双竖杆空腹桁架的刚度及经济性分析

2024-02-15陈顺云肖建春沈睿麟张翰铭盛夏邓懋

山东理工大学学报（自然科学版） 2024年1期

陈顺云，肖建春，沈睿麟，张翰铭，盛夏，邓懋

(1.贵州大学空间结构研究中心，贵州贵阳 550025；2.贵州省结构工程重点实验室，贵州贵阳 550025)

空腹桁架构造简单,应用广泛[1-5]。在空腹桁架研究方面,董石麟等[6]提出了等代刚度简化计算法求解空腹桁架。肖建春等[7]推导了考虑面板作用和上下弦不对称影响时的折算剪切刚度公式,扩大了交叉梁系法的适用范围。张华刚等[8]提出了空腹夹层板刚度分析的简化算法,通过刚度分析,阐述了空腹梁与空腹桁架的静力特性。李玉莹等[9]通过理论分析得到了空腹桁架结构在竖向荷载作用下的理论解,清楚地解释了空腹桁架的受力机理,为空腹桁架的设计和方案比较提供了理论依据。刘卓群等[10]基于空腹桁架理论提出了一种适合钢空腹梁空腹部分内力的计算方法。姜岚等[11]基于费氏空腹桁架理论,建立了剪力键式钢空腹梁内力及变形简化计算方法。肖建春等[12]提出了双竖杆空腹桁架结构形式,研究了此类节点的极限承载力。

等代刚度法是一种相对简单的近似计算方法,由于计算简便,被广泛地应用于空腹桁架概念设计[13],目前还没有双竖杆空腹桁架结构的简化算法。为了便于双竖杆空腹桁架结构概念设计,推导出双竖杆空腹桁架的等效惯性矩和等效剪切刚度,采用等代刚度法简化计算双竖杆空腹桁架。通过双竖杆空腹桁架剪切刚度分析,研究双竖杆的合理间距。在相同用钢量的控制条件下与传统空腹桁架刚度对比、内力分布对比。在挠度和最大组合应力满足规范标准的控制条件下与传统空腹桁架结构优化设计后对比[14],综合分析双竖空腹桁架结构的优势及工程应用价值。

1 双竖杆空腹桁架

管道设备尺寸较大,但传统空腹桁架刚度不满足要求时(例如尺寸较大的设备有空调、送风管道等),可将竖杆间距缩小,既能满足刚度要求,又能保证空间利用率,如图1所示。将竖杆间距缩小就变成了双竖杆空腹桁架,双竖杆空腹桁架楼盖的平面框架如图2所示,H1为楼层层高,H2为楼层净高,H3为桁架腹部空间净高度,h为桁架高度,a为节间距,b为竖杆间距,L为空腹桁架跨度。楼盖如图3所示。

图2 双竖杆空腹桁架平面框架

图3 双竖杆空腹桁架楼盖

传统空腹桁架刚度小,导致杆端弯矩偏大、桁架高度大,在大柱网多高层建筑楼盖中占用净高空间较多等缺点[15]。双竖杆空腹桁架由两根竖杆与型钢上下弦焊接而成,整体刚度增大,内力分布更均匀,桁架高度较低,这是显著区别于传统空腹桁架的特征。双竖杆空腹桁架不仅继承着传统空腹桁架的优点,也有其自身的优越性,因此双竖杆空腹桁架具有较好的工程应用前景。