡口的部分熔透焊缝(当夹角θ<35°时可采用角焊缝),各区相接处坡口焊缝应圆滑过渡。

⑦对全熔透和部分熔透焊缝,其有效焊缝高度he>1.15t,且he<1.25t), 最小焊脚尺寸s为1.5 t(t为支管的壁厚)。

b.焊接顺序

钢管的相贯焊缝焊接顺序示意图如下:

c.外观检验

一级焊缝不得存在未焊满、根部收缩、咬边、裂纹、电弧擦伤、接头不良、表面气孔、夹渣等缺陷。

4.3 大直径管件煨弯及精度控制

采用中频煨弯与冷弯相结合的方式,增加放地样的检查方法来检查钢管的煨弯弧度尺寸精度,如果精度达不到设计要求时,须进行中频补弯修正。

5 预拼装及运输

对于现场容易组焊的部件及超宽超高的构件,例如腹部,采用工厂煨弯与切割,现场组焊的形式;对于组焊较为复杂及规格适中的构件,例如端部,腰部及腿部,则采用工厂组焊,整体运输的方式。

在保证每个节点及单根构件制作尺寸精度的同时,为保证现场安装的顺利进行及安装精度,加快钢结构安装进度,须及时纠正单件构件的加工偏差,对桁架的分段进行整体工厂预组装。在深化设计时出具预拼装三维空间控制尺寸,以便于在预拼装过程中对空间尺寸的控制和检查。应用经纬仪、全站仪等测量设备,对预拼装的空间尺寸进行精确测量。

6 管桁架结构安装

6.1支撑塔架布置

塔架设置主要是为了临时支撑整个屋盖钢结构的施工荷载和其本身的重力荷载,在径向桁架吊装时,保证环梁安装的稳定性。

6.2 结构安装分区

体育场屋面结构,根据设计在52轴线和66轴线的两条变形缝及1轴与78轴间、39轴与40轴间的合拢缝将体育场屋面结构分为5个施工区域。

6.3 吊装就位

主桁架安装就位后,进行临时固定,然后通过经纬仪进行托架垂直度的测量,根据偏差情况进行调整,直到满足要求。临时固定时,主桁架上、下弦对接口位置装设限位板和卡马,上弦设置侧向稳定缆风。待全部调整好以后,对接管口同时施焊,对称焊接。待连接端焊缝焊接后,在确保安全的前提下,吊车方可松钩。

6.4 屋盖温度缝合拢

为确保合拢口在施工过程中因温度变化而自由伸缩,合拢口采用卡马搭接连接,卡马的大小和数量根据接口部位的受力计算确定。

6.4.1 温度监测

曲线型空间悬挑结构,在结构形成和使用过程中,温度变化对结构应力分布存在较大影响。

钢结构的温度由周围环境所决定的,太阳辐射、空气流动、环境温度等多种因素对钢结构的温度都有影响。钢结构的构件温度相比周围的环境温度存在一定的滞后性,在一些特殊条件下,存在钢构件温度比环境温度高的可能性,同时,对于大体量的空间钢结构工程,各部位的钢结构温度也会存在差别,因此,不能简单地依照气温来确定钢结构本体温度。为了保证合拢时钢结构本体温度满足设计要求,需要对钢结构本体的温度进行测试,并以此为依据作为合拢工作的前提条件。

采用干湿式温度计测量大气温度和湿度,红外线测温仪测量钢结构本体温度,每隔1小时测量一次。

钢结构表面温度是温度监测所需要读取的主要数据,而该温度同当天气温、日照、风速、构件位置、构件厚度等多项因素都存在很大的关联关系,因此测量的周期必须达到一定的长度。故在合拢前5天进行全天24小时跟踪监测,并覆盖合拢过程的所有工作。为形成连续的测量资料,每间隔半小时至一小时读取各测量点的温度信息,并形成数据文件。重点对各测量点的夜间温度进行整理分析,以获取夜间钢结构整体温度的具体数值和分布情况。

及时跟踪天气预报情况,做好晴天和雨天的测量比较工作,并对天气预报气温较低的时期进行重点测试,并做好数据分析总结。一旦根据天气预报情况预计测试结果满足合拢温度条件,立即启动合拢工作。

6.4.2 合拢

将设计要求的所有构件安装、焊接完毕。检查焊缝质量,防止漏焊现象和焊缝质量不过关的部位。将安装过程中增设的临时加固撑杆割除,解除结构的内部临时支撑和外部约束。准备充分的施工人员和相关物资,确保合拢时,各合拢口焊接的同步性和连续性。

对合拢口进行连续观测,测得实际的温度变形情况和合拢口间隙大小,找出钢结构温度与合拢口间隙的对应关系,并根据温度变形情况和合拢口间隙大小,确定合拢温度。一旦钢结构本体温度和合拢口的间隙符合设计要求,立即进行合拢焊接工作。

对于间隙偏大的合拢口,要提前进行处理。对于间隙偏小的合拢口,则应进行修口和打磨处理。

7 结束语

三明体育场复杂空间管桁架安装施工采用先进加工设备,科学管理,合理控制合拢温度,在施工难度大、工期紧的情况下,保证了空间管桁架安装质量,保证了全省农运会的顺利召开。

参考文献

[1]北京钢铁设计研究总院.GB50017—2003钢结构设计规范[S].北京:中国计划出版社,2003.

[2]中冶集团建筑研究总院.JGJ81-2002建筑钢结构焊接技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.

[3]冶金工业部建筑研究总院.GB50205—2001钢结构工程施工质量验收规范[S].北京:中国计划出版社,2002.

[4]窦超,郭彦林,刘学武,等.国外某体育场钢结构屋盖设计与施工分析[J].施工技术,2007,36(6):12-15.

管桁架结构 第7篇

1.1 主体育场钢结构概况

刚果 (布) 布拉柴维尔市体育场位于布拉柴维尔市东侧, 南临刚果 (布) 2号公路, 交通便利, 是2015年刚果 (布) 组织举办非洲运动会的主会场。本工程包括主体育场、体育馆和游泳馆一场两馆及其他附属设施, 其中主体育场总建筑面积74 761 m2, 可容纳58 357名观众。 工程效果见图1。

1.2 主体育场钢结构典型节点形式

本工程钢结构主要节点形式见图2。

1.3 主体育场钢结构工程特点、难点分析

1.3.1 主体育场钢结构特点

主体育场钢结构特点主要是: (1) 结构体系特殊。 屋盖部分呈规则的鞍形空间曲面, 为大跨度空间桁架结构, 整体造型比较规则, 构件种类及节点型式也相对少。 (2) 安装分布面积大、构件数量多、桁架规格大、单件重量重。 (3) 安装跨度大、安装高度高且悬挑长度长。 钢结构安装跨度普遍较大, 最大跨度约69 m, 最大高度达50 m, 且均有悬挑部分, 最大悬挑达43 m。 (4) 拼装工作量大、高空拼装焊接量大。 (5) 组织、协调工作量大。

1.3.2 主体育场钢结构难点分析

(1) 钢结构深化设计复杂。 复杂的空间位置和结构构造决定了现场安装定位的坐标转换比较多, 需要在深化设计图中反映出各节点的定位坐标。 (2) 克服众多在不发达地区实施的跨国工程难题。最凸显的问题是大型吊装设备与吊装技术难题的解决。 (3) 过程尺寸偏差控制要求高。 (4) 结构体系的稳固。 如何设置稳固、经济的支撑体系是项目必须解决的技术难题, 其次钢屋盖卸载过程使结构由支撑体系平缓的转向自身结构体系也是项目必须解决的难题。 (5) 安全防护难度大。

2 管桁架结构钢罩棚安装技术措施

2.1 安装技术比较

根据以往工程的施工经验, 结合本主体育场钢结构特点以及施工进度计划要求, 对可选择的安装技术进行综合比较, 见表1。

通过以上分析比较, 同时考虑现场吊装设备、成本等因素, 最终采取两段双榀安装法的施工方法, 能够有效解决以下问题: (1) 单榀桁架平面外刚度较弱, 极易产生变形, 双榀吊装增加侧向稳定性, 同时减少缆风绳等安全措施投入; (2) 两段双榀安装主吊一共只有96吊, 相比较其它安装法, 250/400 t大型机械潜力得到充分发挥, 同时也缓解本工程垂直运输机械资源匮乏这一难题; (3) 双榀整体吊装, 高空工程量减少, 减少高空焊接接作业, 克服吊装就位精度要求高、对接口多等难题 (图3、图4) 。

根据主桁架两段双榀安装法的施工技术, 选择合适的吊装机械及吊装顺序, 在当地资源极为匮乏、海运周期长的背景下, 在6个月时间内高效完成体育场十余万件杆件约8 000 t钢结构现场拼装及安装、2 200 t临时支撑拼装及安装。

2.2 双榀桁架拼装技术

由于大桁架外形尺寸较大, 且考虑海运条件与费用, 十余万件杆件采取现场拼装, 拼装进度和质量直接制约着桁架安装的进度和质量。 因此, 有限资源条件下组织协调好拼装作业显得尤其重要。 体育场分为4块拼装场地, 分别为场外通道口附近。 每一块场外拼装场地铺设3个平拼胎架, 其中两块同时作为墙面支撑段的立拼胎架, 另一块只作为平拼胎架。

2.2.1 平拼胎架

根据现场场地条件、 吊装方案及桁架的截面形状和结构特点, 同时为保证桁架的拼装、安装精度, 拼装胎架分段设置。 拼装胎架布置在桁架的上、下弦加工分段口两侧, 直接支撑桁架的上、下弦, 且不得影响腹杆的拼装。 为方便拼装时吊装、组对和焊接, 拼装场地铺设地坪板, 拼装胎架的最小高度设为0.6 m, 拼装胎架采用单根H型钢作为支撑, H型钢规格为H400×200×8×12, 见图5。

2.2.2 立拼胎架

立拼胎架在原来平拼胎架的基础上制作。 为了将墙面段同支撑段拼在一起进行吊装, 需要制作较高的支撑进行立拼, 为了简化每次立拼时对胎架的修改, 采用图6的支撑方式, 立柱及横梁均采用H400×200×8×12型钢制作, 斜撑可采用H300×150×6×9的型钢制作, 立拼效果如图7所示。

为方便工人高空操作, 提高拼装和焊接效率, 降低安全隐患, 立拼胎架上需布置科学合理的安全措施。 主要包括爬梯、移动式插接平台、焊接吊笼等。

2.3 钢结构屋面安装施工技术路线

钢结构屋面系统呈圆弧型, 且总体沿X、Y轴对称。 根据结构特点和屋面钢结构系统的布置情况, 同时结合土建施工顺序, 将体育场罩棚钢结构划分为A区、B区、C区、D区四大施工区域, 施工顺序为D区→A区→B区→C区顺序进行钢结构安装, 见图8。

主桁架分为墙面支撑段、 悬挑段两段进行吊装, 吊装时设置临时支撑。 典型主桁架分段示意见图9。为避免桁架单榀吊装时的侧向稳定问题, 本工程屋面桁架采取两段双榀吊装方案:即将两榀分段桁架之间的环向次桁架和水平连接支撑在地面安装, 形成一个较为稳定的空间结构, 然后整体吊装安装。主桁架每一分区施工采用先外后内的施工顺序, 即体育场外侧用250 t和400 t履带吊双机台吊双榀墙面支撑段, 塔吊紧随其后进行环向次桁架及V形柱的安装, 每一分区外侧完成之后250 t和400 t履带吊进入内场, 双机台吊悬挑段, 塔吊紧随其后进行环向次桁架安装。因体育场钢结构屋面平面投影为对称椭圆结构, 为减少临时支撑的投入量, 临时支撑1、2、3及刚性拉杆待每一分区完成之后周转使用, 96组临时支撑4 不周转待卸载完成之后集中拆除。

2.4 两端段双榀桁架吊装

由于整个双榀分两段吊装, 重量相对较重, 最大起重量达92.3 t, 主桁架安装需要250 t及400 t履带吊双机抬吊, 过程中每一吊都需克服所有大件吊装存在不利因素, 把危险隐患消除在萌芽状态, 如双机抬吊大件吊装空中稳定性差、双机协同工作动作不能一致等问题。 另安装过程中存在吊物重量大、负重行走距离远、路面不平、周围塔吊碰臂影响及每吊的重量不一而需要根据吊物中心重新设置吊点等困难。

通过对每一榀双榀桁架吊装参数仔细研究, 确认250/400 t履带吊每一吊的回转半径, 规划出吊车站车位置及排除相应障碍物。根据双榀桁架吊装前脱胎位置及姿态, 还需模拟出履带吊三机抬吊双榀桁架翻身过程、双机抬吊运输双榀桁架至吊车站车位置直至桁架就位。 每一个环节稍有疏忽, 则可能引起双榀桁架翻身或运输过程中整体变形, 或与周边建筑物或构筑物产生碰撞。

2.5 钢结构屋面安装流程及过程模拟分析

本工程A区和C区、B区和D区的钢结构屋盖对称布置, 故只需要对A、B区的钢屋盖进行安装模拟计算, C、D区的施工安装过程模拟与A、B区类似。A、B区安装模拟过程分析:

(1) 250 t和400 t履带吊双机抬吊双榀墙面支撑段, 塔吊紧随其后进行环向次桁架及V形柱的安装, 如图10所示。

(2) 250 t和400 t履带吊进入内场, 双机台吊悬挑段, 塔吊紧随其后进行环向次桁架安装, 如图11所示。

通过模拟分析结果可知, 杆件应力状态及相对位移在设计允许范围之内, 体育场屋面钢结构采用两段双榀安装法的施工方法安全可靠。

2.6 高空作业防护措施

为了方便桁架、 次桁架吊装后对接位置的焊接, 檩条系统的安装等后续工作, 需要设置足够的安全措施, 主要包括高空走道、生命线、爬梯、吊笼、焊接平台等。

(1) 利用8#槽钢和L40×4的角钢制作走道, 上铺3 mm厚钢板网。 走道铺设在桁架上弦杆侧面, 搭设在次桁架上弦杆之间, 跨距较大的可在中间焊接牛腿支撑。

(2) 沿走道方向需拉设生命线, 生命线立柱利用L75×5制作。 立柱焊接在走道梁上, 间隔5 m一根, 生命线采用Ф12镀锌钢丝绳。

(3) 由于桁架下弦没有铺设走道, 为方便施工人员上下, 需在安装次桁架的节点位置挂设爬梯, 平均每个爬梯约6 m左右, 平均每片桁架9个 (图12) 。

(4) 部分桁架对接处采用焊接平台, 焊接平台由两个单片吊架和走道平台组成, 吊架利用L50×3角钢制作, 走道做法同高空走道相同。 对于高空次桁架安装处的焊接工作可利用吊笼, 如图13所示。

(5) 为了对高空次桁架腹杆进行安装和焊接, 方便施工人员移动到次桁架弦杆中间位置, 与此同时兼顾到次桁架弦杆和主桁架弦杆对接位置的焊接, 需要设置架设可移动的高空走道操作平台。 示意如图14所示。

3 临时支撑体系设置

临时支撑体系由竖向格构柱、水平向连系支撑以及斜向刚性撑植组成, 通过在混凝土结构设置预埋件使其与混凝土结构连接牢固, 从而形成稳定的支撑体系 (图15、图16) 。

项目钢桁架屋盖主要有96榀桁架组成, 则需要设置96组临时支撑, 每一榀轴线由4个临时支撑和1根刚性拉杆组成一组。防止悬挑段因分区卸载而出现不均匀下挠, 影响体育场建筑效果甚至最终无法合拢, 96榀桁架最终需整体卸载。 同时本工程地理位置位处刚果 (布) , 材料匮乏和海运周期长。 因体育场钢罩棚平面投影为对称椭圆结构, 为减少一次性投入用量临时支撑周转使用, 因此通过结构分析计算确保安全的前提下, 本工程对临时支撑的使用分为两种情况: 一是对临时支撑1、2、3号支撑及刚性拉杆拆除的局部卸载拆除进行周转; 二是4号支撑不周转使用, 最终整体卸载拆除。

4 管桁架结构钢罩棚卸载措施

大型场馆工程因大跨度、长悬挑通常设置临时支撑辅助结构安装, 安装完成后需要进行临时支撑卸载及拆除。临时支撑卸载过程是结构在临时支撑受力状态下转换到自身结构体系自由受力状态的过程。大型场馆工程曾多次出现因卸载方法不当导致卸载过程中重要受力节点出现裂纹、千斤顶卡死至卸载过程无法继续进行以及卸载之后结构自身出现大偏差和大位移的不良现象。本项目在结构分析计算的基础上, 卸载按照等比例或等量微量下降的原则, 分批次、分阶段通过千斤顶来实现荷载的平稳转移。

4.1 卸载概况

通过结构分析计算确保安全的前提下, 本工程拆撑分为两种情况: 一是对周转临时支撑1、2、3及刚性拉杆拆除的局部卸载;二是拆除非周转临时支撑4的整体卸载过程。

4.2 拆撑过程的模拟计算方法

本工程下部临时支撑结构在卸载过程中的随着支撑力降低, 会产生回弹变形, 千斤顶仅能提供向上的竖向反力, 采用可模拟拆撑过程的“只压”特性的连接单元真实地模拟本工程千斤顶群等距拆撑过程。 模拟示意见图17。

采用软件MIDAS GEN中的“只压”桁架单元分析, 在线弹性工作范围内对拆撑全过程进行分析, 即分步施加向下位移, 直至达到所有支撑点支座反力消失的终态。荷载取值为1.2×G (屋盖主桁架钢架自重) , 考虑节点构造及加劲措施的影响, 系数1.2考虑节点加劲及构造措施的影响。

4.3 局部卸载

局部卸载共分为四个批次 (即逐圈卸载) :第一批, 一次性均匀卸载1号临时支撑;第二批, 一次性均匀卸载2号临时支撑;第三批, 一次性均匀卸载3号临时支撑;第四批, 一次性均匀卸载刚性拉杆。

本项目A区和C区、B区和D区的钢结构屋盖对称布置, 且钢屋盖被预留合拢缝分割独立开来, 并且周转临时支撑每4个单元拆除周转一次, 因此, 局部卸载可在A~D各施工区域屋盖安装完成后各自独立进行。

4.4 整体卸载

4号临时支撑采取整体分级等距均匀卸载。 分级的原则是“微量”, 目的是拟合“同步”。 卸载的最理想状态是“等比例同步卸载”。 本项目4号临时支撑采用微量分级卸载, 以拟合同步卸载。 微量分级卸载可以拟合同步卸载的理论依据是:每一级卸载量很小, 即使只有一个点独立进行卸载, 那么因该点的该级卸载而转移到其附近支撑点上的反力也只会很小 (绝大部分可以控制在5%以内, 最多不超过10%) 。 为保证在任意一个时点上, 卸载量最大的点与卸载量最小的点不要超过每一级的卸载量, 每一个点在进行下一级卸载前必须保证其它点的相应卸载均已完成, 这就是整体的分级卸载。 通过以上论述, 各批次的卸载点均可在一定条件下独立进行卸载, 而不必考虑其它点是否在同步卸载, 从而回避了“同步”这个在实际施工中难以实现的操作难题。

5 效益分析

5.1 经济效益

(1) 安全措施投入效益。 采取两端双榀安装法增加侧向稳定性, 同时减少缆风绳等临时安全措施投入。

(2) 临时措施反复周转使用效益。 体育场钢结构罩棚安装共设置4道临时支撑, 遵循整体卸载原则96榀轴线共384道临时支撑。 本工程地理位置位处刚果 (布) , 材料匮乏和海运周期长。 因体育场钢罩棚平面投影为对称椭圆结构, 为减少一次性投入用量将临时支撑周转使用。通过钢结构屋面吊装安装全过程模拟计算、临时支撑设置与计算、临时支撑拆撑全过程模拟计算, 临时支撑1、2、3 可以周转使用, 即每安装4个单元即24榀桁架后便可拆除周转使用, 临时支撑1、2、3号支撑及刚性拉杆由96组减少为48组。 临时支撑4为不周转支撑。 最终, 通过施工组织分析, 临时支撑1、2、3各需要48道, 临时支撑4需要96道。

(3) 汽油切割机和现场自给供氧措施。 采用现场汽油切割机和自购整套制氧设备代替纯购氧气节省可观的成本。自给供氧方式已应用于刚果 (布) 布拉柴维尔体育场钢结构制作安装工程, 经济效益明显, 完全可以推广到更大的领域。

5.2 社会效益

刚果 (布) 工业基础落后, 自然条件恶劣, 相比国内大型起重机械充裕、劳动充沛的条件下, 本工程钢结构安装主吊只有一台400 t履带和一台250 t履带吊。刚果 (布) 布拉柴维尔体育中心项目主体育场钢结构安装共耗时约6个月完成14 000 t异性钢结构现场拼装及安装。 同时, 刚果 (布) 布拉柴维尔体育中心非洲运动会主会场, 是国家级项目, 政治影响深远。项目的成功承建是中国建筑业开拓非洲市场的重要亮点之一, 有利于中国建筑业在非洲开拓更加广阔的市场。

管桁架安装施工技术应用探索 第8篇

管桁架具有自身质量小、节点美观性好、应力分布均匀、使用材料经济性佳等优点, 适合在一些跨度比较大、体态比较轻盈的民用建筑、体育场馆、大型会展中运用, 具有较高的应用价值。现已实际工程为例, 分析管桁架安装施工中的难点和重点, 为类似工程施工提供了参考。

2 案例介绍

本工程为河南开封钢结构圆拱屋盖工程, 屋面投影面积2 760.45m2, 展开面积2 747.28m2。以钢筋混凝土柱为支承结构, 横向以三角形圆钢管空间焊接拱形桁架为主承重构件, 跨度为50.00m, 截面高度1.50~2.00m, 矢跨比1/12.8, 纵向设5道空间桁架连接柱桁架, 配3道屋面上弦圆钢管水平支撑, 大门上方采用组合矩形空间桁架, 形成稳定的空间受力体系。如图1所示。

3 工程特征以及施工难点

1) 对于单榀管桁架来说, 跨度比较大、组成构建很长、横截面比较大, 而且所有的管子没有粗管, 管子壁不厚, 在进行焊接的时候易于变形, 因此在进行施工时有较高的要求。

2) 所有的节点都是贯通的, 可以实施焊接的地方较小, 并且桁架的弦杆顶弯弧度比较大, 接口的地方必须要精细化处理, 所以对结构和组对有较高的要求。

4 定位桁架

4.1 安装测量桁架梁

1) 桁架没有安装前, 使用记号笔在混凝土上做标记, 可以使用符号“▼”来表示, 标记的位置最好是混凝土柱的中心位置, 距离四周0.5m的地方。安装桁架时, 混凝土柱上的标记一定要与桁架底板地脚螺栓钢柱的十字定位点保持一致, 误差只可能在0.3cm的范围之内。

2) 对桁架梁下面的横向、纵向柱轴线进行管理时, 最好使用架在上面的经纬仪来进行管理, 经纬仪的数目为2台[1]。在桁架上随意选取2个垂直面, 将经纬仪固定到事先处理好的混凝土面上, 借助经纬仪来进行定位, 定位点就是2台经纬仪垂直相交的地方。如果桁架有所偏差就告诉工作人员, 让他们使用矫正拉绳来进行矫正, 矫正完成后要确保桁架下面的中线和柱根的中心线在一个垂直面上, 偏差的有效误差范围为0.1cm。

4.2 复测钢柱顶位移

混凝土浇筑的过程中会造成地脚螺栓出现位移, 桁架安装以前, 一定要处理好地脚螺栓的位移问题, 确保螺栓保持在正确的位置上。在进行地脚线螺栓复测的时候, 在主轴线控制网上安装经纬仪, 接着将主轴线放置在地脚螺栓的核心位置, 并做好记录。使用钢尺来校对相同方向的主轴线之间的距离, 如果尺寸在理论的范围之内, 可以将中间桁架梁的核心进行划分, 从而得出具体的桁架梁偏移数据, 依据实际检测得出数据并整理上报有关单位, 对上报的数据进行认真地分析汇总[2]。这样可以在别的桁架梁搭设的时候, 做好整理工作, 防止再次出现误差, 从而防止对整个工程的垂直度造成影响。

4.3 校正处理

在相互垂直的轴线控制网上安装已经检查好的经纬仪, 从而完成对中准确, 整理平整后面的控制线, 接着顺着纵向的方向将望远镜进行转动, 从而得出桁架梁板头操作人员的标尺并读数, 将这个数据与轴线带仪器的有效距离进行比较, 这样就可以知道桁架梁的位移具体方位, 以此为依据指挥工作人员对桁架梁进行校正处理。

5 安装桁架

5.1 安装前的准备工作

1) 对于所有的安装部件进行检测, 检测它们的产品质量合格证以及试验报告单, 小拼单元的质量合格证书要进行复检, 所有检测的部件数量一定要准确, 质量也要检测无误。

2) 施工预埋件的高度和位置、桁架的高度和定位线都要进行再次的检验, 保证所有的部件指标都符合设计的标准, 在进行测量工作以前, 一定要将钢尺核对准确。工程土建部门、部件制造商以及安装部门都要使用相同的钢尺, 对于钢尺的拉力要有明确的规定, 同时还要核对好经纬仪、水平尺等测量工具。

3) 在桁架、零部件运输及装卸过程中一定要小心谨慎, 不可以出现任何损坏, 所有的部件在存放时, 都要使用垫木, 如果有变形的构件要立即进行校正, 校正结束还要再次检验。

4) 做好桁架实物和施工图的审核工作, 不能有任何的偏差。

5) 作为安装桁架的脚手架和施工台一定要满足使用要求, 确保安全。

6) 安装桁架时, 首先要进行放线, 使用颜色亮丽的线条来标注具体的防线位置, 标记防线的结构要为永久性结构。

5.2 安装主桁架

5.2.1 安装主桁梁的情况

单件复测完成后还要控制好测弯度、长度等情况, 吊装过程中要选择最佳起吊点, 吊装时使用的绳扣一定要合适, 当主桁梁两端的起吊高度和设计相同时可以进行安装。第一榀主桁梁一定要是矩形的, 安装固定以后使用揽风绳向着两个方向对称拉伸, 此时吊车要再次进行回钩, 还要注意安全保护措施齐全[3]。使用2台吊车对称起吊安装次桁梁, 安装的方法要和安装第一榀次桁梁时一样。安装屋面次桁梁的时候, 一定要先定位主桁梁和屋面次桁梁, 接着进行焊接作业, 系杆和檩条要最后安装, 安装檩条和平面次桁梁时要仔细认真, 做好每项工作, 确保主、次桁梁的垂直度符合标准, 同时注意吊装过程中一定要平稳。

5.2.2 安装方法

对吊装机器的功能、土建的外部构成、混凝土的受力情况以及构造的自身情况进行综合的研究, 决定采取绝大部分构件实施整体吊装的方法, 有一小部分构件采取分段吊装、高空对接的方法, 特大的构件要使用双机台吊的方法进行作业。为了节约成本、减低经济投入, 在施工机械选择时挑选经济适用的汽车起重机, 对主桁梁的两端和支座高度、整体的位移、平面的变形、立柱的高度等进行有效的控制, 还会对预应力的精准度有所制约。主桁梁安装定位结束后, 需要静止2d左右, 使其自由静止, 还要复测屋盖的端头高度, 如果发生变化且不明显并没有超出设计值的时候, 可以不进行整改。

5.3 安装次桁架

次桁梁的设置呈纵向, 邻近的主桁梁CHJ2需要在施工现场操作吊装, 而CHJ3需要在场外进行操作吊装, 使用2台履带吊车在场内外同时吊装次桁架, 构件的施工也要按照上面的顺序来进行, 主、次桁梁安装结束后, 方可安装其他构件。需要设置安装明细表来安装散件, 例如屋面檩、屋面支撑、钢系杆等, 安装明细表可以详细地表现出安装的所有信息, 安装时用最佳的吊机, 还要有滑轮和倒链等辅助工具。

6 合拢温度缝

6.1 连接合拢口

合拢口使用卡马搭接的方法进行连接, 这样可以保证合拢口施工时随着温度变化而自由改变, 卡马的大小和数量需依据该接口部位受力计算确定。

6.2 安装合拢段

使用合拢口关联着许多的杆件, 为了确保合拢段的安装顺利, 保证安装的质量, 一定要依照以下原则来进行:

1) 安装时, 温度要控制在合拢时所需的正常温度范围之内或者是稍稍低于这个温度, 这样可以确保构件进档、坡口缝隙符合设计标准。

2) 使用小缝隙的方法进行安装, 这样可以防止合拢缝隙过大, 次桁架和支撑杆位于合拢线上时, 可以使用散装构件, 依据实际情况来进行施工。

3) 对于合拢口不进行焊接相连, 这样可以有效地控制合拢口的缝隙, 使合拢口焊接数量以及应力都有所降低, 还可以保证合拢段施工的安全, 除此以外的构建都要进行焊接。这样可以使整体的稳定性得到提升。

7 结语

本工程在使用上述方法施工后, 取得了良好的施工效果, 使工程可以如期完成, 有效降低了施工成本, 为类似工程提供一定参考。

摘要：以实际工程为例, 对大跨度管空间桁架的结构特征进行了分析, 并对其主要施工技术进行了探讨, 通过对施工中存在问题的分析, 在促进管桁架应用方面提供一定的参考。

关键词：管桁架安装,施工技术,应用探讨

参考文献

[1]戚豹, 康文梅.管桁架结构设计与施工 (第一版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2]GB 50017—2003钢结构设计规范[S].

大跨度雨棚管桁架的制作与焊接 第9篇

1 工程概况

抚远站工程站台雨棚钢结构整体采用空间管桁架受力体系。横跨2台4线, 总长为450米, 跨度43.25米, 站台面距离雨棚屋面最小高度为7.5米。平面投影呈矩形分布, 共由82根钢柱 (由4根短柱1根Ι字钢梁将2根钢柱连接为1组) 形成屋架支撑系统。25榀拱形管桁架, 其中:9榀桁架一端直接作用于站房框架牛腿支座上, 16榀桁架两端作用于钢管柱支座上;纵深3道檩条与横向桁架相交形成空间作用。风雨棚设计使用年限为50年, 结构安全等级为二级, 抗震按6度设防。主体结构采用Q345B型材, 檩条采用Q235B型材。在极端天气下, 考虑到Q345型钢的冷裂纹倾向较大, 选用镀铜H8Mn2Si型焊接材料。主体钢结构采用钢管相贯焊接节点连接形式。在钢结构安装施工中, 钢构件之间连接主要以CO2气体保护焊接形式为主。主体钢结构焊缝均按全熔透焊缝进行施工, 并按一级焊缝标准进行检验和探伤。

2 管桁架制作流程

钢管桁架结构尺寸及重量较大, 单榀总长度43.05米, 重量24.5t;桁架在现场一次性拼装完成, 为满足合理的工期要求, 可制作两套拼装胎具进行流水作业, 由于占用施工场地较大, 需要根据现场条件及工程施工特点, 制定合理的加工制作工艺, 钢管桁架制作难点在于桁架梁的尺寸控制及焊接变形控制, 经过多次试验及对比分析, 总结确定钢管桁架的加工制作工艺流程, 如图1所示:钢管桁架制作流程图。

3 管桁架加工制作

3.1 原材料检验。

钢材进厂时, 检查随钢材附带的材料质检证明书、合格证 (原件) 等质量证明文件, 并进行必要的试验。并由专职质量检验员对钢材的外形尺寸进行检验。钢材表面有锈蚀、麻点和划痕等缺陷时, 其深度不得大于该钢材厚度负偏差的1/2, 钢材表面锈蚀等级必须符合现行国家标准。

3.1.1外径和壁厚。钢管外径和壁厚的允许偏差必须符合下表1规定3.1.2长度。钢管的通常长度规定为:热轧 (挤压、扩) 钢管3000mm～12000mm, 冷拔 (轧) 钢管2000mm～10500mm。钢管的范围长度要在通常长度范围内。长度6000mm的钢管长度允许偏差为0～+10mm, 长度>6000mm的钢管长度允许偏差为0～+15mm。3.1.3弯曲度。钢管的弯曲度不得大于以下规定:壁厚15mm时为1.5mm/m, 壁厚>15mm～30mm时为2.0mm/m, 壁厚>30mm或外径≥351mm时为3.0mm/m。

3.2 切割下料

3.2.1 下料。

构件下料按放样尺寸号料, 放样和号料根据工艺要求预留制作时焊接收缩余量及切割边缘加工等加工余量, 并同时制作样板、样杆, 其允许偏差见表2规定。气割前将钢材切割区域表面的铁锈、污物等清除干净, 气割后清除熔渣和飞溅物, 气割的允许偏差见表3规定。3.2.2相贯线切割。桁架管与管之间相连的节点存在相贯线, 钢管桁架采用相贯面等离子-火焰管材数控切割机进行 (见图2) 。该设备全自动数控切割, 下料坡口一次完成, 下料切割、剖口、精度控制均由计算机控制一次完成。切割前要将钢管的外皮轴线标注在钢管上且用钢冲标记, 通过对钢管的调整保证钢管的中心与切割机的卡盘中心对应, 且钢管水平。通过试验事先确定各种杆件的预留焊接收缩量, 在计算杆件钢管的断料长度时计入预留的焊接收缩量和钢管端面加工余量来确定杆件切割长度;每完成一根构件的切割必须检查构件的长度并做纪录。切割完成的管件要标记清晰, 分类摆放。3.2.3钢管弯曲。本工程管桁架大部分为弧形结构, 采用弯管机弯制钢管, 根据钢管的管径选择弯管设备, 并考虑弯曲变形的回弹。A、煨弯时首先选定好要弯管弧的半径, 调整弯管机各项技术参数, 煨弯后立即进行编号并编写上弧的半径。B、煨弯时为了保证钢管的弧度和椭圆度不会超差, 煨弯前先对钢管内壁进行支撑, 末端管口使用钢板封口, 并与其采用足够强度的点焊。C、煨弯半径较小时, 要采用二次分阶段煨制来改善管壁的应变特性, 为防止由于半径小冷弯时应变力大出现钢管管缝开裂或变为椭圆管的现象, 采用热煨弯。D、煨弯过程中要控制机械煨制速度, 保证弧度过渡均匀, 避免局部变形及壁厚变薄超差。E、煨弯后的钢管放在平台上检验弧度是否符合设计要求, 局部使用靠模检查, 且钢管弧度要在同一平面内。对不符合要求的用火焰矫正, 矫正温度控制在650OC范围内。F、弯管成型后要满足下列要求:管材弯曲成型后的质量不得有明显改变, 仍能符合规范要求;管材表面平滑过渡, 不得出现突起、折痕、表面凹凸不平现象;管材弯曲成型后的直径与设计直径的差值不得大于±2mm及设计直径的0.5%, 壁厚与设计壁厚的差值不得大于±1mm及设计直径的10%;整体弧度偏差在±5mm以内。3.2.4拼装。A、胎具制作。由于本工程桁架上下弦拱度较大, 空间几何尺寸变化复杂, 弦杆和腹杆相互间随位置变化相贯切口变化很大, 采用制作侧放位置的空间三维胎具, 进行桁架拼装, 如图3所示。B桁架拼装。桁架拼装时, 使用多点吊装方法, 将弦杆依次架到胎具的支架上, 采用水准仪对各标高尺寸进行测量, 利用铅坠将各方向的尺寸投影到平台上, 使用经纬仪在同一平面上进行测量, 以此控制桁架的三维空间尺寸。腹杆安装时, 在弦杆与腹杆相贯节点处弹出中心线, 确保腹杆位置的正确。各杆件拼装后, 采用水准仪、铅坠和钢卷尺对各点进行检验, 合格后进行C02气体保护焊进行定位焊接。形成效果如图4所示。

4 管桁架拼装技术措施

4.1 对拼装胎具的要求。

4.1.1桁架拼装在混凝土地面上进行, 胎架的设计必须做到装拆方便。4.1.2胎架设置应避开节点位置, 满足焊工的施焊空间。4.1.3胎架必须保证有足够的刚度和稳定性, 且必须保证胎架上口水平度±1mm, 为便于桁架的提升起吊, 胎架定位块的位置须避免与桁架起吊时碰撞。4.1.4在组装平台上划出钢管端面定位线、中心线及分段长度位置线, 作为桁架拼装验收的依据, 另外为防止胎架的不均匀变形, 须在胎架旁设置一沉降观察点, 作为平台沉降的检查依据。

4.2 桁架拼装工艺措施。

4.2.1先吊上下弦杆与胎架定位块定位, 必须保证定位中心线、水平度, 以及端面垂直度度, 然后安装桁架的腹杆。4.2.2先装分段中间处杆件, 然后向两边扩展, 各弦杆与支撑胎架用压板固定。

4.2.3由中心开始逐根安装腹杆, 安装时应注意对称。

4.2.4组装中所有杆件应按施工图控制尺寸, 各杆件的力线应汇交于节点中心, 并完全处于自由状态, 不允许有外力强制固定。立杆单根支撑点不应少于两个。4.2.5组装构件控制基准、中心线应明确表示, 并与平台基准线相一致。4.2.6在胎架上组装全过程中, 不得对构件进行修正, 切割或锤击。4.2.7分段开口处应设置临时支撑封闭, 防止变形。

5 管桁架负温焊接及其他要求

5.1 焊条烘陪。

焊条往往会因吸潮而使工艺性能变坏造成电弧不稳、飞溅增大, 并容易产生气孔、裂纹等缺陷, 因此, 焊条使用前必须严格烘干。烘干后放在100-150℃的保温箱内, 随用随取。焊条外露不得超过2小时, 焊条烘陪次数不得超过3次, 焊接时间尽量选择在白天作业, 上午9点至下午4点之间进行二级焊缝的焊接作业。

5.2 偏差调整。

钢结构正温制作负温安装时, 根据环境温度的差异考虑构件收缩量, 并在施工中将偏差进行调整。

5.3 焊前预热施工。

为了减缓焊件焊后的冷却速度, 防止产生冷裂纹。当温度低于0℃时, 采用焊前预热、焊后降低焊接残余应力的变形。在需要焊接的构件坡口两侧各80-100mm范围内进行预热, 焊接预热温度控制在30℃左右。

5.4 多层焊接施工。

负温下对9mm以上钢板焊接时采用多层焊接, 焊缝由下向上逐层堆焊, 每条焊缝一次焊完, 如焊接中断, 再次施焊之前先清除焊接缺陷后重新预热。严禁在焊接母材上引弧。

5.5 负温焊接的保障。

在负温度下露天焊接钢结构时, 搭设临时防护棚。雨水、雪花不得飘落在炽热的焊缝上。

参加负温钢结构施工的电焊工必须经过负温度焊接工艺培训, 考试合格, 并取得相应的合格证。

5.6 对焊接的其他要求。

5.6.1焊工应控制线能量和最高层间的温度;并严格按照焊接工艺指导书中指定的焊接参数, 焊接施焊方向, 焊接顺序等进行施焊。5.6.2焊接前应将焊缝表面的铁锈、水分、油污、灰尘、氧化皮等清理干净。5.6.3施工应注意焊道的起点、终点及焊道的接头不产生焊接缺陷, 手工多层多道焊时焊接接头应错开。5.6.4钢管与钢管的连接焊缝, 在趾部为熔透焊缝, 在根部为角焊缝, 侧边有熔透焊缝逐渐倒角焊缝, 焊缝厚度应保证焊缝与被焊钢管等强。加劲板、节点板的连接均为贴角焊缝。对所有杆件的对接焊缝进行超声波探伤, 抽签率为100%。

6 安全保证措施

6.1

施工前对电气焊接及机械操作人员进行岗位及安全培训, 做到持证上岗。

6.2

施工前对所用机械设备进行检查, 严禁机械设备带病作业。

6.3

加强现场的森林防火及冬季消防器材的保温防冻工作, 消防设施到位, 组织落实, 措施有效。

6.4

冬、雨季施工期间, 密切关注气象情况, 遇有寒流或大风天气时提前做好防护应急准备。

6.5

在两米 (含两米) 以上的高空作业, 必须使用安全带或搭设防护严密的操作平台。

7 产生经济效益

前抚铁路抚远站无柱风雨棚工程首次利用全自动相贯曲线加工设备2套, 主跨43.25米弧线桁架拼装胎具2套, 降低了购买加工设备、模具成本, 从而达到方便施工, 缩短工期, 最大限度地降低成本的目的, 并获得业主、监理、设计单位的好评。为类似工程提供了可借鉴经验, 取得了较好的社会经济效益。

摘要：新建前进镇至抚远铁路抚远站大跨度无站台柱风雨棚, 在极端天气下大跨度风雨棚的施工, 结构复杂、精度要求高, 且大部分结构件为全熔透焊缝, 制作、焊接难度大。本文将重点阐述主体桁架的制作、拼装, 负温焊接以及技术要求。

关键词：管桁架,制作焊接,控制

参考文献

[1]钢结构工程施工质量验收规范GB50205-2001.

[2]建筑钢结构焊接规程JGJ81-91.

[3]钢结构制作工艺规程DBJ08-216-95.

管桁架结构 第10篇

在结构有限元分析过程中，为了提高工作效率并方便处理，工程人员习惯将桁架结构简化成梁单元进行处理，以期达到事半功倍的效果。然而，这种处理方法往往会忽略掉结构的局部细节，尤其是不同杆件连接处的节点板和加强筋板等，应用梁单元很难进行模拟。而这些局部细节问题处理的适当与否有时也会成为影响结构强度、刚度、屈曲以及疲劳等问题分析计算的关键因素。因此，为了更加准备地模拟结构的实际情况，有时需要将桁架结构处理成板壳单元进行有限元分析，但如此处理会在建模、求解及后处理上耗费大量的时间和精力，在产品设计和生产周期相对较为紧迫的情况下，一般很难满足快速准确地对结构进行设计、优化或验证的要求。

本文通过对同一桁架结构分别应用梁单元和板壳单元进行有限元模拟分析比较，讨论两种处理方法有限元分析结果的相同与不同之处，以期找到一种分析处理问题相对较为全面而且切实可行的解决方案。

二、桁架结构梁单元及板壳单元有限元模拟分析

1.结构有限元模型

本文采用一种大型堆料机的俯仰钢结构作为分析研究对象，对其分别进行梁单元和板壳单元建模。由于在此只是分析梁单元和板壳单元最终分析结果异同点，所以分析中所用载荷并不完全考虑结构的实际承载大小，而是进行一个假定，即结构悬臂梁部分只承受物料载荷 100吨。

2.整体刚度分析结果比较

由图 1不难看出，基于板壳单元的模型整体刚度要大于基于梁单元模型的整体刚度（前者在相同载荷作用下位移较小）。其主要原因在于，油缸端部支承处的结构形式经梁单元简化后（图2），无论抗弯还是抗剪刚度都减小不少。

3.强度分析结果比较

（1）悬臂梁处综合应力结果比较。图 3左侧是悬臂梁梁单元结果，最大综合应力位于悬臂梁中部的上弦杆处，最大值为 83MPa。右侧是悬臂梁板壳单元结果，最大综合应力无论数值、位置和梁单元计算结果都不一致，其最大综合应力出现在斜腹杆的节点板处，最大值为 139MPa。但由图 3可以看出，量取悬臂梁中部上弦杆处的综合应力，其大小为 84MPa，这和梁单元计算的结果几乎一致。再比较悬臂梁根部斜腹杆结果，由图4可以看出，基于梁单元计算的悬臂梁根部斜腹杆的综合应力最大和最小值分 42MPa和20MPa，而基于板壳单元计算的悬臂梁根部斜腹杆的综合应力最大和最小值分别为 33MPa和25MPa，其差别还是比较大的。然而，由图 5发现基于梁单元计算的悬臂梁根部直腹杆的综合应力最大和最小值分别为 54MPa和 6MPa，而基于板壳单元计算的悬臂梁根部斜腹杆的综合应力最大和最小值分别为 59MPa和 4MPa，计算结果基本相当。

出现上述情况的原因主要在于，实际的悬臂梁桁架结构各杆件一般都通过节点板相互连接，板壳单元可以真实地模拟这种情况，而通过梁单元建模只能将这些节点板简化掉。而且简化过程中为了建模方便，常习惯于将各杆件相互之间认为是固接。事实上，节点板可以传递其面内的弯矩，在其面外所能传递的弯矩却很小。故上述的悬臂梁中部的上弦杆处，各弦杆间由于没有节点板，所以梁单元和板壳单元计算的结果基本一致。而悬臂梁根部的斜腹杆，杆件的两个端部都通过节点板与其它杆件相连，同时，由梁单元计算结果可以看出，其承受的主要是节点板面外弯矩，所以梁单元和板壳单元计算结果差别很大。相反，通过梁单元计算结果可以看出，悬臂梁根部的直腹杆承受的主要是节点板面内弯矩，所以梁单元和板壳结果相当。如果在梁单元建模时将有节点板的杆件端部节点沿节点板面外的旋转自由度释放掉，就可以避免出现这样的问题。如图 6所示为悬臂梁根部斜腹杆端部节点沿节点板面外自由度释放后的计算结果，综合应力最大和最小值分别为 33MPa和27MPa，这和基于板壳单元的计算结果基本是一致的。

（2）塔架处综合应力结果比较。

图 7左侧是上部塔架梁单元结果，最大综合应力位于塔架中部立柱处，最大值为 34MPa。右侧是上部塔架板壳单元结果，最大综合应力无论数值、位置和梁单元都不一致，其最大综合应力出现在前端拉索端部的耳板处，最大值为70MPa。但由图可以看出，量取塔架中部立柱处的综合应力，其大小为 31MPa，这和梁单元分析的结果基本相当。

图 8是下部塔架梁单元和板壳单元计算结果，由图 8可以看出，与上述分析一样，除了梁单元不能表示的结构细节外，其它各处梁单元和板壳单元的计算结果基本是一致的，理论上也应该是如此。

4.疲劳分析结果比较

因为疲劳分析一般是按照结构静力分析计算结果取提取校核点应力后依据相关设计规范代入到 EXCEL表格模板中进行校核的，所以对于疲劳分析结果的比较，所得出的结论应该和强度分析所得出的结论是一样的，即除了梁单元无法体现的结构局部细节外，基于梁单元或板壳单元进行的疲劳计算结果基本上是一致的。但是，这并不是说梁单元可取代板壳单元进行结构疲劳计算，因为梁单元所无法体现的结构细节（如节点板和加强筋板等）往往是结构疲劳强度相对较为薄弱的地方。如图9所示的结构位置，这些都是用梁单元无法体现但疲劳强度相对较为薄弱的典型结构细节，结构分析时只有应用板壳单元才能具体分析这些位置的强度和疲劳性能。

5.屈曲分析结果比较

基于软件线性屈曲计算的结果进行比较分析，图 10为结构梁单元和板壳单元线性屈曲计算结果，无论屈曲位置和屈曲特征值的大小两种计算结果都基本一致。因此梁单元计算的屈曲特征值 4.76比板壳单元计算的屈曲特征值4.26稍大。其主要原因在于，梁单元沿杆件长度方向上的节点相对较少（基于梁单元进行线性屈曲计算时，梁单元的数目要尽可能地多），如果将梁单元的节点加密到一定程度时，二者的结果必将趋于一致（例如当将梁单元的节点数加密一倍时，梁单元计算的屈曲特征值变为4.45）。但是，这是限于所发生的屈曲类型为结构构件整体屈曲，如果要计算如图11 所示的板件局部屈曲，基于梁单元是无法实现的。

三、结语

（1）由于梁单元对结构简化的原因，结构局部细节的忽略一般会弱化结构构件连接间的刚度，所以基于梁单元计算的结构刚度往往要小于基于板壳单元计算的结果。

（2）除了无法体现的结构局部细节外，梁单元与板壳单元关于强度及疲劳计算的结果是一致的。

（3）对于构件的整体屈曲来说，梁单元和板壳单元计算结果基本一致，但基于梁单元无法计算板件的局部屈曲。如果要用梁单元计算构件的整体屈曲，除了放松构件两端沿节点板面外的旋转自由度外，还必须保证沿构件长度方向上单元的数量。同时，可依据相关标准规范中规定的板件宽厚比或高厚比来保证板件不发生局部屈曲。

管桁架结构 第11篇

本工程位于拉萨市文成公主实景演出剧场主楼观众席上方,为带拉杆悬挑钢结构雨棚。拉萨市文成公主演出场主楼层数4层,地下一层,总建筑高度23.70 m,地下室相对标高-3.6 m,采用框架剪力墙结构。

2 计算模型与设计参数

2.1 计算模型

利用SAP2000软件对结构进行有限元分析的关键在于建立正确的有限元模型。本文的计算模型主要有梁单元和杆单元,具体如表1所示。

根据建筑使用要求,本文采用三角形管桁架结构形式建立了雨棚的模型。整体计算模型仅包含钢结构雨棚,不包括演出场主楼,雨棚与演出场主楼的连接设为刚接。演出场主楼对雨棚结构正常使用极限状态下挠度的影响可以通过在雨棚结构计算出的挠度基础上附加主楼层间位移角与雨棚悬挑长度的乘积来考虑。而演出场主楼对雨棚结构承载能力极限状态下内力的影响可以忽略。最终建立的结构有限元模型如图1所示。

2.2 设计参数

2.2.1 荷载作用

按照《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)[1]的规定,以及建筑使用要求取值如下:

1)永久荷载标准值:结构自重由计算程序自动导算。屋面板、管线及吊顶取0.30 k N/m2。

2)活荷载标准值:0.5 k N/m2。施工或检修集中荷载取1.0 k N,按最不利位置验算。雪荷载:计算取基本雪压为0.15 k N/m2。

3)风荷载:计算取基本风压为0.35 k N/m2、地面粗糙度B类。

4)温度作用:本结构由于纵向长度最长处仅为50 m,且为悬挑结构,故不考虑温度作用的影响。

5)地震作用:场地的抗震设防烈度为8度,设计地震分组为第三组,设计基本地震加速度值为0.20g(1g=9.8 m/s2)。场地属中硬场地土,Ⅱ类建筑场地,特征周期值0.45 s。

2.2.2 建筑设计分类

根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)和工程设计要求,雨棚的建筑设计分类见表2。

3 时程分析法概述

时程分析法是通过对结构的运动微分方程直接进行逐步积分求解,从而求出在动力荷载作用下结构的动力响应的一种动力分析方法。与振型分解反应谱法相比,时程分析法通过对结构进行直接动力分析,能够更真实地描述结构的地震反应,可补充振型分解反应谱法的不足,可以考虑地震动的振幅、频谱和持时这三要素,也可以考虑场地条件、地震环境的影响。时程分析法在理论上比振型分解反应谱法更为先进。时程分析可以使用的积分方式为模态积分和直接积分,本文采用直接积分Newmark法[2,3]。

时程分析法计算地震反应的步骤是:选定地面加速度记录,计算结构的自振特性,确定积分步长Dt和步数,从t=0开始,逐步计算结构的地震反应。标准形式的Newmark方程:

式中,γ、β取不同值可得到不同的线性加速度法,取γ=1/2、β=1/6可得到线性加速度法;取γ=1/2、β=1/4可得到中点加速度法。

4 地震时程波的选取

分析选取三组地震波[4],一共九条加速度时程曲线以及相应的反应谱曲线。三组时程波的地震波反应谱与设计反应谱对比曲线见图2。

5 结构线性时程计算

考虑到雨棚结构的自振频率较密集,其振型包括了水平方向振动和竖直方向振动,同时存在水平和竖向的耦合。这些自振特性说明:水平方向的振动和竖直方向的振动对于雨棚结构的地震响应均有贡献[5,6]。因此,除了对雨棚结构进行单向地震响应分析外,也有必要对其进行三向地震响应的分析[7,8]。

三角形管桁架雨棚的线性时程分析时按两种工况输入地震波,第一种工况只包含水平方向的振动地震波;第二种工况包含了水平方向振动地震波和竖直方向振动地震波。本文选用EL、Taft、RH3这三条地震加速度时程曲线作为输入的地震波。根据结构的抗震设防烈度的要求,按照8度多遇烈度输入地震波,其加速度时程峰值取70 cm/s2。

第一种工况,只包含水平X方向和Y方向地震波,X方向和Y方向的加速度时程峰值的比例取为1∶0.85、0.85∶1;

第二种工况,同时包含了水平X方向、水平Y方向、竖直Z方向的地震波,其加速度时程峰值的比例分别取为1∶0.85∶0.65、0.85∶1∶0.65。

结构动力方程的阻尼采用Rayleigh阻尼,对应的结构第一阶自振频率为2.005/s,第二阶自振频率为2.303/s。采用Newmark法计算,取γ=1/2、β=1/4。

6 具有代表性的节点和杆件的时程曲线分析

选取双向和三向地震波作用下有代表性的节点和杆件,节点和杆件的具体位置可参见图3。之后分别做出相应的节点位移时程曲线和杆件轴力、弯矩时程曲线。

6.1 节点70位移时程曲线

在前述两种工况下,70节点的位移时程峰值见表3、表4所示。该节点在8度多遇地震作用下(X为主方向)的位移时程曲线见图4。

通过位移时程峰值和位移时程曲线可以看出,结构在Taft波作用下的位移时程反应最大,EL波、RH3人工波作用下的位移时程反应略小于Taft波。节点在工况1和工况2作用下的位移时程反应存在一定的差异。在部分时刻也出现了工况2作用下的反应较工况1时的反应稍小,但总体上来看,节点在工况2作用下的反应要大于工况1时的反应。

6.2 节点318位移时程曲线

在前述两种工况下,318节点的位移时程峰值见表5、表6所示。该节点在8度多遇地震作用下(X为主方向)的位移时程曲线见图5。

通过位移时程峰值和位移时程曲线可以看出,考虑竖向地震作用对节点的水平位移影响不大,两种工况作用下的X方向位移时程基本相同。但是,竖向地震作用对节点的竖向位移影响很大。工况2作用下的节点位移远大于工况1作用时的位移,这说明线性时程分析不宜忽略竖向地震分量。

6.3 单元1617轴力时程曲线

在前述两种工况下,1617单元的轴力时程峰值见表7所示。该节点在8度多遇地震作用下(X为主方向)的轴力时程曲线见图6。

由轴力时程峰值和轴力时程曲线可以得出,主拉杆的轴力在X方向为主方向的三向地震作用下达到峰值。考虑竖向地震分量的主拉杆轴力峰值比不考虑竖向地震作用时要大不少,这说明竖向地震分量不宜忽略。

7 结论

1)竖向地震分量对三角形管桁架雨棚节点位移和杆件轴力弯矩的影响较大,线性时程分析不宜忽略竖向地震分量。

2)在对三角形管桁架雨棚进行三向地震波输入时,其加速度最大值宜考虑1∶0.85∶0.65和0.85∶1∶0.65两种情况。

摘要：以8度区(0.2g)某悬挑28 m的三角形管桁架雨棚为研究对象。输入调整后的地震波,分别按双向水平地震作用和三向地震作用这两种工况,对三角形管桁架雨棚进行线性时程分析。做出这两种工况作用下有代表性的节点位移曲线和杆件轴力、弯矩时程曲线并进行对比分析。结果表明,线性时程分析不宜忽略竖向地震分量;同时,在对三角形管桁架雨棚进行三向地震波输入时,其加速度最大值宜考虑1∶0.85∶0.65和0.85∶1∶0.65两种情况。

关键词：线性时程分析,竖向地震,三向地震,加速度

参考文献

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