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钢结构双向桁架的电算模拟

作者: 艾三维软件 来源: 艾三维软件 发布日期: 2019.10.22

NO.1 关于双向桁架

案例介绍

【1】在厂房设计中,有时会遇到大跨度重荷载楼面,如下图案例中的粉色填充区域,短跨25.2米。建筑主体为二层钢结构厂房,总高度20米,案例区域为10米标高处的首层顶板。

钢结构双向桁架的电算模拟

注:本案例是首层顶的楼面(10米标高),上面还有一层屋面。

【2】活荷载:设备、生产材料、运输工具等综合活荷为10KN/m2。

【3】楼面结构方案:

方案一:门刚。

门刚用于单层或多层钢结构的顶层,荷载不可过大;本案例非顶层,荷载较重,不适合。

方案二:平板网架。

平板网架的边界条件均为铰接,对整体参数不利,不适合。

方案三:普通钢框架,主梁为H型钢梁,次梁为单向H型钢梁。本案例跨度及荷载较大,H型钢梁难以承受(经济性也不好),不适合。

方案四:双向交叉桁架楼面,X向与Y向受力梁均为钢桁架,形成立体受力结构,梁柱节点承受弯矩(上下弦拉压轴力形成力偶),两向受力均匀,主体参数合理,相当于钢结构中的井字梁。本方案即为采用方案。

钢结构双向桁架的电算模拟

类似项目实景照片见下图(采自网络)。

钢结构双向桁架的电算模拟

【4】关于案例项目所采用的双向桁架:

上、下弦及腹杆均为H型钢。

上弦可铺钢筋桁架板+现浇混凝土板或压型钢板+现浇混凝土板。

腹杆之间可穿管道,局部穿大型风道时可以抽空腹杆。

钢结构双向桁架的电算模拟

NO.2 电算模拟

在YJK中实现

【1】双向桁架的整体电算是一个难点。

桁架在YJK或PKPM整体建模中不好模拟。

桁架数量与规格较多,真实建模很麻烦。

最简便的方法是把桁架模拟成为一根H型钢梁,即等代钢梁法。

【2】模拟(等代)的方法,是按等刚度原则,支座根据实际情况模拟为刚、铰、滑动支座。

设计师大多采用挠度相等的原则。

但这种方法不精确,盲目性大;因为在建模时,无法准确估算桁架的挠度与截面。

【3】本文推荐的方法是依据《网架结构设计与施工规程》(以下简称《规程》)第3.1.3条:“交叉梁系差分法可用于跨度在40m以下的由平面桁架系组成的网架或正放四角锥网架的计算”。

即:采用等代钢梁建模,将钢桁架等代为等刚度(抗弯刚度)的钢梁。

注:依据本条,可知由两个方向的平面桁架组成的空间桁架体系(本文中所说的双向桁架)也属于《规程》范畴,且可以以交叉梁系差分法进行计算。

NO.3 操作流程

具体方法

【1】电算整体建模,桁架均以等代的工字钢梁输入,使模型满足各项计算指标要求。

【2】建模时,等代钢梁的高度取值:

按《规程》2.0.10条取为约1/14(混凝土屋面)及约1/18(轻钢屋面)。

注:跨高比数值一定是有条件的,其与荷载条件息息相关。

本例的取值见下表。

钢结构双向桁架的电算模拟

【3】确定桁架截面:

电算结果满足指标后,再将电算中的钢梁截面换算成桁架。

换算公式依据《规程》第3.3.1条,正放结构可简化为交叉梁系,梁的折算惯性矩按下式计算:

钢结构双向桁架的电算模拟

注:为了使换算方便,模拟钢梁与最终确定的钢桁架高度最好相同。

建议制作换算表格,如下图的excel换算表格(仅为示意):

钢结构双向桁架的电算模拟

注:刚度与自重均应复核,一般来说,桁架的自重要小于等代钢梁的自重。

【4】根据已经确定的桁架截面,提取整体电算的桁架(等代钢梁)内力,用3D3S、STS软件,甚至TSSD软件,复核桁架的内力及挠度,经必要的调整后,形成最终成果。

NO.4 总结

计算、构造

【1】等代模拟时,整体模型按普通钢框架计算,梁柱节点均为刚接,两个方向梁也可以按刚接。

注:当杆件细且长时,刚接与铰接的计算结果相似。

【2】节点(桁架与柱连接节点、桁架间连接节点):

钢结构双向桁架的电算模拟

钢结构双向桁架的电算模拟

【3】本篇提出了一个等代钢梁法的模拟思路,谨供参考。

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