网架-混凝土结构共同工作效应的研究

谌 文，郑 敏

(1.北方工程设计研究院有限公司武汉分公司，武汉 430205；2.湖北经济学院，武汉 430205)

网架-混凝土结构共同工作效应的研究

谌 文1，郑 敏2

(1.北方工程设计研究院有限公司武汉分公司，武汉 430205；2.湖北经济学院，武汉 430205)

以某礼堂网架-混凝土结构为例，比较了是否考虑网架和混凝土共同作用两种计算结果，得到网架和混凝土的共同作用程度。同时分析了网架和混凝土的阻尼不同取法对地震响应的影响程度。分析表明：设计中应充分考虑钢结构-混凝土结构协同工作效应，阻尼是否统一取值对地震响应影响不大。

网架; 混凝土结构; 共同作用

随着社会的发展以及人民生活水平的提高，人们对大空间的追求越来越迫切，大跨度结构应运而生。为了充分利用混凝土和钢结构的优点，大跨度结构的一种普遍做法是将钢结构部分支承在下部混凝土结构上，这样的情况在体育馆，游泳池，集会厅等工程中不乏少数。为简化分析，常把此类体系的屋盖结构与下部结构体系分开考虑。实际上，钢结构支承于混凝土结构之上，由于作为钢结构支座的下部混凝土结构的刚度有限，同时还存在着混凝土材料的收缩、徐变、支座的变位等因素，使得分开计算所得结果不能真实反映下部混凝土结构、钢结构与混凝土结构的连接支座约束对大跨度钢结构受力状态及安全性能的影响，从而造成整体结构在各种荷载作用下的变形受力性能与上下部结构单独分析时的结果存在差异。因此，有必要对这种计算方法进行评估，找出合理的计算方法，降低误差。

该文以某礼堂网架-混凝土结构为例，比较了是否考虑网架和混凝土共同作用两种计算结果，得到网架和混凝土的共同作用程度。同时分析了网架和混凝土的阻尼不同取法对地震响应的影响程度。

1 工程概况

该工程共2层，檐口高度为9.000 m，由于集会厅跨度较大，达到32.2 m，故屋盖采用网架结构，网架高度1.800 m，其中上、下弦均采用φ140×10无缝钢管，腹杆采用φ114×4的无缝钢管，材质为Q345。6度设防烈度，第一组，场地类别III类。具体详见图1，图2。

2 结构计算参数

目前很多工程在设计中将屋盖与下部结构分开进行计算分析，常用3D3S，MIDAS GEN，SAP2000，ANSYS,ABAQUS对钢屋盖进行有限元分析，用PKPM，ETABS，MIDAS BUILDING对屋盖下部结构进行设计。本工程分别采用3D3S，STWJ(PKPM模块)，YJK软件计算分析钢屋盖部分，分别用PMSAP，YJK软件计算混凝土部分。

对于网架等空间结构，一般应设置支座，并通过支座和下面的普通楼层连接，建模时在支座处用一根斜杆模拟支座。当采用模拟施工时，必须注意施工次序是否正确。YJK软件在布置荷载时，引入了蒙皮导荷的概念(蒙皮导荷是指沿着杆件或者墙面边界形成一个面，在该面上赋值面荷载)，软件可将面荷载沿着该面的投影方向或法向进行荷载导算，将荷载导算到面的周边节点上。

3 结构计算分析

3.1 屋盖与下部结构模型计算

先计算屋盖，通过屋盖计算得到的支座反力施加给下部结构，进行下部结构的计算(分开计算)；然后进行屋盖和下部结构整体建模计算(整体计算)。下面分析分开计算和整体计算下屋盖和下部结构在小震作用的变形和反力。

图3、图4为屋盖竖向变形云图，分开计算时屋盖的最大竖向位移为56.060 mm，整体计算时屋盖的最大竖向位移为61.143 mm，相差8.31%。

由表1可知，分开计算与整体计算的X向基底反力相差16%，Y向基底反力相差40%，Z向基底反力相差25%。分开计算比整体计算的屋盖的最大竖向位移和屋盖桁架的最大应力均小，而分开计算比整体计算的基底反力大，说明分开计算对屋盖偏不利，对下部结构偏安全。

表1 分开计算和整体计算结果比较

3.2 屋盖与下部结构阻尼比设置

由3.1可知，结构应按整体计算，下面所作计算均为在整体计算下的结果。为研究阻尼比不同取法对地震响应的影响。分别计算了屋盖和下部结构设置相同的阻尼比和不同阻尼比的两种情况：屋盖和下部结构设置相同的阻尼比0.03；屋盖和下部结构设置不同的阻尼比，其中屋盖钢结构阻尼比为0.02，下部混凝土结构阻尼比为0.05。图5、图6和表2分别给出屋盖和下部结构在小震作用下的变形和反力。

全模型同阻尼比时屋盖的最大水平位移为5.193 mm，不同阻尼比时屋盖的最大水平位移为5.476 mm，相差5.0%。

由表2可知，同阻尼比与不同阻尼比的X向基底反力相差0.1%，Y向基底反力相差0.1%。结构整体上部与下部设置不同阻尼比对结构的影响不大。

表2 阻尼比不同取法计算结果

4 结 语

通过以上分析可知，考虑下部混凝土框架结构的作用后，上部钢结构的位移和内力均有较大的增长，设计时应重视这种钢结构-混凝土结构协同工作的作用。阻尼比是否统一取值对地震响应的影响不大。

[1] GB 50011—2010混凝土结构设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

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[8] 严 慧.斜拉网架的结构特性及其设计应用研究[J].建筑结构，1996，(1)：14-20.

Study of Space Truss-concrete Structures Interaction

SHEN Wen1，ZHENG Min2

(1.Wuhan Branch,Northern Engineering Design and Research Institute Ltd,Wuhan 430205,China;2.Hubei University of Economics, Wuhan 430205,China )

A certain hall grid-concrete structure as an example, the interaction between the grid and the concrete was studied based on two calculation results of whether the interaction between the grid and the concrete was considered.Simultaneous the influence of the two different extraction method for damping to seismic response was studied.The analysis shows that: the interaction between the truss and the concrete should be fully taken into account in the design, and the two different extraction method for damping had a little effects on seismic response.

space truss structure; concrete structure; interaction

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.017

2015-01-05.

谌 文(1977-)，工程师，硕士.E-mail:sheng_wen26@126.com

郑 敏(1981-)，讲师，博士.E-mail:zheng_min1221@126.com