李曉宏，杜雷鳴

（1.太原高鐵置地有限公司，山西 太原 030002； 2.山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009）

120 m跨鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李曉宏1，杜雷鳴2

（1.太原高鐵置地有限公司，山西 太原 030002； 2.山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030009）

針對(duì)某倉(cāng)庫(kù)大跨度拱桁架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工程，采用sap2000通用有限元軟件進(jìn)行靜力分析和構(gòu)件驗(yàn)算。通過(guò)驗(yàn)算表明：該120 m跨，矢跨比為0.25的五心圓鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)各桿件應(yīng)力比均小于1.0，承載力滿足規(guī)范要求；節(jié)點(diǎn)最大豎向位移為-196.1 mm，是跨度的1/612，剛度滿足規(guī)范要求。此鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)豎向剛度大，受力合理，造型美觀，能夠滿足各種大跨空間結(jié)構(gòu)建筑的要求。

倉(cāng)庫(kù) 大跨度鋼管拱桁架 鋼結(jié)構(gòu)工程

大跨度鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)造型美觀，使用空間大，豎向剛度，經(jīng)濟(jì)性好，可以滿足各類儲(chǔ)煤棚、倉(cāng)庫(kù)、體育館、展覽中心等大跨度結(jié)構(gòu)的要求，近年來(lái)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

某拱桁架結(jié)構(gòu)倉(cāng)庫(kù)采用五心圓直接落地圓弧拱桁架，跨度120 m，標(biāo)準(zhǔn)榀之間布置間距為12 m，共10榀，總長(zhǎng)度108 m。單榀拱桁架矢跨比為0.25，采用倒三角形截面形式，截面高4.2 m，寬4.2 m。該拱桁架由五部分圓弧相切連接，其中上弦兩邊1—2網(wǎng)格為豎向，兩邊第3—7網(wǎng)格圓的曲率半徑為12.3 m，中間24個(gè)網(wǎng)格圓的曲率半徑為163.2 m，計(jì)算模型如圖1所示（圖中黑點(diǎn)為側(cè)向約束點(diǎn)）。上弦桿共分36段，每節(jié)桿長(zhǎng)4 377 mm，下弦桿共分35段，每節(jié)桿長(zhǎng)4 264 mm。

圖1 單榀鋼管拱桁架幾何模型（未標(biāo)單位為mm）

1 設(shè)計(jì)荷載與地震作用

根據(jù)該結(jié)構(gòu)屋面做法和使用功能，按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［1］和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］，主要考慮恒荷載、活荷載、雪荷載、風(fēng)荷載和地震作用。

拱桁架屋面和墻面均采用單層壓型鋼板，考慮檁條自重，屋面恒載取0.3 kN/m2，結(jié)構(gòu)自重程序自動(dòng)計(jì)算。大跨度不上人屋面活荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［1］取值為0.5 kN/m2，風(fēng)荷載基本風(fēng)壓取為0.4 kN/m2，基本雪壓為0.35 kN/m2。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］，建設(shè)場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為8度，地震加速度為0.2g，地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為Ⅲ類，地震反應(yīng)譜特征周期為0.45s，罕遇地震下特征周期為0.50s，多遇地震下水平地震影響系數(shù)最大值為0.16，罕遇地震下水平地震影響系數(shù)最大值為0.90，設(shè)計(jì)阻尼比為0.035，采用振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算地震作用。

對(duì)于荷載工況組合，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［1］和《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］考慮主要的荷載組合。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件

根據(jù)《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》［3］規(guī)定，對(duì)該拱架設(shè)置了平面外的穩(wěn)定支撐體系，標(biāo)準(zhǔn)榀之間每隔三段或四段由次桁架連接，防止結(jié)構(gòu)平面外失穩(wěn)。取單榀拱桁架進(jìn)行分析計(jì)算，兩邊支座為鉸結(jié)。采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件SAP2000對(duì)跨度為120 m、矢跨比為0.25的鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，為便于計(jì)算分析，設(shè)計(jì)時(shí)將每三段或四段桿件分為一組，一組截面選用同一種截面形式，且關(guān)于跨中截面呈對(duì)稱分布，上弦桿、下弦桿、豎向腹桿、水平腹桿、水平撐桿各分為5組。結(jié)構(gòu)總用鋼量為43.1 t，每平米用鋼量29.9 kg。拱桁架鋼管均采用Q235B級(jí)鋼，所選用鋼管截面如下頁(yè)表1所示。

3 靜力計(jì)算結(jié)果分析

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力比

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，下頁(yè)表2列出了結(jié)構(gòu)部分桿件的應(yīng)力比，最大應(yīng)力比對(duì)應(yīng)荷載工況組合均為1.2恒+1.4活。

表1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選用截面型號(hào)表

表2 部分桿件應(yīng)力比

由表2可知，各桿件應(yīng)力均由組合“1.2恒+1.4活”控制，說(shuō)明地震作用參與組合對(duì)結(jié)構(gòu)不起主要控制作用。上弦桿、下弦桿應(yīng)力比相對(duì)都比較大，說(shuō)明上、下弦桿主要由強(qiáng)度控制；豎向腹桿左右兩邊距支座處1/4范圍內(nèi)桿件應(yīng)力較大，由強(qiáng)度控制，跨中1/2范圍內(nèi)桿件應(yīng)力比較小，由長(zhǎng)細(xì)比控制；其他桿件應(yīng)力比均比較小，由長(zhǎng)細(xì)比控制?？梢娝袟U件應(yīng)力比均小于1.0，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載力滿足規(guī)范要求。

3.2 節(jié)點(diǎn)位移

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，列出了如表3所示的部分節(jié)點(diǎn)豎向位移，最大位移對(duì)應(yīng)荷載工況組合均為1.0恒+1.0活。

表3 部分節(jié)點(diǎn)豎向位移 mm

從表3中可以看出，在標(biāo)準(zhǔn)組合作用下結(jié)構(gòu)最大節(jié)點(diǎn)豎向位移為-196.1 mm，約為跨度的1/612，小于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》［2］中規(guī)定的限值1/250，結(jié)構(gòu)剛度滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

1）該120 m跨，矢跨比為0.25的五心圓鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)各桿件應(yīng)力比均小于1.0，承載力滿足規(guī)范要求。

2）節(jié)點(diǎn)最大豎向位移為-196.1 mm，是跨度的1/612，剛度滿足規(guī)范要求。

3）鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)豎向剛度大，受力合理，造型美觀，能夠滿足各種大跨空間結(jié)構(gòu)建筑的要求。

［1］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009—2012［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50011—2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］ 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 7—2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

（編輯：胡玉香）

120 m Steel Arch Truss Structure Design

Li Xiaohong1，Du Leiming2
（1.Taiyuan High-speed Rail Land Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030002；2.Shanxi Engineering Vocational College，Taiyuan Shanxi 030009）

As to the project engineering of a warehouse with long-span arch truss structure，this paper conducts static analysis and component calculation by using general finite element software sap2000.The calculation shows that the stress ratio of five heart round steel arch truss structure with 120 m span and 0.25 rise-span ratio is less than 1.0.The bearing capacity meets the specification requirements.The maximum vertical displacement is-196.1 mm，it is 1/612 of the span，the stiffness of which meets the specification requirements.The steel arch truss structure has vertical stiffness and reasonable stress with elegant shape，which can meet the requirements of all kinds of large-span space structures.

warehouse，large span steel arch truss，steel structure engineering

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.06.24

TU208.5

A

1672-1152（2015）06-0067-02

2015-11-19

李曉宏（1980—），男，主要從事建筑工程管理工作，工程師。E-mail:13834528429@163.com