宛高旗

摘 要：管桁架結(jié)構(gòu)建筑外表美觀，通透性好，跨越能力強，承載力性能優(yōu)越，經(jīng)濟效益良好。近年來得到了良好的應用于推廣，本文結(jié)合實際工程項目，對大跨管桁架結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計分析，得到了風荷載是本項目結(jié)構(gòu)的控制荷載，進行了結(jié)構(gòu)地震動分析，從結(jié)構(gòu)的振型圖可以看出，結(jié)構(gòu)的整體性能良好。本文的結(jié)論為工程設(shè)計提供了參考和指導。

關(guān)鍵詞：管桁架；風荷載；地震動；振型

管桁架結(jié)構(gòu)采用相貫節(jié)點，簡化了傳統(tǒng)球節(jié)點的連接方式和構(gòu)造，省去了球節(jié)點及支座的設(shè)計，使整個結(jié)構(gòu)簡潔大方，以簡潔、流暢、美觀的視覺效果在大跨空間結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應用。

管桁架結(jié)構(gòu)具有以下的優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)形式簡潔、美觀，適用于多種結(jié)構(gòu)造型。（2）鋼管的管壁一般較薄，截面回轉(zhuǎn)半徑較大，因此管桁架結(jié)構(gòu)幾何特性好，剛度大。整體受力合理。（3）管桁架結(jié)構(gòu)施工時將各桿件直接焊接，因而具有施工簡單，節(jié)省材料的優(yōu)點。

此外，由于結(jié)構(gòu)外形等特點，還具有便于清潔、防銹、承受風荷載效應較低等優(yōu)點。但是由于管桁架結(jié)構(gòu)應用時間較短，規(guī)范尚不完備，其理論研究不夠深入，在具體的設(shè)計、施工中需針對工程中技術(shù)難點，進行具體的分析。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)形式。某高級中學體育館為大跨度管桁架結(jié)構(gòu)，該體育館內(nèi)一樓設(shè)置有體操室、健身房、舞蹈房，二樓是一個標準的籃球場，兩側(cè)有看臺，可以承擔一般比賽任務。該工程跨度39m，長度為45m。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大跨管桁架結(jié)構(gòu)模型圖

結(jié)構(gòu)形式雙軸對稱，樣式輕盈，外觀曲線流暢，屋面材料采用鋁合金屋面板。結(jié)構(gòu)總共有12根承壓柱，由6榀主桁架承重，桁架寬0.8m，高度最小處0.7m，最大處2m，矢高4m。

主桁架上弦桿截面為φ108×8鋼管，下弦為φ127×7鋼管，腹桿為φ95×6鋼管，柱子為φ299×16鋼管，鋼材材質(zhì)均為Q345-B。結(jié)構(gòu)縱向通過三角形截面桁架進行拉結(jié)并傳遞橫向荷載。桁架支座一端為固定鉸接支座，另一端為可以沿桁架跨度方向滑動的滑動支座，以釋放溫差所引起的變形?；瑒又ё鶚?gòu)造如圖2所示。

1.2 荷載。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，屋面恒載、活載及風載的取值如下。

恒載：屋面恒載為0.5KN/m2，屋面吊掛為0.7KN/m2，構(gòu)件自重通過程序自動計算。

活載：屋面活載為0.5KN/m2。

風荷載：基本風壓取0.6KN/m2，B類場地粗糙度。

本工程抗震設(shè)防烈度8度，基本地震加速度為0.20g，場地類別為II類，設(shè)計地震分組為第二組。 周期不折減，建筑結(jié)構(gòu)阻尼比取0.02。

溫度作用： 由于結(jié)構(gòu)跨度大，沿縱向較長，故溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。設(shè)計中計算溫差取±30℃。

2 內(nèi)力分析

工程采用空間結(jié)構(gòu)有限元軟件MIDAS/GEN進行整體計算。屋蓋的主要荷載包括豎向的恒載和結(jié)構(gòu)自重、活載和風載。結(jié)構(gòu)分析中同時考慮了水平地震作用及溫度作用。鋼管桁架除上下弦按剛接計算外。其余構(gòu)件按鉸接設(shè)計。經(jīng)分析計算，在各種荷載組合下，各主要桿件的控制內(nèi)力如表1。

由表1 可以看出，桿件主要由恒載，活載和風載的荷載組合控制，屋蓋結(jié)構(gòu)沒有考慮上吸風的有利作用，但由于屋蓋側(cè)向受風面積較大，所以水平風荷載的作用不容忽視。

表1 各主要桿件的控制內(nèi)力

桿件 內(nèi)力/KN

上弦桿 163.0

下弦桿 91.2

腹桿 126.8

柱子 132.5

注： 此處內(nèi)力指桿件軸力。因為對于上下弦桿的彎矩很小，不起控制作用。

根據(jù)規(guī)定，對無吊車的屋蓋結(jié)構(gòu)，按永久和可變荷載標準值計算的撓度容許值可取跨度的1/250，本工程按永久和可變荷載標準值計算的屋蓋結(jié)構(gòu)最大撓度為7.99mm，對應桁架跨度為39m，39000/250= 15.6>7.99，滿足要求，同時，屋蓋桁架支座一端采用可滑動板鉸節(jié)點，有利于減少構(gòu)件內(nèi)力。

3 動力性能分析

對本工程結(jié)構(gòu)進行自振特性分析，計算振型數(shù)取20階，結(jié)構(gòu)前3 階自振周期及振型如表2 所示。由表2 可知，T1/T g=4.4，水平地震影響系數(shù)處 在設(shè)計反應譜曲線的下降段，地震影響系數(shù) 值較小。對于大跨度柔性結(jié)構(gòu)，地震作用一般不起控制作用。由結(jié)構(gòu)的陣型圖可以看出，第1階，第 3 階振型均為橫向振型，第2 階為縱向振型，整體振動明顯。

表2 結(jié)構(gòu)前三階周期及陣型圖

陣型號 周期/s 陣型圖

1 1.751

2 1.116

3 0.734

4 結(jié)語

大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理、重量輕，經(jīng)濟效益良好，近年來，該結(jié)構(gòu)形式普遍應用于我國大跨度空間結(jié)構(gòu)。本文針對某大跨度管桁架工程，采用大型有限元程序進行了各種工況下的受力分析，指出了對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)，風荷載成為結(jié)構(gòu)的控制荷載，并對結(jié)構(gòu)進行了地震動輸入動力學分析，可以看出，由于大跨度結(jié)構(gòu)剛度較小，因此地震影響系數(shù)處于設(shè)計反應譜的下降段，地震荷載對結(jié)構(gòu)的影響較小。但是，由于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及施工要求高，因此，在滿足建筑形式的要求之下，應保證結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和完整性，對于相貫節(jié)點的加工與放樣應該進行精確地設(shè)計，以保證整體結(jié)構(gòu)的安全性能。

參考文獻

[1] 鄭江，郝際平，楊曉莉，等.某體育館復雜空間管桁架相貫節(jié)點承載力分析[J].建筑科學， 2013，29（1）.

[2] 譚海濱.淺析鋼結(jié)構(gòu)管桁架的設(shè)計及施工技術(shù)[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2013（4）.

[3] 楊石杰.鄭州東站五跨連續(xù)大跨管桁架安裝施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2013，44（4）.

[4] 尉洪利，蘇毅.西藏會展中心大跨度管桁架吊裝施工方案淺析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（22）.

[5] 陳君君.大跨度鋼結(jié)構(gòu)空問管桁架設(shè)計探析[J].科技與生活，2012（22）.

摘 要：管桁架結(jié)構(gòu)建筑外表美觀，通透性好，跨越能力強，承載力性能優(yōu)越，經(jīng)濟效益良好。近年來得到了良好的應用于推廣，本文結(jié)合實際工程項目，對大跨管桁架結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計分析，得到了風荷載是本項目結(jié)構(gòu)的控制荷載，進行了結(jié)構(gòu)地震動分析，從結(jié)構(gòu)的振型圖可以看出，結(jié)構(gòu)的整體性能良好。本文的結(jié)論為工程設(shè)計提供了參考和指導。

關(guān)鍵詞：管桁架；風荷載；地震動；振型

管桁架結(jié)構(gòu)采用相貫節(jié)點，簡化了傳統(tǒng)球節(jié)點的連接方式和構(gòu)造，省去了球節(jié)點及支座的設(shè)計，使整個結(jié)構(gòu)簡潔大方，以簡潔、流暢、美觀的視覺效果在大跨空間結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應用。

管桁架結(jié)構(gòu)具有以下的優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)形式簡潔、美觀，適用于多種結(jié)構(gòu)造型。（2）鋼管的管壁一般較薄，截面回轉(zhuǎn)半徑較大，因此管桁架結(jié)構(gòu)幾何特性好，剛度大。整體受力合理。（3）管桁架結(jié)構(gòu)施工時將各桿件直接焊接，因而具有施工簡單，節(jié)省材料的優(yōu)點。

此外，由于結(jié)構(gòu)外形等特點，還具有便于清潔、防銹、承受風荷載效應較低等優(yōu)點。但是由于管桁架結(jié)構(gòu)應用時間較短，規(guī)范尚不完備，其理論研究不夠深入，在具體的設(shè)計、施工中需針對工程中技術(shù)難點，進行具體的分析。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)形式。某高級中學體育館為大跨度管桁架結(jié)構(gòu)，該體育館內(nèi)一樓設(shè)置有體操室、健身房、舞蹈房，二樓是一個標準的籃球場，兩側(cè)有看臺，可以承擔一般比賽任務。該工程跨度39m，長度為45m。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大跨管桁架結(jié)構(gòu)模型圖

結(jié)構(gòu)形式雙軸對稱，樣式輕盈，外觀曲線流暢，屋面材料采用鋁合金屋面板。結(jié)構(gòu)總共有12根承壓柱，由6榀主桁架承重，桁架寬0.8m，高度最小處0.7m，最大處2m，矢高4m。

主桁架上弦桿截面為φ108×8鋼管，下弦為φ127×7鋼管，腹桿為φ95×6鋼管，柱子為φ299×16鋼管，鋼材材質(zhì)均為Q345-B。結(jié)構(gòu)縱向通過三角形截面桁架進行拉結(jié)并傳遞橫向荷載。桁架支座一端為固定鉸接支座，另一端為可以沿桁架跨度方向滑動的滑動支座，以釋放溫差所引起的變形。滑動支座構(gòu)造如圖2所示。

1.2 荷載。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，屋面恒載、活載及風載的取值如下。

恒載：屋面恒載為0.5KN/m2，屋面吊掛為0.7KN/m2，構(gòu)件自重通過程序自動計算。

活載：屋面活載為0.5KN/m2。

風荷載：基本風壓取0.6KN/m2，B類場地粗糙度。

本工程抗震設(shè)防烈度8度，基本地震加速度為0.20g，場地類別為II類，設(shè)計地震分組為第二組。 周期不折減，建筑結(jié)構(gòu)阻尼比取0.02。

溫度作用： 由于結(jié)構(gòu)跨度大，沿縱向較長，故溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。設(shè)計中計算溫差取±30℃。

2 內(nèi)力分析

工程采用空間結(jié)構(gòu)有限元軟件MIDAS/GEN進行整體計算。屋蓋的主要荷載包括豎向的恒載和結(jié)構(gòu)自重、活載和風載。結(jié)構(gòu)分析中同時考慮了水平地震作用及溫度作用。鋼管桁架除上下弦按剛接計算外。其余構(gòu)件按鉸接設(shè)計。經(jīng)分析計算，在各種荷載組合下，各主要桿件的控制內(nèi)力如表1。

由表1 可以看出，桿件主要由恒載，活載和風載的荷載組合控制，屋蓋結(jié)構(gòu)沒有考慮上吸風的有利作用，但由于屋蓋側(cè)向受風面積較大，所以水平風荷載的作用不容忽視。

表1 各主要桿件的控制內(nèi)力

桿件 內(nèi)力/KN

上弦桿 163.0

下弦桿 91.2

腹桿 126.8

柱子 132.5

注： 此處內(nèi)力指桿件軸力。因為對于上下弦桿的彎矩很小，不起控制作用。

根據(jù)規(guī)定，對無吊車的屋蓋結(jié)構(gòu)，按永久和可變荷載標準值計算的撓度容許值可取跨度的1/250，本工程按永久和可變荷載標準值計算的屋蓋結(jié)構(gòu)最大撓度為7.99mm，對應桁架跨度為39m，39000/250= 15.6>7.99，滿足要求，同時，屋蓋桁架支座一端采用可滑動板鉸節(jié)點，有利于減少構(gòu)件內(nèi)力。

3 動力性能分析

對本工程結(jié)構(gòu)進行自振特性分析，計算振型數(shù)取20階，結(jié)構(gòu)前3 階自振周期及振型如表2 所示。由表2 可知，T1/T g=4.4，水平地震影響系數(shù)處 在設(shè)計反應譜曲線的下降段，地震影響系數(shù) 值較小。對于大跨度柔性結(jié)構(gòu)，地震作用一般不起控制作用。由結(jié)構(gòu)的陣型圖可以看出，第1階，第 3 階振型均為橫向振型，第2 階為縱向振型，整體振動明顯。

表2 結(jié)構(gòu)前三階周期及陣型圖

陣型號 周期/s 陣型圖

1 1.751

2 1.116

3 0.734

4 結(jié)語

大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理、重量輕，經(jīng)濟效益良好，近年來，該結(jié)構(gòu)形式普遍應用于我國大跨度空間結(jié)構(gòu)。本文針對某大跨度管桁架工程，采用大型有限元程序進行了各種工況下的受力分析，指出了對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)，風荷載成為結(jié)構(gòu)的控制荷載，并對結(jié)構(gòu)進行了地震動輸入動力學分析，可以看出，由于大跨度結(jié)構(gòu)剛度較小，因此地震影響系數(shù)處于設(shè)計反應譜的下降段，地震荷載對結(jié)構(gòu)的影響較小。但是，由于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及施工要求高，因此，在滿足建筑形式的要求之下，應保證結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和完整性，對于相貫節(jié)點的加工與放樣應該進行精確地設(shè)計，以保證整體結(jié)構(gòu)的安全性能。

參考文獻

[1] 鄭江，郝際平，楊曉莉，等.某體育館復雜空間管桁架相貫節(jié)點承載力分析[J].建筑科學， 2013，29（1）.

[2] 譚海濱.淺析鋼結(jié)構(gòu)管桁架的設(shè)計及施工技術(shù)[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2013（4）.

[3] 楊石杰.鄭州東站五跨連續(xù)大跨管桁架安裝施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2013，44（4）.

[4] 尉洪利，蘇毅.西藏會展中心大跨度管桁架吊裝施工方案淺析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（22）.

[5] 陳君君.大跨度鋼結(jié)構(gòu)空問管桁架設(shè)計探析[J].科技與生活，2012（22）.

摘 要：管桁架結(jié)構(gòu)建筑外表美觀，通透性好，跨越能力強，承載力性能優(yōu)越，經(jīng)濟效益良好。近年來得到了良好的應用于推廣，本文結(jié)合實際工程項目，對大跨管桁架結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計分析，得到了風荷載是本項目結(jié)構(gòu)的控制荷載，進行了結(jié)構(gòu)地震動分析，從結(jié)構(gòu)的振型圖可以看出，結(jié)構(gòu)的整體性能良好。本文的結(jié)論為工程設(shè)計提供了參考和指導。

關(guān)鍵詞：管桁架；風荷載；地震動；振型

管桁架結(jié)構(gòu)采用相貫節(jié)點，簡化了傳統(tǒng)球節(jié)點的連接方式和構(gòu)造，省去了球節(jié)點及支座的設(shè)計，使整個結(jié)構(gòu)簡潔大方，以簡潔、流暢、美觀的視覺效果在大跨空間結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應用。

管桁架結(jié)構(gòu)具有以下的優(yōu)點：（1）結(jié)構(gòu)形式簡潔、美觀，適用于多種結(jié)構(gòu)造型。（2）鋼管的管壁一般較薄，截面回轉(zhuǎn)半徑較大，因此管桁架結(jié)構(gòu)幾何特性好，剛度大。整體受力合理。（3）管桁架結(jié)構(gòu)施工時將各桿件直接焊接，因而具有施工簡單，節(jié)省材料的優(yōu)點。

此外，由于結(jié)構(gòu)外形等特點，還具有便于清潔、防銹、承受風荷載效應較低等優(yōu)點。但是由于管桁架結(jié)構(gòu)應用時間較短，規(guī)范尚不完備，其理論研究不夠深入，在具體的設(shè)計、施工中需針對工程中技術(shù)難點，進行具體的分析。

1 工程概況

1.1 結(jié)構(gòu)形式。某高級中學體育館為大跨度管桁架結(jié)構(gòu)，該體育館內(nèi)一樓設(shè)置有體操室、健身房、舞蹈房，二樓是一個標準的籃球場，兩側(cè)有看臺，可以承擔一般比賽任務。該工程跨度39m，長度為45m。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 大跨管桁架結(jié)構(gòu)模型圖

結(jié)構(gòu)形式雙軸對稱，樣式輕盈，外觀曲線流暢，屋面材料采用鋁合金屋面板。結(jié)構(gòu)總共有12根承壓柱，由6榀主桁架承重，桁架寬0.8m，高度最小處0.7m，最大處2m，矢高4m。

主桁架上弦桿截面為φ108×8鋼管，下弦為φ127×7鋼管，腹桿為φ95×6鋼管，柱子為φ299×16鋼管，鋼材材質(zhì)均為Q345-B。結(jié)構(gòu)縱向通過三角形截面桁架進行拉結(jié)并傳遞橫向荷載。桁架支座一端為固定鉸接支座，另一端為可以沿桁架跨度方向滑動的滑動支座，以釋放溫差所引起的變形?；瑒又ё鶚?gòu)造如圖2所示。

1.2 荷載。根據(jù)規(guī)范的規(guī)定，屋面恒載、活載及風載的取值如下。

恒載：屋面恒載為0.5KN/m2，屋面吊掛為0.7KN/m2，構(gòu)件自重通過程序自動計算。

活載：屋面活載為0.5KN/m2。

風荷載：基本風壓取0.6KN/m2，B類場地粗糙度。

本工程抗震設(shè)防烈度8度，基本地震加速度為0.20g，場地類別為II類，設(shè)計地震分組為第二組。 周期不折減，建筑結(jié)構(gòu)阻尼比取0.02。

溫度作用： 由于結(jié)構(gòu)跨度大，沿縱向較長，故溫度作用對結(jié)構(gòu)的影響不容忽視。設(shè)計中計算溫差取±30℃。

2 內(nèi)力分析

工程采用空間結(jié)構(gòu)有限元軟件MIDAS/GEN進行整體計算。屋蓋的主要荷載包括豎向的恒載和結(jié)構(gòu)自重、活載和風載。結(jié)構(gòu)分析中同時考慮了水平地震作用及溫度作用。鋼管桁架除上下弦按剛接計算外。其余構(gòu)件按鉸接設(shè)計。經(jīng)分析計算，在各種荷載組合下，各主要桿件的控制內(nèi)力如表1。

由表1 可以看出，桿件主要由恒載，活載和風載的荷載組合控制，屋蓋結(jié)構(gòu)沒有考慮上吸風的有利作用，但由于屋蓋側(cè)向受風面積較大，所以水平風荷載的作用不容忽視。

表1 各主要桿件的控制內(nèi)力

桿件 內(nèi)力/KN

上弦桿 163.0

下弦桿 91.2

腹桿 126.8

柱子 132.5

注： 此處內(nèi)力指桿件軸力。因為對于上下弦桿的彎矩很小，不起控制作用。

根據(jù)規(guī)定，對無吊車的屋蓋結(jié)構(gòu)，按永久和可變荷載標準值計算的撓度容許值可取跨度的1/250，本工程按永久和可變荷載標準值計算的屋蓋結(jié)構(gòu)最大撓度為7.99mm，對應桁架跨度為39m，39000/250= 15.6>7.99，滿足要求，同時，屋蓋桁架支座一端采用可滑動板鉸節(jié)點，有利于減少構(gòu)件內(nèi)力。

3 動力性能分析

對本工程結(jié)構(gòu)進行自振特性分析，計算振型數(shù)取20階，結(jié)構(gòu)前3 階自振周期及振型如表2 所示。由表2 可知，T1/T g=4.4，水平地震影響系數(shù)處 在設(shè)計反應譜曲線的下降段，地震影響系數(shù) 值較小。對于大跨度柔性結(jié)構(gòu)，地震作用一般不起控制作用。由結(jié)構(gòu)的陣型圖可以看出，第1階，第 3 階振型均為橫向振型，第2 階為縱向振型，整體振動明顯。

表2 結(jié)構(gòu)前三階周期及陣型圖

陣型號 周期/s 陣型圖

1 1.751

2 1.116

3 0.734

4 結(jié)語

大跨度鋼管桁架結(jié)構(gòu)，由于結(jié)構(gòu)簡潔、受力合理、重量輕，經(jīng)濟效益良好，近年來，該結(jié)構(gòu)形式普遍應用于我國大跨度空間結(jié)構(gòu)。本文針對某大跨度管桁架工程，采用大型有限元程序進行了各種工況下的受力分析，指出了對于大跨度鋼結(jié)構(gòu)，風荷載成為結(jié)構(gòu)的控制荷載，并對結(jié)構(gòu)進行了地震動輸入動力學分析，可以看出，由于大跨度結(jié)構(gòu)剛度較小，因此地震影響系數(shù)處于設(shè)計反應譜的下降段，地震荷載對結(jié)構(gòu)的影響較小。但是，由于鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及施工要求高，因此，在滿足建筑形式的要求之下，應保證結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和完整性，對于相貫節(jié)點的加工與放樣應該進行精確地設(shè)計，以保證整體結(jié)構(gòu)的安全性能。

參考文獻

[1] 鄭江，郝際平，楊曉莉，等.某體育館復雜空間管桁架相貫節(jié)點承載力分析[J].建筑科學， 2013，29（1）.

[2] 譚海濱.淺析鋼結(jié)構(gòu)管桁架的設(shè)計及施工技術(shù)[J].中國房地產(chǎn)業(yè)，2013（4）.

[3] 楊石杰.鄭州東站五跨連續(xù)大跨管桁架安裝施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2013，44（4）.

[4] 尉洪利，蘇毅.西藏會展中心大跨度管桁架吊裝施工方案淺析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013（22）.

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