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网架结构各组分占比研究

2021-06-12谢军君卓春笑

中国建筑金属结构 2021年5期
关键词:球体网架杆件

谢军君 卓春笑

1.荷载确定

空间网格结构的杆件宜采用高频焊管或无缝钢管。杆件采用的钢材牌号和质量等级应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB/50017 的规定[2]。

(1)小跨度网架≤30m

2.0m×12m=24m;2.5m×12m=30m

(2)30m<中等跨度网架≤60m

2.5m×15m=37.5 m;3m×15m=45m;3.5m×15m=52.5 m 变网格尺寸网格数量固定为15 格。

(3)大跨度网架>60m

3.5m×18m=63m;4m×18m=72m 变网格尺寸网格数量固定为18 格。

根据荷载情况对恒活荷载进行进一步区分:

恒荷载按:

0.5KN/m2:0.5=(0.3 上 弦+0.2 下弦);

1 KN/m2:1=(0.6 上弦+0.4 下弦);

1.5KN/m2:1.5=(1 上弦+0.5 下弦)。

活荷载按0.5;

地震作用按6、7、8度,风荷载按0.45,屋面坡度5%,坡度较小基本为风吸力,其组合主要考虑其抗拔荷载。

温度作用按-25~+25;

另外,也可根据网架跨高比,对跨中高度作出限制,如1/12、1/15、1/18、1/20、1/25(此处主要考察跨高比最小能做到多少)。

钢材Q235B,Q355B。

网架应力比按0.8 控,网架位移按1/250 控,长细比控制拉杆1/250、压杆1/180,7(平面)×3(荷载)×3(烈度)×5(跨高比)=315 个模型。

2.网架各组分占比影响

一般来讲,螺栓球网架包含的组分有杆件重量、螺栓球重量、锥头重量、套筒重量、螺栓重、封板重,其中杆件占比最大60%~75%,球占比10%~30%,锥头重5%~15%,其余占比约为1%~5%[2]。

其中杆件和球体重量呈反相关,杆件和套筒螺栓及封板重量呈正相关,锥头变化略显复杂,随着杆件加大,若球体直径变化有限,一个球体不才有锥头连接的情况下多数杆件会有碰撞的情况,因此会采用锥头来避免碰撞,锥头会用得更多,当跨高比超过一定比例时,部分杆件应力会大幅增长,杆件截面加大,球体直径大幅增长,当球体直径增长幅度超过杆件截面增长幅度时,杆件有足够的空间和球体相连,锥头用量又减少了。因此锥头用量会表现出先增后减的变化规律。

表1 杆件和节点材料表

总体变化趋势来讲,随着跨高比加大,杆件占比会减小,特别是跨高比突破1/20 时球体占比大大增加,这是由于局部几根杆件截面加大过快,节点间杆件截面不匹配,导致节点设计困难,球体直径大大增加,球体的重量占比加大[3]。有的甚至超过30%,此时杆件占比已经降低到50%以下。由于其余组分占比并不多,整体波动不大。此时球体占比已经不太合理,节点质量过大还会引起较大竖向地震作用效应,对结构不利。当跨度增大时,杆件占比线和球体占比线都趋于平缓,各组分占比也趋于稳定,不会出现杆件截面和球体直径的大斜率的变化。荷载增大和跨高比加大的效果趋同,杆件占比和球体占比变化趋势一致[5]。

随着跨高比和荷载的加大,杆件占各组分的比重会下降,螺栓球比重则会上升,两者基本呈反相关的变化规律。一般情况下各组分占比分布规律为:杆件占比60%~75%,球占比10%~30%,锥头重5%~15%,套筒封板和螺栓占比接近,约为1%~5%。高强度钢随着荷载和跨高比变化各组分占比更加稳定,高强度钢能够在同等情况下减小杆件截面,同时也减小了螺栓球的直径,更容易计算满足。

图1 Q235 钢不同跨高比、荷载对各组分的影响

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