鄭宇 陶帆 胡亮

(1.北京優(yōu)奈特燃?xì)夤こ碳夹g(shù)有限公司 100124；2.深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分院 230088)

引言

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)空間受力清晰合理、 布置靈活、剛度較大、 自重較輕, 能較好地滿足工業(yè)和市政基礎(chǔ)建設(shè)的特殊要求, 目前被廣泛應(yīng)用于大型工業(yè)廠房、 大跨度儲(chǔ)煤棚、 加油加氣站以及飛機(jī)庫等結(jié)構(gòu)中[1]。 自20 世紀(jì)70 年代以來,國內(nèi)外對(duì)平板網(wǎng)架的使用越來越廣泛, 如1970年日本大阪的世界博覽會(huì)主會(huì)館屋面采用平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu), 平面尺寸為 108m × 192m, 6 點(diǎn)支座, 提供了廣闊的視野空間； 2008 年首都機(jī)場(chǎng)A380 機(jī)庫, 采用平板網(wǎng)架屋面, 平面尺寸為176m×176m, 進(jìn)深110m, 提供了同時(shí)滿足多架飛機(jī)同時(shí)檢修的空間, 為亞洲最大的機(jī)庫之一。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的研究較為成熟, 如1995 年日本阪神地震后, 學(xué)者發(fā)現(xiàn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式的建筑經(jīng)過地震后基本完好無損[2]。 我國學(xué)者董石麟[3]、 丁萬尊[4]、 沈祖炎[5]等對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的受力性能和動(dòng)力特性提出了計(jì)算方法, 并提出網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有良好的延性及動(dòng)力特性, 具有較好的抗震能力。

網(wǎng)架結(jié)構(gòu)具有跨度較大、 桿件節(jié)點(diǎn)多、 桿件密布等特點(diǎn), 動(dòng)力特性復(fù)雜, 風(fēng)荷載和地震作用下表現(xiàn)出較為復(fù)雜的振動(dòng)特性, 使結(jié)構(gòu)計(jì)算變得困難。 隨著有限元分析理論的不斷完善,以及計(jì)算機(jī)軟件和硬件的提升和進(jìn)步, 設(shè)計(jì)人員已經(jīng)廣泛使用軟件對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

本文采用Midas Gen 有限元分析軟件, 以加氣站雙層平板大懸挑網(wǎng)架屋面建立計(jì)算模型, 進(jìn)行靜力分析、 穩(wěn)定分析和動(dòng)力分析, 得到網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、 應(yīng)力和撓度, 分析得出大懸挑平板網(wǎng)架非線性屈曲可能, 尋求主要貢獻(xiàn)的振型, 得出主要節(jié)點(diǎn)的時(shí)程響應(yīng)曲線, 從而為平板網(wǎng)架的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒和參考。

1 雙層平板網(wǎng)架有限元模型的建立

1.1 項(xiàng)目概況

加氣站地點(diǎn)位于北京市昌平區(qū), 雙層正四角錐空間網(wǎng)架懸挑屋面, 下設(shè)鋼筋混凝土矩形柱,網(wǎng)架底面標(biāo)高為8.0m, 網(wǎng)架平面尺寸為30m ×25m×1.2m, 平面網(wǎng)格分割如下: 長方向分為12格, 每隔為 2.50m, 短方向分為 10 格, 每格2.50m。 網(wǎng)架高度為1.25m, 封閉網(wǎng)架, 四面均鋪設(shè)屋面板, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用下弦四點(diǎn)支撐, 為滿足燃?xì)鈱I(yè)及建筑專業(yè)要求, 網(wǎng)架四面均外挑6.25m。

1.2 基本假定

雙層平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu), 節(jié)點(diǎn)連接形式可采用螺栓球和焊接球形式, 該網(wǎng)架桿件截面相對(duì)較小,其節(jié)點(diǎn)連接形式選用焊接空心球。 通過文獻(xiàn)調(diào)查研究分析: 無論采用螺栓球還是焊接球, 當(dāng)荷載作用于節(jié)點(diǎn)上, 網(wǎng)架桿件均以軸向力為主, 其剪力和彎矩在考慮節(jié)點(diǎn)剛度貢獻(xiàn)時(shí), 均可以忽略[6]。 結(jié)構(gòu)均處在材料的彈性工作階段, 可以忽略桿件材料的彈塑性工作階段以及塑性工作階段, 并且忽略材料的非線性。 模型建立前, 進(jìn)行如下假定:

(1)假定桿件節(jié)點(diǎn)的剛度可以忽略, 均為空間鉸接點(diǎn), 桿件均只承受軸向壓力和拉力, 忽略剪力和彎矩；

(2)假定桿件均處在彈性工作階段, 計(jì)算位移時(shí), 采用小撓度彈性理論進(jìn)行計(jì)算；

(3)假定網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的材料遵循線性虎克定律,工作階段處在材料線性彈性階段。

1.3 有限元模型建立

加氣站屋面采用正方四角錐雙層網(wǎng)架結(jié)構(gòu),下弦四點(diǎn)混凝土矩形柱支撐, 平板網(wǎng)架頂面、 底面及側(cè)面均鋪貼彩色鋼板, 雙面沿柱內(nèi)排水, 屋面坡度為2%, 找坡方式為變化高度的立管支托找坡。 網(wǎng)架平面尺寸為 30m ×25m ×1.2m, 網(wǎng)架厚度為1.25m, 網(wǎng)架四面均沿柱軸心外挑6.25m, 網(wǎng)架支撐點(diǎn)距離為17m 和12m, 跨厚比l/h=13.60, 網(wǎng)格尺寸為2.5m ×2.5m, 桿件采用Q235B 級(jí)普通鋼管, 上弦桿采用 D60.0 ×3.50, 支柱上方上弦桿采用 D77.5 ×3.75。 下弦桿采用D60.0 ×3.50, 支柱節(jié)點(diǎn)兩跨內(nèi)下弦桿采用 D77.5 ×3.75, 腹桿采用 D60.0 × 3.50, 支柱節(jié)點(diǎn)處腹桿采用 D88.5 × 4.00, 采用螺栓球節(jié)點(diǎn)。

采用通用有限元軟件Midas Gen(2019 版),建立平板網(wǎng)架計(jì)算模型, 進(jìn)行前處理, 考慮網(wǎng)架的螺栓球節(jié)點(diǎn)僅考慮軸向力傳遞, 桿單元采用桁架單位類型, 這種單元可以模擬桿件僅承受軸向力的受力假定。 空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析模型中, 經(jīng)過統(tǒng)計(jì)共有311 個(gè)桿件節(jié)點(diǎn)、 1144 個(gè)桿件單元、 其中262 個(gè)上弦桿單元、 572 個(gè)腹桿單元、 310 個(gè)下弦桿單元。 網(wǎng)架采用下弦四點(diǎn)支撐, 支座為鋼筋混凝土矩形柱。 網(wǎng)架模型見圖1。

圖1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)有限元模型Fig.1 Finite element model of grid structure

2 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)靜力分析

2.1 支座剛度的計(jì)算

本次平板網(wǎng)架支座設(shè)置在下弦四個(gè)節(jié)點(diǎn), 如圖1 所示。 支座連接均采用球節(jié)點(diǎn)支座, 計(jì)算假定四個(gè)支座節(jié)點(diǎn)均為鉸接點(diǎn), 節(jié)點(diǎn)參數(shù)的選取盡量與支座的實(shí)際受力相吻合。 四個(gè)支撐點(diǎn)下設(shè)獨(dú)立鋼筋混凝土矩形柱, 截面尺寸為720mm ×720mm, 考慮基礎(chǔ)埋置深度, 實(shí)際混凝土柱的計(jì)算高度為9.00m。 根據(jù)網(wǎng)架跨度、 荷載大小及支座數(shù)目, 初步選定橡膠墊板尺寸為長×寬×厚=250mm×300mm×11mm。

橡膠支座抗壓模量Er根據(jù)形狀系數(shù)β的值選取[7]:

經(jīng)過插值法, 可以求得Er= 348.8N/mm2,橡膠支座豎向和側(cè)向剛度為:

式中:E為橡膠墊板的抗壓彈性模量；A為墊板承壓面積；d0為橡膠層的總厚度；G為橡膠墊板剪切模量。

獨(dú)立鋼筋混凝土矩形柱的豎向剛度為:

柱子兩個(gè)水平方向的側(cè)向剛度分別為:

參考剛度串聯(lián)的計(jì)算原理及計(jì)算公式, 將橡膠墊板剛度與支撐結(jié)構(gòu)剛度進(jìn)行組合[8], 分別求得相應(yīng)的組合豎向剛度與組合側(cè)向剛度Kz、Kx、Ky:

2.2 模型靜力分析

網(wǎng)架模型建立過程中進(jìn)行簡化, 將實(shí)際受到的面荷載轉(zhuǎn)化為球節(jié)點(diǎn)上的集中點(diǎn)荷載。 屋面恒荷載、 屋面活荷載、 風(fēng)荷載、 檢修荷載、 溫度作用和雪荷載按不同工況施加, 考慮活荷載的互斥, 并在計(jì)算中尋找最不利荷載組合工況。 本工程網(wǎng)架頂面、 底面及四周均覆蓋彩色鋼板, 鋼板及檁條自重為0.35kN/m2(含檁條), 屋面活荷載為0.50kN/m2, 下弦考慮懸掛附屬構(gòu)件、 檢修等附屬構(gòu)件的恒荷載取值0.15kN/m2, 并考慮溫差+40℃及-20℃的溫度作用。

網(wǎng)架的位移變形計(jì)算結(jié)果見圖2(最大位移291 節(jié)點(diǎn)涂紅), 應(yīng)力計(jì)算云圖見圖3。

圖2 網(wǎng)架位移變形結(jié)果(單位: mm)Fig.2 Displacement and deformation results of grid structure(unit: mm)

圖3 網(wǎng)架應(yīng)力計(jì)算云圖(單位: MPa)Fig.3 Cloud chart of grid stress calculation(unit: MPa)

由圖2 可知, 網(wǎng)架的位移最大點(diǎn)出現(xiàn)在網(wǎng)架的懸挑網(wǎng)架端部, 原因是網(wǎng)架四周懸挑較大均為6.25m, 使得在同樣的節(jié)點(diǎn)荷載下, 跨中的節(jié)點(diǎn)最大位移比端部的節(jié)點(diǎn)位移小。 網(wǎng)架撓度變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律, 趨勢(shì)明顯, 最大位移點(diǎn)發(fā)生在節(jié)點(diǎn)291, 其最大撓度為34.63mm,小于網(wǎng)架的容許撓度17000/250 =68mm, 滿足安全使用要求。

由圖3 可知, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)桿件應(yīng)力表現(xiàn)為不均勻分布, 支座處的弦桿和腹桿的應(yīng)力最大, 為主要受力桿件。 此次計(jì)算的網(wǎng)架為平面對(duì)稱結(jié)構(gòu),在豎向荷載作用下, 上弦桿承受壓力, 下弦桿承受拉力, 最大拉力發(fā)生在支座位置的下弦桿, 為73.20kN, 最大壓力發(fā)生在支座位置的上弦桿,為156.35kN, 最大壓應(yīng)力為184.97MPa, 最大拉應(yīng)力為146.74MPa, 均滿足《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB50017 -2017)[9]及《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 7 -2010)[10]的要求, 此時(shí)最大應(yīng)力比為0.860, 材料性能利用水平較好。

3 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定分析

《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[10]第4.3.1 條規(guī)定, 需要進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算的網(wǎng)架包括單層網(wǎng)殼以及厚度小于跨度1/50 的雙層網(wǎng)殼。 由于本文計(jì)算網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屬于雙層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu), 厚度與跨度的比值為1/13.6, 遠(yuǎn)大于1/50, 故根據(jù)規(guī)范規(guī)定可以不進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算, 本文考慮驗(yàn)證規(guī)范的規(guī)定, 利用Midas Gen 軟件對(duì)網(wǎng)架模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

網(wǎng)架的穩(wěn)定性按幾何非線性的有限元法進(jìn)行, 分析隨著荷載施加, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)位移變化的全過程, 迭代方程如下:

式中:Kt為t時(shí)刻結(jié)構(gòu)的切線剛度矩陣； ΔU(i)為當(dāng)前位移的迭代增量；F(t+Δt)為(t+Δt)時(shí)刻外部所施加的節(jié)點(diǎn)荷載向量；時(shí)刻相應(yīng)的桿件節(jié)點(diǎn)內(nèi)力向量。

《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[10]第4.3.3 規(guī)定,在進(jìn)行網(wǎng)架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析時(shí), 應(yīng)該考慮材料非線性和幾何缺陷。 在考慮幾何缺陷時(shí), 初始幾何缺陷存在最低階屈曲模態(tài)中, 節(jié)點(diǎn)模態(tài)向量分別與最大跨度的l/300 進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算疊加, 具體操作如下:

首先, 對(duì)模型進(jìn)行屈曲模態(tài)分析, 得出屈曲模態(tài)中x、y、z三個(gè)方向的模態(tài)向量, 最大位移對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)號(hào)為291, 并求出該節(jié)點(diǎn)三個(gè)方向模態(tài)向量的平方和開根號(hào)數(shù)值, 用缺陷最大值與此數(shù)值的比值, 分別與屈曲模態(tài)中所有節(jié)點(diǎn)的模態(tài)向量對(duì)應(yīng)求出乘積, 并分別線性增加至對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)中, 從而得出考慮初始幾何缺陷用于進(jìn)行非線性響應(yīng)分析的空間有限元模型, 屈曲模態(tài)見圖4。

圖4 網(wǎng)架模型屈曲模態(tài)(單位: mm)Fig.4 Buckling Mode of Grid Model(unit: mm)

其次, 對(duì)調(diào)整幾何缺陷后的模型進(jìn)行幾何非線性響應(yīng)分析, 采用位移控制法進(jìn)行分析, 位移迭代步驟數(shù)量設(shè)定為50 次, 子步驟迭代次數(shù)設(shè)定為50 次, 主節(jié)點(diǎn)考慮291 節(jié)點(diǎn)的豎向位移Dz,最大控制位移數(shù)值假定為基點(diǎn)向下500mm, 再進(jìn)行非線性分析計(jì)算, 得到291 節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定系數(shù)曲線見圖5。

圖5 網(wǎng)架模型穩(wěn)定分析結(jié)果Fig.5 Stability Analysis Results of Grid Model

非線性屈曲分析結(jié)果可知, 該雙層平板懸挑網(wǎng)架最大位移節(jié)點(diǎn)發(fā)生在網(wǎng)架懸挑的端部。 考慮幾何初始缺陷的非線性響應(yīng)分析結(jié)果表明, 整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)為475, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出靜力分析結(jié)果, 結(jié)構(gòu)本身不會(huì)發(fā)生非線性屈曲, 也進(jìn)一步驗(yàn)證《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[10]中關(guān)于網(wǎng)架穩(wěn)定問題的前置條件。

4 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析

4.1 模態(tài)分析

模態(tài)分析是在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)自身固定特性的分析基礎(chǔ)上, 分析結(jié)構(gòu)本身在外力作用下自身振動(dòng)的特性, 包括固有頻率和振型, 從而分析出結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)動(dòng)力[11,12]。 采用Midas Gen 軟件進(jìn)行模態(tài)分析, 通過結(jié)構(gòu)的振動(dòng)方程來分析結(jié)構(gòu)自身的模態(tài)頻率和模態(tài)振型等, 并分析各個(gè)模態(tài)振型的變化及規(guī)律, 從而表征整個(gè)結(jié)構(gòu)的固有特性。

通過計(jì)算得出結(jié)構(gòu)的自振頻率及周期, 前5階振型見圖6, 結(jié)構(gòu)前10 階自振頻率見表1。 通過對(duì)平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析可以發(fā)現(xiàn), 結(jié)構(gòu)在前3 階變化較大。 平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)各振型的震動(dòng)特性相對(duì)接近, 3 階以上振型均以豎向震動(dòng)為主,水平振動(dòng)貢獻(xiàn)較少, 其余振型有些細(xì)微的差別,貢獻(xiàn)較小。

圖6 網(wǎng)架前五階振型Fig.6 Top 5 Vibration Modes of Grid Structure

表1 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)前十階自振頻率Tab.1 Top 10 Natural Rrequencies of Grid Structure

4.2 振型分解反應(yīng)譜分析

本工程位于北京市昌平區(qū), 地震基本烈度為8 度, 設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.20g, 特征周期Tg=0.35s, 設(shè)計(jì)地震分組為第二組, 場(chǎng)地類別為 II 類。

利用選取的反應(yīng)譜進(jìn)行地震作用參與組合的模型反應(yīng)分析, 可以得出桿件內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見圖7, 桿件應(yīng)力結(jié)果見圖8, 位移輸出結(jié)果見圖9。

圖7 桿件內(nèi)力計(jì)算結(jié)果(單位: kN)Fig.7 Internal Force Calculation Results of Members(unit:kN)

圖8 桿件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(單位: MPa)Fig.8 Member Stress Calculation Results(unit: MPa)

圖9 桿件位移計(jì)算結(jié)果(單位: mm)Fig.9 Member Displacement Calculation Results(unit: mm)

由圖7、 圖8 和圖9 可知, 振型反應(yīng)譜法計(jì)算得到地震單工況下最大內(nèi)力桿件為腹桿支座處, 最大內(nèi)力為 12.84kN, 此處最大應(yīng)力為13.0MPa, 最大豎向位移發(fā)生在網(wǎng)架懸挑端部的角部, 最大豎向位移為12.8mm, 出現(xiàn)位置及規(guī)律與非地震工況下的結(jié)果一致。

4.3 時(shí)程響應(yīng)分析

利用時(shí)程分析法對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震響應(yīng)分析時(shí), 在模型中直接輸入地面震動(dòng)加速度記錄,此時(shí)輸入的地面震動(dòng)記錄比較重要, 不同的地震波, 會(huì)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的震動(dòng)響應(yīng), 模型計(jì)算出的內(nèi)力和位移結(jié)果必定存在差異。 因此, 地震波的選擇是否合理, 決定著計(jì)算結(jié)果與工程實(shí)際相符合的程度。 根據(jù)地震工程理論可知, 地面震動(dòng)的三要素分別是: 地面震動(dòng)頻譜特征、 地面震動(dòng)有效峰值和地面震動(dòng)持續(xù)時(shí)間。

對(duì)于地震波的選取, 需要結(jié)合擬建場(chǎng)地類別、 設(shè)防烈度指標(biāo)來綜合選定, 使得所計(jì)算的模型能夠更接近實(shí)際及具有可靠性和針對(duì)性, 因此選用的地震波均滿足地面震動(dòng)三要素, 計(jì)算的地震響應(yīng)才是真正可靠的地震響應(yīng)。

本文應(yīng)用地震作用瞬態(tài)動(dòng)力響應(yīng)法進(jìn)行計(jì)算, 根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB 50011 -2010)(2016 年版)規(guī)定[13], 選取適用于II 類場(chǎng)地的El-Centro 強(qiáng)震記錄對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行常遇地震作用下的時(shí)程響應(yīng)分析, 其規(guī)定的時(shí)間間隔為0.02s, 總作用時(shí)間調(diào)整為與地震波時(shí)長一致的56s, 采用水平向X: 水平向Y: 豎向Z地震波強(qiáng)度比值為1∶0.85∶0.65 進(jìn)行三向地震輸入,模型關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)(291 號(hào)節(jié)點(diǎn))位移時(shí)間變化曲線如圖10 所示。

4.4 反應(yīng)譜與時(shí)程結(jié)果的對(duì)比分析

表2 分別給出了在地震豎向單獨(dú)工況下, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型分別在反應(yīng)譜響應(yīng)和最大時(shí)程響應(yīng)下結(jié)果的對(duì)比分析, 其中百分比為反應(yīng)譜分析結(jié)果與時(shí)程分析結(jié)果的比值百分?jǐn)?shù)。 分析結(jié)果表明,反應(yīng)譜時(shí)程分析計(jì)算地震作用的結(jié)果, 均大于振型分解反應(yīng)譜分析結(jié)果, 振型分解反應(yīng)譜計(jì)算地震作用約為時(shí)程反應(yīng)譜分析法計(jì)算地震作用的65% ～85%之間, 這種結(jié)果的差異主要反映在地震波的選取上。

圖10 節(jié)點(diǎn)位移隨時(shí)間變化曲線Fig.10 Curve of Node Displacement with Time

表2 反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法的結(jié)果對(duì)比Tab.2 Comparison of the Results of Response Spectrum Method and Time History Analysis Method

4.5 不同地震波的影響

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[13]第5.1.2 條規(guī)定, 結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析時(shí), 應(yīng)按建筑場(chǎng)地類別和設(shè)計(jì)地震分組選用實(shí)際強(qiáng)震記錄與人工模擬的加速度時(shí)程曲線, 其中實(shí)際強(qiáng)震記錄的數(shù)量不應(yīng)小于選取總數(shù)的2/3, 多組時(shí)程曲線的平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振型分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符, 彈性時(shí)程分析時(shí), 每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力應(yīng)不小于振型分解反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果的65%, 多條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不應(yīng)小于振型反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%； 8 度及9 度地區(qū)平面投影尺寸很大的空間結(jié)構(gòu), 應(yīng)采用時(shí)程分析方法進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

本文模型按照規(guī)范要求選擇El -Centro 波、Taft 波和Lan1 波對(duì)雙層網(wǎng)架模型進(jìn)行分析計(jì)算,分別對(duì)豎向地震作用和三向地震作用進(jìn)行考慮,計(jì)算結(jié)果見表3。 對(duì)于時(shí)程分析, 在三向輸入地震波時(shí), 考慮行波效應(yīng)時(shí), 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件受力會(huì)急劇放大[14]。 由于本文的網(wǎng)架跨度不大, 在地震波三向輸入時(shí), 可不考慮地震行波效應(yīng)的影響。

表3 雙層網(wǎng)架的位移最大值Tab.3 Maximum Displacement of Double Layer Space Truss

由計(jì)算結(jié)果可知, 在所選的地震波下, 節(jié)點(diǎn)位移響應(yīng)幅值變化規(guī)律遵循El-Centro 位移＞Taft位移＞Lan1 位移, 偏于安全考慮, 可以采用El-Centro 波的地震響應(yīng)值作為參照設(shè)計(jì)結(jié)果。 時(shí)程分析法計(jì)算時(shí), 根據(jù)建筑場(chǎng)地類別和地震分組兩個(gè)因素需選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線。 本文中所選的三組地震波所得計(jì)算結(jié)果的平均值不小于反應(yīng)譜計(jì)算值的85%, 驗(yàn)證了所選地震波的可靠性。

5 結(jié)論

1.平板網(wǎng)架采用下部節(jié)點(diǎn)約束, 對(duì)于整個(gè)網(wǎng)架約束較強(qiáng), 主要貢獻(xiàn)振型集中在前幾個(gè)振型,其余振型的貢獻(xiàn)不大。

2.大懸挑平板網(wǎng)架屋面, 端部位移較跨中位移增加。 桿件應(yīng)力表現(xiàn)為不均勻分布, 支座處的弦桿和腹桿的應(yīng)力最大, 為主要受力桿件。

3.對(duì)于時(shí)程分析, 在三向輸入地震波時(shí), 考慮行波效應(yīng)時(shí), 大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件受力會(huì)急劇放大。 本文的網(wǎng)架跨度不大, 可不考慮地震行波效應(yīng)的影響。 本設(shè)計(jì)網(wǎng)架屋面設(shè)計(jì)采用El-Centro 波下的響應(yīng)最為安全。

在設(shè)計(jì)中, 應(yīng)適當(dāng)提高相應(yīng)部位的桿件型號(hào), 在位移較大的網(wǎng)架懸挑端部, 加強(qiáng)網(wǎng)架主體與屋面板之間的可靠連接, 防止屋面結(jié)構(gòu)的過大位移, 確保結(jié)構(gòu)安全可靠。