网架屋面与下部钢框架结构整体计算方法

2016-04-19汪勇

河南建材 2016年2期

关键词：网架框架结构计算方法

汪勇

博亚（福建）建筑设计有限公司（361000）

网架屋面与下部钢框架结构整体计算方法

汪勇

博亚（福建）建筑设计有限公司（361000）

大跨度网架的应用越来越广泛，独立的简化计算模型与边界条件的假定已经无法满足设计的要求，需要结合空间软件对结构进行整体分析，因此，这里论述了网架屋面结构与下部钢框架结构整体计算的重要性及实际计算方法。

网架屋面；下部钢框架结构；整体计算

0 概述

20世纪以来，在全世界范围内空间结构得到了很大的发展。所谓“空间结构”是相对平面结构而言，具有三维作用的特性，可以看作平面结构的扩展和深化。空间结构问世以来，以其高效的受力性能、新颖美观的形式和快速方便的施工受到人们的欢迎。在需要大跨度及大空间的体育场馆、会展中心、文化设施、交通枢纽、工业厂房，无不见到空间结构的踪影。

目前,现有的网架计算方法是把网架和下部结构分开来计算。在分析时,把网架支座约束简化为简支,或有一定弹性刚度的支座,较少考虑下部支承结构体系对网架杆件的内力影响。对下部支承体系而言，上部网架的反力已不真实。随着结构体系的多样性和空间使用等需求的提高，独立的简化模型与边界条件已经不足以满足设计需求，需要结合大型空间结构设计软件进行整体分析，才能更真实反映出结构实际受力特点。在现有大型结构计算软件中，SAP2000、MIDAS等可以进行整体结构分析，但仅能验算杆件单元是否满足受力需要，无法输出网架构件的零件表，针对这种情况。本文以实际工程案例，提出了一个网架与下部钢框架结构整体计算的方法。

1 算例分析

1.1 概况

项目名称为厦门市体育中心综合健身馆及育秀路公共停车场其子项工程综合健身馆，项目位于厦门市思明区湖滨北路中段以北的体育中心，本工程拟建项目主要为主楼及两层纯地下室组成。主楼高度为26.0 m（全钢结构），长度178.9 m，宽度60.7 m，建筑面积20 254 m2。两层地下室（钢筋混凝土框架）开挖8.6 m，建筑面积33 350 m2。上部钢结构主要为两层（局部含夹层为三层），结构体系为钢框架支撑。主要柱距为8.1 m。40.5 m上空的屋盖为网架结构组成的轻钢屋盖,跨度为56.7 m×40.5 m,见图1。

图1 项目效果图

1.2 设计参数

本工程抗震设防类别为乙类，抗震设防烈度为七度，设计基本地震加速度为0.15 g，地震分组为第二组。根据地质勘察报告，场地类别为III类，场地特征周期0.55 s，地震影响系数最大值0.12，抗震构造措施为八度。本工程基本风压0.8 kN/m2。

图2 剖面图

1.3 计算分析

本工程钢框架部分计算采用PKPM-SATWE、网架部分计算采用3D3S，整体组装复核计算及输出网架零件图采用3D3S。主框架设计结果以PKPM-SATWE输出为主要依据，网架设计结果以组装3D3S模型输出。

1）PKPM对于空间网架的输入比较复杂,因此在采用PKPM软件设计时应将屋面网架用刚性梁代替，用来模拟刚度及传导荷载。在此模型中对结构主框架柱、楼层梁进行分析，本工程层间位移、扭转等全部满足结构要求。确定全部柱梁尺寸，主要截面为：柱截面B1200×800×36、B600×650×20、B800×25、梁截面B2000×800×20×25、B1250×500× 22×25、B900×400×20、B600×300×14、HN400×200× 8×13。

2）在3D3S中进行上部网架屋面结构建模，因上部屋面分为两块,因此建立了两个单体网架模型。

3）因现有软件接口问题，下部主体PKPM模型无法直接导入3D3S，只能先从PKPM导出至MIDAS，再从MIDAS导出至3D3S，最后将大小两个网架3D3S模型合并到主结构3D3S模型中，如图3所示，至此组合模型拼装完成。后续工作就是按照3D3S网架设计流程，将下部主框架截面保持PKPM中计算结果不变，对网架杆件截面进行优化设计。网架杆件主要截面为：D60×3.5、D75.5×3.75、D88.5× 4、D114x4、D140×8、D159×10，在3D3S中输出螺栓球材料表，螺栓，套筒，封板及锥头材料表。