大跨度正交平面桁架钢屋盖设计优化与分析.pdf

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1、大跨度正交平面桁架钢屋盖设计优化与分析汤剑丁世涛孙忠国中国建筑第七工程局有限公司总承包公司郑州450004摘要：某工程大跨度钢屋盖设计采用正交平面管桁架结构形式，其跨度达117．90m。结合工程实践，介绍了大跨度屋盖整体设计方案选型及优化、管桁架设计及优化、大跨度正交平面管桁架设计技术研究、钢屋盖支座设计及优化等内容。较常用钢结构屋架形式而言。该管桁架结构的设计用钢量减少约44．50％，相关的优化与分析可供类似设计参考。关键词：大跨度空间结构正交平面桁架钢桁架屋盖优化与分析中图分类号：TU231文献标志码：BDOI：10．14144／j．cnki．jzsg

2、．2015．11．027DesignOptimizationandAnalysisofLong-SpanOrthogonalPlaneTrussSteelRoofTANGJianDINGShitaoSUNZhongguoChinaConstructionSeventhEngineeringDivisionCorp．，Ltd．Zhengzhou4500041工程概况一2大跨度屋盖整体设计方案选型及优化河南省长葛市新城区某体育馆为乙级体育建筑，建大跨度空间结构的类型和形式十分丰富，有网架结筑面积16188．20m。建筑南北向长度为160．40m，东西构、网壳结

3、构、管桁架结构、悬索结构、膜结构、索膜结向长度为108m，地上4层，地下1层。建筑最高点标高为构等。针对本工程跨度大的特点，我们对网架结构和管桁24．97In。屋盖由正交平面桁架组成，屋盖管桁架结构由11架结构2种方案进行对比分析[1l。榀主桁架、6榀次桁架、3榀环桁架及4榀角桁架组成。整个1)网架结构。网架结构的设计特点是由于杆件之间屋面平面呈圆角矩形状，尺寸为117．90mx72．90m。桁架的相互支撑作用，很多杆件从两个方向或多个方向有规律最高高度达3．02m。屋盖设计340根规格为西5mmx37mm地组成高次超静定空间结构，它不仅刚度大、整体性好、

4、的钢绞线拉索，设计内力50kN(图1、图2)。抗震能力强，而且能够承受由于地基不均匀沉降带来的不利影响，即使在个别杆件受到损伤的情况下，也能自动调节杆件的内力，从而保证结构的安全。但网架结构也有自身的局限性，网架的高跨比可取1／10～1／18，本工程网架高度至少取4m，网格划分较大，上下弦杆和腹杆的整体稳定性较差，材料强度难以充分发挥，经济性差。本工程跨度较大，但网架的整体性较好，气温及地震作用的影响比较图1体育馆效果图大，为保证下部结构的安全，上部网架的支座应采用橡胶支座，以释放支座的弯矩，水平方向相当于刚度较小的弹簧支座，这种做法会导致网架结构中间部位

5、的竖向位移较大，不但影响结构的造型，而且过大的变形会导致屋面积水，给结构本身安全性和后期的使用带来不利影响，通过效果图和剖面图可知，屋面和各种弧线通过网架的方式将很难实现。图2正交平面桁架屋盖BIM模型2)管桁架结构。与网架结构相比，管桁架钢结构大部分节点采用钢管相贯焊接节点，管桁架结构省去下弦纵向杆件和网架的球节点，可满足各种不同建筑形式的要求，作者简介：汤剑(1979_一)，女，本科，工程师。通信地址河南省郡州市金水蠡城东jI8号(45OOo4)。尤其是构筑圆拱和任意曲线形状比网架结构更有优势，具二．蔓童蟊．誊鱼蔓§“-蠹萋荤董善有明快的传力方式。且该

6、结构本身刚度较大，可成榀制2015．11·BuildingConstruction衄；{；兰型查里堕垦垩窒兰里塑星苎堡垡兰坌堑作，节省材料用量，且施工方便，随着研究的不断深入以2)应力变形对比：以控制应力比0．85进行优化设计，及制作成本的降低，管桁架结构较网架结构具有独特的优三角桁架的跨中位移为69．88mm，挠度为1／1043。平面桁越性和实用性，结构用钢量也较经济。经综合比较分析，架的跨中位移为9O．58mm，挠度为1／804。根据《空间网格本工程屋盖设计采用管桁架结构。技术规程》(JGJ7—201O)可知最大挠度限值为1／250，故2种方案均能满足

7、规范要求。3管桁架设计及其优化3)含钢量分析：经材料统计可知，三角空间桁架结三角形空间管桁架结构体系与平面桁架相比，其稳构的总体用钢量为1168．84t，平面正交桁架的用钢量为定性和工作性能都有所提高和改善，但仍属于单向受力结648．76t，采用平面正交桁架节省大约520t钢材，大大节省构，其平面外刚度和稳定性较差，因此屋面和墙面支撑体了屋盖总造价。系的设置必不可少，而现在屋面和墙面材料日趋轻质化，通过以上计算分析比较可知，采用三角空间桁架对结这就使得支撑屋面和墙面的钢管桁架的主管都可能受到拉构整体稳定性极限承载力的提高影响非常有限，不仅浪费力或压力，而屋

8、面和墙面系统只能对钢管桁架的一侧主管了材料，而且由于构件冗余而影响