某大跨度钢桁架连体结构选型.pdf

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1、DOI：10．3969／j．issn．1672—4011．2013．04．022某大跨度钢桁架连体结构选型姜光普(同济大学建筑工程系，上海200092)摘要：高位大跨度连体自身受力复杂，对结构整体受力特性影响较大，因此本文针对某具体工程的连体结构部分进行了结构选型分析，比较了空腹式、下承式、斜拉式和混合斜拉下承式四种桁架布置形式下结构连体部分的受力特性和结构整体的受力特性，分析结果表明斜拉式桁架竖向刚度大，受力均匀，竖向规则性好，为最优方案。关键词：连体结构；钢桁架；结构选型中图分类号：TU393．3文献标志码：B文章编号：1672—4011(2013)04—0052—021工程概况本工程位于

2、河北省邯郸市，为大跨双向多塔连体结构。第五一十层为连体，下部为六个钢筋混凝土核心筒。核心筒拟采用钢筋混凝土剪力墙，局部区域埋置型钢。六个核心筒刚度不完全相同。连接体拟采用空间钢桁架，形成横向一跨、纵向两跨连体，横向跨度约为32m，纵向最大跨度约为40m，连体高度约为28m。纵向连体桁架端部悬挑8m，横向连体外悬挑4m。纵向主连体的边桁架支撑于横向悬臂桁架端部。结构模型如图1所示。本项目结构设计使用年限为50年，安全等级为一级，抗震设防类别为重点设防类(乙类)，抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度为O．15g，设计地震分组为第一组，特征周期为0．45s。钢结构抗震等级为一级，混凝土框架抗震等级为

3、一级，剪力墙抗震等级一级。图1结构模型示意图2连体结构选型研究连接体是高层连体结构中最关键的部位之一，其自身受力和对结构整体受力特性的影响受到广泛关注。本工程中，连体处于高位且跨度很大，有必要对连接体的结构选型进行分析研究。下面将从连体竖向刚度、塔楼整体侧向刚度和连接体静力特性等方面进行参数分析，寻找最优的连体结构布置形式。2．1连体选型方案本工程连体部分为六层，纵向两跨，横向一跨，分别作者简介：姜光普(1989一)，男，山东济宁人，硕士研究生，研究方向为钢结构。与两侧塔体刚性连接，为了尽量减轻连体重量，增加连体结构延性，采用钢桁架连体形式，但是桁架具体的选型需要计算分析确定。本文分别选用空腹

4、式、下承式、斜拉式和混合斜拉下承式四种桁架布置形式，只改变纵向连体的桁架形式，横向连体不变，对比研究连体部分的结构受力特性。空腹式桁架在连接体初始布置的基础上将竖腹杆加密一倍；下承式桁架在连体底部三层布置交叉斜腹杆；斜拉式桁架在桁架的两端各布置三道贯穿连体高度的斜腹杆，混合斜拉下承式桁架在连体底层布置V型支撑，两端各布置三道贯穿连体高度的斜腹杆(见图2)。以上布置方案中，钢桁架的水平构件和竖向构件均采用相同的杆件截面尺寸，斜腹杆截面有所不同，但保持斜腹杆构件和添加的竖杆的总用钢量基本不变，在此前提下全面比较连体结构的受力特性。a．空腹式b．下承式C．斜拉式d．混合斜拉下承式图2桁架布置形式示意

5、图2．2连体受力特性比较对于大跨度高层连体，承受较大的恒荷载和活荷载作用，研究结果表明竖向恒荷载是连体结构的控制荷载，是连体结构的主要选型因素，因此下文主要研究连接体在竖向恒荷载作用下的刚度和内力分布。2．2．1连体竖向刚度选择40m跨度连体边品桁架底层跨中的点为连体竖向挠度监测点，各方案在恒荷载DL工况下的竖向挠度如图3所示。可以很明显的看到空腹式桁架的挠度远远超过其他三种方案，即其竖向刚度很小，所以加竖腹杆并不能有效增加连体竖向刚度。斜拉式桁架的竖向挠度比下承式桁架要小，主要是它的传力路径明确，可以有效地把连体恒载通过斜腹杆轴拉力传到两侧核心筒上，结构效率很高，从而减少了连体底部竖向位移。

6、混合斜拉下承式桁架的传力路径不直接，其竖向挠度反而大于下承式桁架和斜拉式桁架。综上，在竖向刚度方面，斜拉式桁架为较优方案。2．2．2连体构件内力选择跨度为40m的连体的边品桁架做为分析对象，四种桁架布置在恒荷载工况下各类构件的内力最大值见表1。MIDAS中梁不计算轴力。空腹式桁架弦杆弯矩很大，最大值为5378kN·m，竖腹杆的轴力很小，弯矩较大，连体内力的传递主要依靠构件的弯曲机制来实现，传力路径冗长，荷载不能从连体高效地传到两侧的核心筒上，导致连体内力很大。下承式桁架下部边跨弦杆和斜腹杆受力较大，竖腹杆受力较小，表现为典型的桁架受力特征。连体下部带斜腹杆的3层组成转换层，传力路径较明确，结构

7、效率较高。斜拉式桁架的弦杆弯矩和斜腹杆应力均为四种方案中最小，其传力路径简单，类似于斜拉桥⋯，效率最高，且其斜腹杆均为受拉构件，可以有效地避免压杆失稳问题。混合斜拉下承式桁架底部一层为转换层，上部为几束拉杆，传力效率较高，但是部分构件的内力均大于斜拉式或下承式，不能有效达到平均斜拉和下承两种方案杆件内力的效果。综上，斜拉式桁架方案构件受力平均且较小，为较优方案。同时可以看到，跨中部分构件的内力会比