桁架结构十篇

桁架结构篇1

【关键词】 ANSYS 桁架结构 优化选型

1 工程概况

混凝土运输系统是大体积混凝土工程顺利实施的关键。混凝土熟料从拌和系统出来后经水平运输和垂直运输到浇筑作业面，施工中，根据地形、工程量、混凝土性质和企业能力等采用不同的运输方式。对于水平运输，中小型工程一般采用斗车或罐车，大型工程一般采用罐车、自卸汽车或皮带机运输；对于垂直运输，中小型工程一般采用溜槽、人工翻仓、汽车吊、输送泵等，大型工程一般采用塔式起重机、门式起重机、塔带机和缆机等。

某水库是一座大（2）型水库，其进水塔为2级建筑物，相邻的两个进水塔高度分别为102m和86m，均为岸坡式建筑物，混凝土工程量13.2万m3，塔体采用限裂设计。[1]

结合两个进水塔均为岸坡式建筑物，根据现场地形确定了以下运输方案。在施工道路旁架设皮带机（简称1#机）进行水平运输，通过铅直布设的box管进行垂直运输，box管的下端再架设一条皮带机（简称2#机）把混凝土输送给仓面布料机，360°旋转的仓面布料机两端挂直径420mm的象鼻溜管进行仓面布料，当完成2～3个浇筑层（一般每层3m）需要上升布料机时，用900tm塔式起重机把2#皮带机和布料机提升布设，进行下一循环的作业。

该方案虽然能够满足施工强度要求，资金投入相对较少，但亟待解决混凝土输送桁架结构选型这一技术问题。

2 桁架结构的有限元模型

有限元模型建立是否恰当会直接影响到工程计算结果的可靠性。所谓建立模型，就是结构的离散化，对结构施加约束条件和荷载，然后进行计算分析。因此，选择合适的计算模型和单元模型是十分重要的。

本文中，在建立ANSYS模型时采用杆单元Link8来模拟二力杆，可用梁单元Beam4来模拟可承受拉、压、弯、扭的受力单元。根据设计规范的要求设置荷载布置，然后荷载由横梁传递到桁架的各节点引起桁架共同受力。本文主要从两个方面对桁架结构进行优化，（1）对钢站柱个数进行优化；（2）对结构中钢站柱的位置进行优化。备选方案总共3个，A方案：钢站柱两个，横坐标分别为23m和46m，施加的等效荷载为547.9KN；B方案：刚站柱一个，横坐标为23m，施加的等效荷载仍为547.9KN；C方案：刚站柱一个，横坐标为35m，即位于皮带机的中间位置下方位置在2/3处，施加的等效荷载仍为547.9KN。不同方案的钢站柱的位置及其数量如表1所示。该桁架结构三维模型中包含单元939个，结点387个。不同方案对应的有限元分析模型如图1、图2、图3所示。

有限单元法是一种有着坚实的理论基础和广泛的应用领域的数值分析方法。从选择未知量的角度来看，有限单元法可以分为三类，即位移法、力法及混合法，其中最常用的是有限元位移法。本文拟用混合法对三种方案下桁架架构模型进行ANSYS仿真分析，并对三种方案进行对比优选。该桁架结构三维模型中包含单元939个，结点387个。不同方案对应的有限元分析模型分别如图1、图2、图3所示。

3 结果分析

应用ANSYS软件对产品进行模拟和分析时，一般要经历三个步骤，即前处理、求解计算和后处理。具体本文中结构优化设计的步骤如下：1）参数化建立模型；2）求解；3）提取并指定状态变量和目标函数；4）进行优化设计；5）查看设计结果。本文桁架结构仿真优化分析所使用的材料参数如下：弹性模量E=2.06×105；泊松比0.3；材料密度7.8×103；容许应力215。

空间桁架结构的设计应验算其强度，刚度和稳定性。理论分析和工程实例都表明，当空间桁架结构跨度比较大时，其设计一般是受稳定性控制的，且稳定分析首要的是计算其临界荷载。

综合不同方案的ANSYS仿真计算结果，分析可知：三种方案中单元的最大拉应力及最大压应力均小于Q235钢的强度215Mpa，即三种方案均满足强度要求；三种方案桁架结构的位移满足规范的要求，均不会发生失稳破坏。结合工程所处的地质条件及地形，并对三种方案计算结果进行横向对比分析可知：A方案，可满足设计要求及工程实际需要，但其桁架结构搭设难度大，造价高，维修难度大；B方案，可满足设计要求及工程实际需要，较A方案而言整体造价有所降低，但刚站柱高度需达到46m；C方案，可满足设计要求及工程实际需要，较A、B方案而言造价低，经济效益高，且刚站柱高度只需达到30m，而且桁架结构搭设难度较A、方案也较低。综合分析可知，该桁架结构应选用C方案。

在工程实际中，在选用C方案的基础上，又对桁架结构杆件的截面进行了进一步优化。为工程创造了更大的经济效益及社会效益。

4 结语

本文根据工程的设计要求及实际需要，在ANSYS10.0环境下，建立了桁架结构的三维有限元模型，通过仿真计算得出不同方案中各杆的应力、结构的位移。有限元计算结果表明：三种方案下的桁架结构均能够安全承载，其最大应力值和最大变形量均在允许的设计范围内，不会引起结构的破坏或变形量过大。结合桁架的实际工作环境及工程造价、经济效益，我们优选C方案为最终方案。基于ANSYS的有限元三维仿真分析为结构安全验算及方案优选提供了理论依据和积极的现实意义。

参考文献：

桁架结构篇2

关键词：桁架 有限元 天线 ANSYS

中图分类号：TN820.8 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-0-01

为适应现在短波通信的需求，提高天线体在恶劣天气下的抗风能力，需要对天线体主要部件进行抗风强度分析。该文利用ANSYS有限元软件，对某天线桁架进行了风载荷作用下的有限元分析，完成了天线桁架整体的可靠性评价。

1 有限元理论分析

图1为天线桁架二维单元图，L1、L4为腹杆，L5为斜腹杆，L2、L3为桁架主梁一般说来，需要整体坐标系和局部坐标系，两者之间的关系如图2所示。

采用数学模型描述整体坐标系和局部坐标系之间的关系

2 天线桁架建模

2.1 建立模型坐标系

坐标系的选取，是以天线中心桁架长振子点为坐标原点，沿中心桁架轴向为X轴，中心桁架轴线和振子轴线所在平面的法向为Y轴，沿振子轴向为Z轴。

2.2 天线体各单元的选取

（1）中心桁架结构的主杆、腹杆以及振子材料分别为钢管和铝管，取单元类型为pipe16。

（2）桁架拉线及振子杆拉线属于绳索结构，选取单元类型为link10。

（3）中塔和支架其他支撑件采用的是圆钢、角钢、槽钢等，取单元类型beam188。

3 有限元力学分析

3.1 载荷条件

天线体主要受到自重、裹冰、风等多种载荷作用，该文主要考虑风载荷、自重对天线桁架的影响。现按基本风压64 kg/m2，根据《高耸结构设计规范》得出天线中心桁架单位长度上的风载密度51.28 kg/m。

3.2 天线桁架多工况分析

3.2.1 工况1：水平风荷与天线桁架成45 °时天线体有限元分析如图3。

3.2.2 工况2：水平风荷垂直作用于天线桁架时天线体有限元分析如图4。

通过对天线体系统进行有限元软件ANSYS的仿真分析，天线体系统在工况1和工况2情况下，其最大应力位置都在在中塔和中心桁架的连接处，天线体系统对应的最大应力值分别为123 MPa和116 MPa，其值均

4 结语

从计算结果来看，在基本风压为64 kg/m2时，经过有限元分析天线桁架应力完全满足结构强度要求。该天线体已经在多个项目工程中得到应用，已有架设多年的天线体，均完好，无发生强度破坏问题。对桁架进行力学分析，其分析结果为对结构材料的选择、结构尺寸的确定具有重要的理论指导意义，进行精确地力学分析还可以达到结构小型化的要求，提高产品在市场上的竞争力。

参考文献

[1] 刘相新，孟宪颐.ANSYS基础与应用教程[M].北京：科学出版社，2006.

桁架结构篇3

关键词 大跨度钢桥；大钢桁架桥梁；结构设计；桥梁设计

中图分类号U44 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2014）123-0069-02

在城市的发展过程中，对于交通的需求不断提升。在遇到自然阻碍的情况下需要不断提高工程的智慧来完成实际的需要。面对江河的阻隔，架设桥梁方面就需要改变以往的设计思路。这样的情况下，大跨度钢桁架桥梁就应运而生。下面我们对大跨度钢桁架桥梁的结构进行设计。

1 工程结构概况

某桥梁的整体结构选用下承式大跨度钢桁架桥梁，在桥梁的上部结构中包括有桥面结构、主桁架、桥梁连接体和桥梁支座等五个主要部分。大跨度钢桁架桥梁桥面铺装结构使用厚度为30cm的钢筋混凝土连续板，并在钢筋混凝土上面铺设有3cm～6cm的防水层和6cm的沥青混凝土层。整体的桥面板上采用16个现浇钢横梁。桥梁的上部结构中所选用的混凝土强度为C45，承受荷载的钢筋为HRB450，构造筋为HRB400。

大跨度钢桁架桥梁的桥面结构由钢横梁和纵梁组成。相比于一般跨径的传力结构相似，大跨度钢桁架桥梁通过桥面将荷载向下传递（纵梁--横梁），通过传力节点最终分布在钢桁架杆件中。在桥面的钢桁架的横梁中有16道，断面采用工字型的焊接钢，尺寸为2800×60，1850×50（单位mm）。因考虑到桥梁的结构为大跨度，承受的荷载较大，所以结构设计时采用混凝土和钢架共同受力的模式，同时在钢架顶端设置有螺栓剪力键，更好的使混凝土和钢架共同受力。

桥梁的连接体的作用是使得横梁和纵梁能够在风荷载的作用下保持稳定性，并且能在地震的作用下有一定的抗倾覆能力。因此在结构中使用上弦支撑和水平支撑。支撑选用H型钢。钢材选用300×300。在大跨度钢桁架桥梁中，主桁架是最为重要的承力结构。考虑到大跨径梁桥的长度普遍较长，所使用的腹杆强度较大，不能使用钢筋混凝土结构，在本设计中，选用高强度的连接系杆。连接系杆一般不采用工资型钢，而使用高强螺栓连接，并用焊接工字型截面焊接在一起，以此来达到设计的强度，也便于工程的施工。

2 大跨度钢桁架桥梁有限元分析

在大跨度钢桁架桥梁结构设计过程中，由于跨度较大，受力杆件较多，在计算过程中较为复杂。选用有限元软件对钢桁架受力结构进行分析。在建立有限元模型的过程中，从平面结构和立体结构两个方面进行，在结合两种的模型建立方式的不同，得出最为贴合工程实例的大跨度钢桁架桥梁模型。并将平面模型导入结构程序中进行计算。得到两跨对称的横向布置参数，并在人行道中设置有防撞墩台。在跨中处的桁架的横向影响线的计算中考虑有最不利荷载分布，进一步对跨中处的桁架受力进行分析。

在空间模型的分析过程中，将上弦和下弦结构分离开来进行分析，考虑到了腹杆和斜腹杆的受力结构，对于有限元中的每个单元体进行分析得到横向和纵向量的单元信息，并。在考虑到上部结构荷载（桥面荷载、桥面铺装、人行道、防撞墩台永久荷载、可变荷载）的分布情况，根据折减系数的计算之后，转换到各个单元当中。由设计的结果可以看出，平面结构和空间结构所得出的桁架受力结构模型的计算结构相似，计算结果正确。而且在使用有限元设计软件中得出的大跨度钢桁架桥梁结构分析数据，都会比杆件的容许应力小。在软件分析中，还进行钢桁架各个杆件的连接承载能力和连接使用疲劳性实验，都能通过《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86中所制定的要求，保证各杆件的设计强度的情况下疲劳强度都要小于设计容许应力。

最为桥梁的称重部件，横梁在设计的过程中简化为钢和混凝土的结合体进行考虑，在一期荷载当中主要由钢桁架进行承担所有的外部荷载，在二期恒载和活载计算中，荷载由桥梁的纵向梁和混凝土上部面板共同承担。当荷载的分布情况使用有限元软件分析出来之后，需要对于每个桥梁的应力阶段进行验算，其中包括有应力的验算、挠度的验算、抗压验算、抗拉验算，抗弯验算和系统整体稳定性的验算。在满足了这些承载力的设计要求才能进行下一步的设计工作。此外，还要特别强调的是，不同于一般的钢桁架梁桥，在大跨度钢桁架梁桥的设计当中还要对于高强螺栓的铆钉剪力键进行容许力验算，在通过弹性模量和塑性指标的分析之后，计算出合适的铆钉承载能力，从而计算出使用铆钉的数量。

3 大跨度钢桁架桥梁的模态分析

模态分析是动力学分析中很重要的基础分析，是谐响应分析，瞬态分析及反应谱分析等其他动力学分析的起点。模态分析一般用来确定结构的振动特性，来计算结构的固有频率和主振型。这些参数即是结构承受动力荷载作用下的重要参数，同时也是结构其他各类型动力学分析的基础，而在模态分析中，低阶振型对结构起控制作用，文中采用大型通用有限元软件ANSYS，采用子空间迭代法进行桥梁模态分析。

刚桁架桥的第一阶振型以竖向对称弯曲为主，自振频率为0.94053Hz，自振周期为1.0632s。自振周期长，固有频率低，此振型在刚桁架桥的地震响应中占了很大的比例；刚桁架桥的反对称竖弯出现的比较早，自振频率为1.3191Hz，自振周期为 0.7581s。此阶振型对钢桁架桥的竖向地震反应影响很大；该桥较早出现的振型是以竖桥向为主，说明该刚桁架桥对竖向地震动作用较为敏感。

4 大跨度钢桁架桥梁结构设计方法

1）现有的很多大型建筑物所采用的结构为大跨径式，跨径不断的增加就要考虑在结构物的自重方面进行改良，传统的钢筋混凝土材料已经不能满足现在的建筑要求。这就需要在大跨径桥梁结构中使用钢桁架。这就可以降低结构物的自重，提高大跨径桥梁的结构刚度，对于抗震方面的性能也有很大的提升。在设计规范中，将钢桁架支撑结构的抗震等级由普通的三级提高到抗震二级，对于一些重要的建筑物或是地震多发区桥梁结构需要将整体结构的刚度提高到抗震一级；

2）在对于大跨径桥梁的结构分析中，对于受力结构使用力学模型进行分析，在建立力学模型中常使用2D和3D进行模拟，使用的分析软件有SATWE，PMSAP及ETABS。根据这些软件的模型建立及模拟，最终得到桥梁结构中杆件的受力分配情况，并根据杆件之间的位移来对内力进行分析研究，以达到对桥梁结构的整体分析，并结合钢桁架桥梁和周边的环境特点，设计出最为合理的桥梁模型；

3）尤为注意的是，在桥梁结构分析中，使用PMSAP 相关的分析系统，对于主跨部分的模拟分析，包括对主跨的结构抗震分析和风荷载情况下的受力分析，考虑到受力平面不均匀分布、楼板处不连续等不利因素，整合考虑桥梁在不利荷载下的工作情况，在结合这些分析数据之后，在一些结构承载薄弱的位置增设结构加强系杆或是其他组合结构，来保证在地震作用和风荷载的作用下能保证桥梁整体的稳定；

4）整体结构内力配筋计算均采用弹性楼板模式进行分析，充分考虑大跨度跃桥面板、桥梁箱室等腹板震动对周边结构构件产生的不利影响；同时对于腹板不连续的楼层，通过加大相应腹板厚度、提高腹板配筋率、采取双层双向配筋等加强措施，以确保水平荷载的有效传递。

5 结论

在桥梁建设当中，考虑到跨度和施工的方式等因素，选用不同的桥型进行施工。对于本文中提到的大跨径钢桁架桥梁的使用也越来越多。在本文中，详细的介绍了该桥型的优势，并提出了使用该桥型的技术特点。使用有限元的分析软件对于桥梁的整体结构进行分析，最终得出各个单元体的承载信息，在模态分析的角度下保证钢桁架梁桥的稳定性，为大跨度钢桁架梁桥的建设做好结构设计工作。不容忽视的是，在桥梁的结构设计中还要添加有桥梁后期的检测任务，将检测也纳入桥梁的整体结构设计当中，以形成桥梁设计、施工、使用和检测为一体的模式。

参考文献

[1]占智贵.基于ANSYS对大型刚桁架桥的模态分析[S].低温建筑技术，2011，10（11）：123-124.

[2]姜丽梅，江阿兰.基于ANSYS对钢桁架梁桥的静动力分析[S]. 低温建筑技术，2012，13（22）：230-233.

桁架结构篇4

关键词：体育馆钢管桁架结构计算校核 柱子刚度

Structure Design of Steel Pipe Spatial Truss of some Gymnasium

CAI Jian-liang

（Zhejiang Southeast Space Frame CO., LTD. Hangzhou，311209，China）

Abstracts:The Guyuan Gymnasium is located in Guyuan city of the Ningxia Hui Autonomous Region. The structure of this gymnasium roof is steel pipe spatial truss. Establish the entire calculation model of the steel structure, to ensure the reliability of the design results by calculating the steel structure with two programs. In order to study the column stiffness influence to the above steel structure, enlarge and shrink the column stiffness three times. Ensure the safety of the steel structure by calculating with the elastic support constraint.

Keywords:gymnasium, steel pipe spatial truss structure, calculating and check, column stiffness

中图分类号：TU318 文献标识码：A

1.概述

随着大空间建筑的不断涌现。作为空间结构之一的空间钢管桁架结构在全国各地已得到大量应用。固原体育馆就是空间钢管桁架结构应用的实例之一（图1），该体育馆座落于宁夏回族自治区固原市新区。本工程屋盖结构采用空间钢管桁架结构。

图1 固原体育馆效果图

屋盖中部为拱形聚酯膜采光通廊（MHJ），沿纵向设两榀呈空间三维曲线的主桁架（ZHJ），主拱桁架间有联桁架（LHJ）相连形成一个空间稳定结构。室外屋盖沿纵向设付桁架（FHJ），屋盖沿横向设多道次桁架（CHJ）。室内次桁架一端支撑于主拱桁架上，一端支撑于下部钢筋混凝土斜柱上；室外次桁架一端支撑于主拱桁架上，一端支撑于付桁架上。其中主桁架跨度达141.6m，付桁架跨度为40.5m，跨中最大次桁架上弦长为45.6m，次桁架最大悬挑11m。

2.结构概况

本体育馆的整体计算模型见图2。各个桁架弦杆的杆件汇总如表1所示，材质均为Q345B。

表1管桁架主要构件截面规格

桁架 杆件类型

ZHJ 上弦 钢管426×18

下弦 钢管351×18，351×14

FHJ 上弦 钢管219×12，245×12

下弦 钢管219×10

CHJ 上弦 钢管219×10

下弦 钢管219×10

图2 固原体育馆计算模型

本工程荷载情况如下：

恒载：屋面恒载：0.5kN/m2，膜结构部分：0.1 kN/m2；

活载：0.3 kN/m2；

雪载：0.4 kN/m2；

吊挂荷载：0.50.4 kN/m2；

基本风压：0.35 kN/m2；

温度作用：±35o。

地震作用： 8度，0.2g，第一组。

本工程采用同济大学的3D3S设计软件进行结构设计，同时采用有限元软件Sap2000进行校核。

3.结果分析

按照相关规范的要求，对本结构进行计算分析。现将3D3S和Sap2000计算的主拱拱脚支座工况反力列于表2中。

表2主拱拱脚支座工况反力（kN）

工况 3D3S计算反力 Sap2000计算反力

Fx Fy Fz Fx Fy Fz

恒载工况 109 1501 1023 104 1514 1035

活载工况 19 453 315 17 456 317

风工况1 －65 －307 －93 －65 －308 －93

风工况2 33 －528 －407 38 －537 －414

风工况3 93 －521 －425 100 －533 －433

风工况4 40 －566 －506 47 －575 －514

温度工况 －142 －3000 －1595 －130 －3021 －1609

地震工况 12 －358 －235 9 －362 －238

从上表看出，3D3S和Sap2000计算的结果是吻合的，由于主拱跨度大，温度对结构内力的影响较大。

通过结构分析，主拱上弦秆最大应力为0.739，下弦秆最大应力比为0.618，次桁架弦秆以及腹杆的应力比都控制在0.8以下，结构的强度是有保证的。主拱跨中最大竖向挠度为118mm，小于限制值60000/400＝150mm（主拱中间有两个弹性支座，间距60m），结构的变形满足要求。本结构设计是满足规范的要求的，并且具有一定的安全储备。

4.柱子刚度对结构的影响

本工程次桁架支撑于下部钢筋混凝土柱子上，因此柱子刚度对上部钢结构有一定的影响。

为了研究柱子刚度对上部钢结构的影响，将混凝土柱子刚度分级放大、缩小至3倍，同时考察相应支座反力及杆件应力比。以跨度最大的次桁架为例，相应计算的结果见表3。可见，随着支座刚度的变化，X方向的支座反力受到的影响最大，与支座刚度程线性增长。跨中弦杆最大应力比的变化不大，Z向支座反力变化也很小。

通过上述分析保证了钢结构的安全。

表3支座刚度变化影响表

支座刚度

变化 支座反力（kN） 跨中弦杆最大应力比

X Y Z

0.3 -41 -0.26 522 0.592

0.5 -60 -0.23 532 0.644

0.6 -73 -0.25 534 0.645

0.7 -86 -0.27 537 0.646

0.8 -98 -0.29 539 0.647

0.9 -111 -0.31 542 0.647

1（基准刚度） -123 -0.31 544 0.648

1.1 -136 -0.32 546 0.649

1.2 -148 -0.32 548 0.649

1.3 -160 -0.35 550 0.650

1.4 -172 -0.32 553 0.651

1.5 -184 -0.31 555 0.652

2 -240 -0.24 566 0.655

3 -342 0.04 584 0.661

5．小结

通过本钢管桁架结构的设计，小结如下。

复杂的空间钢管桁架结构，需采用两个计算软件进行计算、校核，保证结构设计结果的可靠性。

空间钢管桁架结构弦杆的应力比宜控制在0.8以下，保证一定的安全余量。

钢管桁架支撑与柱子上的情况，要调整柱子刚度1/3～3倍，分别进行设计校核，保证钢结构的安全。

参考文献

1. 中华人民共和国标准. GB 50017-2003 钢结构设计规范 [S]. 北京： 中国建筑工业出版社，2003.

2. 中华人民共和国标准. GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 [S]. 北京： 中国建筑工业出版社，2010.

桁架结构篇5

关键词：结构、桁架、节点。

中图分类号：TU318文献标识码： A

节点是结构中力的交汇之处，是结构的“关节”，无论什么样的结构，都必须要保证节点具备可靠的性能，使得节点在各种受力状态下都能可靠的传力。竹结构中的连接节点选用的型材与结构形式及其所用材料、加工制作和施工安装等有着密切的联系。竹结构中节点的性能与节点的连接形式、构造以及节点的类型等有关降。

一、桁架结构节点的分类

1、钢桁架结构节点

钢桁架整体节点以其制造安装简便、经济效益良好被广泛地应用于国内外的桥梁建造中，现已能够全面地了解整体节点的特点和性能，并且可以成功分析出钢桁架整体节点的相关研究成果。针对整体节点的构造设计、制作工艺、焊接工艺等相关问题进行分析、归纳和整理，对钢桁架整体节点的承载能力、疲劳试验、强度刚度等方面进行研究，通过对比国内外相关研究成果，对国内未来钢桁架整体节点的研究方向得出相应结论，为以后整体节点的使用提供参考依据。

2、木桁架结构节点

木结构节点可以承受一定荷载、具有较好的弹性性能、能在一定程度上抵消水平推力作用、有一定的抗弯能力、允许产生一定量的部分地震能量从而具有减少整个结构地震响应的性能优点。结构是由节点和构件组合而成，其中节点是工程结构中较为关键的部分，它对整个结构的强度、刚度及延性都具有重要的影响。长期以来对于木节点的研究主要以试验为主，理论及软件分析为辅，采用松木、杉木为试验原料，用均匀试验法来定性、定量的分析材木节点的力学性能与几何参数之间关系，通过试验现象分析研究了不同材质不同尺寸的木材在三角形嵌压时的破坏特点，并对试验结果进行分析拟合，得到弯矩M与转角θ的滞回曲线、包络线及函数关系式；解明影响三角形嵌压系的材料和几何影响规律并建立符合试验假设的三角形嵌压的荷载变形理论计算设计公式；测出木材三角形嵌压时不同位置不同方向的应变场分布，最后运用有限元ANSYS/LS-DYNA分析模块对三角形嵌压试验进行模拟分析。通过试验结果与模拟结果的对比分析研究，发现两者具有较好地吻合性，说明采用有限元模拟分析木材三角形嵌压的合理性。

3、现代竹桁架结构节点

现代竹桁架结构节点我们则以木结构与钢结构的理论和规范为借鉴，探索和总结出竹构件的研究方法。现代竹结构作为刚刚兴起的建筑结构概念，其科学研究也刚刚起步，同样，对其节点性能的研究也处于摸索阶段。

二、桁架结构节点模型的设定

便于更加清楚的了解桁架结构节点，设定模型的对象为桁架钢套节点，节点材料为现代竹，外包钢套管，并用加强肋将钢套管固定在节点上。

设定模型竹结构桁架钢套节点的形式是如图1-1所示，是本文将要展示的一种桁架结构节点，这种结构包括横梁3和支撑立柱4，还包括一个钢套1，所述钢套1内部具有呈T形的通道，所述横梁3横向套接在钢套1T形通道上部，所述支撑立柱4上端竖向套接在钢套1T形通道下部并与横梁3相抵接。所述钢套1外部沿纵向并列设置有若干向外凸起的加强肋2。具体建模时，钢套厚度优选为3-5mm，这样就可以更好地保障支撑连接强度。

建立模型如图1-1所示。

图1-1现代竹结构桁架钢套节点示意图

三、桁架结构节点在实例中的应用

1、武汉・中国光谷广场轻钢屋盖

武汉・中国光谷广场轻钢屋盖采用了柱顶树状支撑的三角形钢管桁架及单层椭圆旋转壳,该实例利用了双K型钢管相贯节点设计情况,并分析了桁架节点设计计算假定对结构计算的影响;对无间隙相贯管节点中不可见相贯线是否必须进行焊接进行了分析,并介绍了足尺节点试验研究的情况。

2、广州国际会议展览中心屋盖

广州国际会议展览中心屋盖采用了张弦桁架结构，该实例利用了双K型钢管相贯节点、大型铸钢节点、钢索抗滑节点、滑动铰支座节点等特殊节点式

结语

桁架结构节点运用在工程中将会避开了螺栓连接、钉连接等有一定的消弱截面，耐久性（孔进水）可能存在的一系列问题。并且可以分析出了该连接方式的受力性能及其影响因素（尺寸：厚度、长度，辅助销钉位置等），解决现桁架连接牢固可靠、经济、方便等问题，以便应用的推广。

参考文献：

[1] 范立础．桥梁工程[M]，北京：人民交通出版社，2001．

[2] 刘建平．钢管相贯节点的研究现状和动向[J]．钢结构．2003， 18(4)：13-15．

[3] 单波、周泉、肖岩．现代竹结构技术在人行天桥中的研究与应用[J]，湖南大学学报(自然科学版) 2009

桁架结构篇6

（长沙市公路桥梁建设有限责任公司，长沙410000）

（ChangshaHighwayBridgeConstructionCo.，Ltd.，Changsha410000，China）

摘要：采用ANSYS有限元分析软件，利用push-over分析方法对某框支交错桁架结构在不同侧力分布模式下进行抗震性能分析，得出了罕遇地震作用下框支交错桁架结构的破坏模式及塑性铰发展过程。

Abstract:ByANSYSsoftware,thepush-overmethodwasappliedtoanalyzetheseismicperformanceofahigh-risesteelframe-supportedstaggeredtrussstructuresystemunderdifferentlateralloadpatterns.Thefailuremodeandplasticityhingedevelopingprocessingofthehigh-risesteelstructure-supportedstaggeredtrussstructuresystemwereobtainedunderrareearthquake.

关键词 ：框支交错桁架；ANSYS；push-over分析；破坏模式；塑性铰

Keywords:frame-supportedstaggeredtrussstructure；ANSYS；push-over；failuremode；plastichinge

中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：1006-4311（2015）21-0109-04

0引言

框支交错桁架结构是一种实用、经济、高效的新型组合钢结构体系。该体系通过转换层把下部的框架结构和上部的交错桁架组合起来，充分发挥交错桁架[1-5]和框架结构的优点[6-9]。由于框支交错桁架在结构性能上的特殊性，既不同于框架结构或框架支撑结构，也不同于纯交错桁架结构，目前对于该新型结构在抗震方面的研究较少。

本文采用静力弹塑性分析方法对框支交错桁架结构进行推覆分析，了解结构各构件承载力之间的相互关系，分析得出结构在强震作用下的破坏机制、各塑性铰的出铰顺序，找到结构薄弱环节，并对比拟动力试验研究[10]成果加以验证。

1静力弹塑性分析方法

静力弹塑性分析法，也称推覆分析法（Pushover）[11-13]，是目前被广泛应用的一种评估结构抗震性能的简化方法，美国的ATC-40，MA273/274和欧洲的EC3中已将其纳入抗震规范，我国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）也推荐了该方法。

静力弹塑性分析优点[14-16]在于：能够确定结构在罕遇地震下潜在的破坏机制,找到最先破坏的薄弱环节；相对于弹塑时程分析，可以获得较为稳定的分析结果,减少分析结果的偶然性，同时大大节省了分析时间和工作量。

Pushover分析方法本质[13]是将结构按一定的变形模态转化为等效单质点体系的反应谱分析法。通过对结构施加反应地震作用的静态水平分布力,逐步增加荷载,使结构逐渐进入塑性,直到达到目标位移或接近破坏倒塌为止,从而得到结构的抗震性能以及破坏机理。本文采用4种经典侧向水平加载模式：均匀加载、倒三角形加载、沿高度等效加载和SRSS振型叠加加载模式[17]来分析框支交错桁架结构的破坏模式。

2实例分析

2.1实例模型

本文选取设计尺寸、布局具有一定的代表性的15层框支交错桁架拟动力试验模型（国家自然科学基金项目（50878215））为实例。模型共5榀，纵向柱距6m，横向21m。1～2层为框支层，层高4.5m；3层为桁架转换层，4～15层为单纯混合式交错桁架布置形式，层高均为3m，总高48m。全部钢构件使用Q235方钢管，采用全截面焊接连接，楼板混凝土使用C30，1～4层厚200mm，其他层厚150mm。几何尺寸如图1。

2.2ANSYS有限元推覆分析步骤

2.2.1定义单元类型

采用beam188模拟钢梁、钢柱及桁架构件，shell63模拟混凝土楼板，合并两个构件相同位置节点的方法实现节点全部刚接。结构阻尼采用经典Rayleigh阻尼，阻尼比为5%[18]。

2.2.2定义材料特性、实常数和几何建模

钢材选用经典双线性随动强化模型（BKIN），屈服强度为，弹性模量206000泊松比为v=0.3。

2.2.3施加荷载

竖向荷载为1.2Ge+0.35Qk，Ge为恒荷载标准值，Qk为活荷载标准值。水平荷载采用El-centro（NS）波换算8度罕遇地震反应谱求得的结构基底剪力乘以不同加载模式下的水平加载系数得到沿结构高度分布的水平荷载。本文中计算所采用的四种加载模式下的各层水平加载系数如表1所示。

2.2.4定义求解选项（静力弹塑性）

选择NLGEOM，ON，以考虑模型的几何非线性和材料非线性。采用稀疏矩阵直接求解器（SparseDirect）对联立方程组进行求解。

3静力弹塑性分析结果

3.1塑性铰分布

图2为结构在破坏模式下的塑性铰分布。从图中可以看出，结构的塑性铰主要产生在斜腹杆上，其次是框支撑，桁架空腹弦杆上也伴随少量塑性铰。这是由于在横向分布力作用下，结构中剪力主要由斜腹杆和框架支撑承担，随着侧向位移的增加，楼层剪力越来越大，靠近空腹节间位置斜腹杆最先产生塑性铰，并逐渐扩散，最终塑性铰主要集中在4～7层靠近空腹节间位置。由于推覆分析是单向加载方式，结构塑性铰分布不完全对称。

3.2塑性铰的发展顺序

为研究结构杆件塑性铰的发展顺序以及薄弱杆件承载力之间的相互关系，本文提取SRSS振型叠加加载的推覆模式作用下出现塑性铰杆件的弯矩—顶点位移曲线（塑性变形较大的结构一侧，见图3）。由图可知，位移为0.125m时，在第2、4榀第5、7层的第3节间斜腹杆上首先出现塑性铰，并逐渐发展到第3榀第6层。由于结构体系的空间协调作用，随着侧向位移加大，第1、3、5榀第6层第3节间斜腹杆相继出现塑性铰。位移为0.175m时，结构塑性变形向四周快速发展，第4、8、9层斜腹杆及第2层框支撑相继出现塑性铰。随着结构位移的增大，塑性铰继续发展，产生塑性铰构件的承载力逐渐下降，并随之退出工作，结构出现明显的内力重分布现象，第1层框支撑出现塑性铰，5、7层空腹弦杆出现少量塑性铰。位移为0.225m时，大批腹杆出现塑性变形，主要集中在4-7层，最后塑性铰出现在柱脚，结构开始失稳并发生整体破坏。

由各屈曲杆件弯矩—顶层位移图可知，杆件屈曲呈现分批现象，内力重分布明显。塑性铰主要分布在第三节间斜腹杆上，说明第三节间斜腹杆是主要耗能构件；边侧斜腹杆出现的塑性铰较少，且承受极限弯矩值是靠近空腹节间斜腹杆弯矩值得1/2左右，说明边侧斜腹杆承载力未充分发挥；第二层框架支撑弯矩值是斜腹杆弯矩承载力的2倍左右，设计时要注重底部框架支撑的承载力及耗能设计。

3.3Pushover分析结果

为验证本文Pushover法的结果可靠性，选用文献[10]中使结构进入破坏阶段的>9度罕遇地震作用拟动力试验所得等效顶点力与顶层位移的滞回曲线的包络值作对比。从图4中可以看出，本文所采用的4种Pushover曲线与文献基底剪力—顶层位移曲线拟合均较好，其中均匀加载模式下相差最大，以SRSS振型叠加加载下曲线为准，该加载模式作用下基底剪力值为较文献[10]大17%。这是由于有限元模型边界条件、材料性能以及试验方法与试验模型存在一定差异，导致理论模型刚度较实验模型刚度偏高，从而基底剪力较大，位移较小，但仍然说明本文Pushover结果可靠度较高。

对SRSS组合加载模式下的顶点位移与底部总剪力的关系曲线作分析，顶层位移达到0.165m之前，结构整体处于弹性阶段，局部构件出现塑性铰；之后，结构进入整体屈服阶段，塑性铰主要出现在靠近空腹节间的斜腹杆上；顶层位移达到0.175m时，第2层框支撑逐渐进入屈服状态，塑性变形快速发展，结构处于整体屈服继续发展状态；随着第1层框支撑出现塑性铰，结构接近承载力极限状态，柱脚节点进入塑性变形工作状态，结构开始失稳并进入整体破坏阶段。

图5、6给出了结构在SRSS组合加载模式下的楼层极限位移和极限层间位移角。结构横向极限状态下最大层间位移角发生在第5层，为1/111，同时第7层层间位移角也较大，最大为1/114；文献[10]中>9度拟动力罕遇地震最大层间位移角发生在第7层，为1/88，第5层层间位移角为1/90，最大层间位移角发生在第7层是因为试验中力直接加载在第7层上。从图中看出，结构下部横向位移偏大，并且第3层位移角有明显回缩突变，变形曲线均为剪切变形。说明结构沿高度方向侧向刚度分布不均匀，设计时应重视转换层引起的刚度突变对结构的受力影响。

综上，结构薄弱层为5、7层，靠近空腹节间斜腹杆和框架支撑为薄弱构件。塑性铰发展顺序为：桁架5、7层斜腹杆—桁架弦杆空腹节间—框支撑—柱脚，柱中未出现塑性铰，破坏机理属于梁铰机制，满足“强柱弱梁”的抗震要求。

4结论

①由于结构的剪力主要由斜杆承受，因此塑性铰集中出现在4-7层靠近空腹节间的斜腹杆上，下部框支撑上，弦杆上出现少量塑性铰，柱中无塑性铰出现。在合理设计条件下，利用部分构件塑性变形耗散地震能量，满足多道防线的破坏机制。

②框支交错桁架结构侧向刚度较大，但存在刚度突变，最大层间位移角出现在第5、7层，在实际应用中，可以增多桁架榀数，从而减小转换层带来的刚度突变及其交错布置所带来的刚度不均匀。

③在罕遇地震荷载作用下，构件的塑性铰发展不同于纯交错桁架由下而上的发展趋势[19-21]，而是从第5、7层中部斜腹杆开始向四周扩散，塑性铰发展顺序为：靠近空腹节间斜腹杆—弦杆—框支撑—柱脚，其破坏机理属于梁铰机制。结构薄弱层为5、7层及底部框架层。

参考文献：

[1]周绪红，周期石.水平荷载作用下交错桁架结构的内力和侧移计算[J].建筑结构学报，2004.

[2]莫涛，周绪红，刘永健.交错桁架结构体系的受力性能分析[J].建筑结构学报，2000，21（6）：49-54.

[3]许红胜，周绪红，刘永健.影响交错桁架整体延性的结构因素[J].建筑科学与工程学报，2006，23（2）：52-56.

[4]RobertD.HansonandGlenV.Berg:SeismicDesignofstaggeredTrussBuildings[J].Journalofstructuredivision,January1974.

[5]周绪红，莫涛，刘永健.高层钢结构交错桁架结构的实验研究[J].建筑结构学，2006，27（5）：86-92.

[6]陈绍蕃.钢结构设计原理[M].北京：科学出版，1998.

[7]邓雪松，张耀春，程晓杰.钢支撑性能对高层钢结构动力反应的影响.地震工程与工程振动，1997（3）：52-59.

[8]黄怡，王元清，石永久.支撑布置方式对多高层钢结构抗震性能的影响分析.钢结构，2005，20（5）：41-44.

[9]周学军，陈鲁，曲慧.多高层钢结构支撑的布置方式对框架侧向刚度的影响.钢结构，2003，18（4）：51-54.

[10]付桦蔚.高层钢结构框支交错桁架拟动力试验研究[D].中南大学，2013.

[11]FEMA356,NEHRPGuidelinesfortheSeismicrehabilitationofBuildings[S].

[12]ACT-40.SeismicEvaluationandRetrofitofConcreteBuilding[S].

[13]FEMA273,FEMA274.NEHRPCommentaryontheGuidelinesfortheRehabilitationofBuilding[R].FederalEmergencyManagementAgency,WashingtonDC,1996.

[14]ChopraAK,GoelRK.Amodalpushoveranalysisprocedureforestimatingseismicdemandsforbuilding[J].EarthquakeEngineering&StructureDynamics,2002,31(3):561-582.

[15]MWAFYAM,ELNASHAIAS.StaticPushoverVersusDynamicCollapseAnalysisofRCBuildings[J].EngineeringStructures,2001,23(3):407-424.

[16]叶燎原，潘文.结构静力弹塑性分析（Push-over）的原理和计算实例[J].建筑结构学报，2000，21（1）：68-69.

[17]汪大绥，贺军利，张凤新.静力弹塑性分析（PushoverAnalysis）的基本原理和计算实例[J].世界地震工程，2004（1）：45-53.

[18]杨溥，李英民，王亚勇，等.结构静力弹塑性分析（Push-over）方法的改进[J].建筑结构学报，2000，21（1）：90-91.

[19]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S].

[20]杨磊.钢结构交错桁架体系抗震性能的静力弹塑性分析[J].钢结构，2007，22（2）：14-17.

桁架结构篇7

关键词:张弦拱桁架;索;拉杆;预应力分析;屋盖结构选型

1 工程概况

本工程为陕西省榆林市漠海丽江餐饮有限公司餐饮中心生态种植区的钢屋盖结构，屋盖结构主体采用钢管立体桁架结构，跨度60 m，柱距8.1 m，设计基准期为50年，设计使用年限为50年，建筑结构的安全等级为二级，结构重要性系数r0=1.0。根据GB50223—2008《建筑结构设防分类标准》和GB50011—2001《建筑抗震设计规范》的要求，本地区抗震设防烈度为6度(0.05 g)，设计地震分组为第一组，地类别为Ⅲ类，特征周期Tg=0.45 s。根据GB50009—2001《建筑结构荷载规范》的要求，本地区基本风压:W0=0.4 kN/m2，基本雪压:S0=0.25 kN/m2，温度作用:±30℃。屋面恒荷载:上弦0.60 kN/m2(不含自重)，屋面活载:0.5 kN/m2。

2 屋盖结构方案的制定

由于甲方要求结构外形简单、流畅，空间大，且该工程跨度大、体量大，因此选择合理的网架类型是保证结构方案安全经济合理的关键。为减少设计工程量，利用国内成熟管桁架设计软件3D3S8.0近似模拟网架的实际工作条件。考虑到建筑和传力方式的要求，选择了管桁架的结构形式，见图1。

图1(Ⅰ)的结构在支座之间不拉索和杆，该结构具有强度高，重量轻等良好的力学性能，结构外形简单、流畅、空间大、施工难度低、节约材料等优点。图1(Ⅱ)的结构在支座之间拉6X37-φ47.5有机芯1700(公称抗拉强度)型钢丝索。该结构可以充分发挥柔性和刚性两类材料的受力特性，通过对索施加预应力来提高结构的刚度，给结构提供跨中弹性支撑来改变弯矩的分布方式达到降低弯矩峰值的目的，利用结构的自平衡特性减小支座间的水平推力。图1(Ⅲ)的结构在支座之间拉φ127×6.0的热轧无缝钢管，该结构结构刚度大、形状稳定性好，可以抵抗风吸力，同样也可以减小支座间的水平推力。

3 结构方案的比较分析

3.1 计算模型及其参数

已有的研究成果表明:拱桁架结构本身为平面结构体系。因此，文章选用一榀拱桁架为计算模型。

结构的跨度为60 m，矢高为7.5 m，横截面为倒三角形。根据结构设计要求，截面的选取见表1，材料为Q235B钢，弹性模量:E=2.06E11N/m2，屈服极限:σs=235E6N/m2，张弦拱桁架支座为一端刚接，一端铰支，文章采用ANSYS程序进行分析。拱桁架的上弦、下弦、腹杆和撑杆采用LINK8模拟，撑杆与下弦、拉索之间视为铰接，拉索方案的拉索采用LINK10模拟，而拉杆方案的拉杆采用BEAM188模拟。

3.2 单榀拱桁架的受力分析

3.2.1 静力分析

静力分析是结构的基本分析，在该分析中，着重考虑结构的工作状态，即考虑了结构的自重、恒载、活载、风载，将荷载以集中力的方式作用在上弦各个节点上，其值分别为1.082 kN、1.586 kN、15.902 kN、15.062 kN、16.406 kN。

(1)Ⅰ方案拱桁架支座为两端铰支，其最大位移出现在跨中，值为54.2 mm，下弦杆的内力最大，值为101 MPa。

(2)Ⅱ方案中，考虑了索的预应力，通过调整张弦桁架中索的初始应变的方式施加预应力，对结构初始形态预起拱，《钢结构设计规范》允许预起拱值为“1.0恒+0.5活”产生的变形，按此规定，几乎所有结构刚度不足工程均不需要对结构在荷载下产生的弹性位移进行控制，而通过结构的初始几何形态的预起拱实现结构正常使用的变形性能安全设计目标。但此时，结构的绝对位移值超过250 mm，如此大变形对屋面围护次结构、屋面防水连接构造的正常使用的安全性能将产生严重不利影响。参考大量的工程实例，预起拱值在自重作用下，以结构弹性位移约达到跨度的1/400L为基准试算求得。预应力取值为800MPa时，起拱值176mm，下弦杆的应力最大，值为82.0 MPa。将800 MPa的预应力作为初始预应力加到结构上，在正常使用状态下，其最大位移出现在跨中，值为68.9 mm，上弦杆的内力最大，值为234.6 MPa。

(3)Ⅲ方案中，将拉索换为拉杆，其最大位移出现在跨中，值为87.8 mm，下弦杆的内力最大，值为91.8 MPa。为了方案的优选，文章将3个方案的用钢量、结构最大反力、挠度、施工难易度等经济技术指标列表，其结果见表2。

3个结构方案的最大位移均出现在拱桁架的跨中，其最大位移也符合规范对挠度的控制标准。比较表2中3个方案的经济技术指标可以看出:Ⅰ方案的用钢量和支座反力最大，而这恰恰与甲方要求用钢量低、对下部结构负荷小的要求相违背;Ⅱ方案在索施加预应力的作用下，用钢量最省，如对索施加预应力来达到控制结构挠度的要求，则所施加的预应力较大，其索力约为670 kN，上弦杆的断面也相应的增大，而且，施工难度比较大;Ⅲ方案的用钢量和支座反力居于Ⅰ方案和Ⅱ方案之间，且施工也不难，挠度也满足规范的要求。

3.2.2 模态分析

结构的自振特性是结构动力的基本性质，也是动力分析的基础。对结构进行动力特性分析，取前8阶振型以保证参与质量达到90%以上，频率值见表3。

由表3可见，拉杆方案的基频远大于拉索方案的基频，则说明Ⅲ方案的面内刚度大于Ⅱ方案的面内刚度，抗震性能良好。

4 结论

通过对张弦桁架的受力分析，可得出如下结论:

桁架结构篇8

关键词：体育馆；管桁架；钢结构监理

Abstract: Welding, lifting, folding and unloading of gymnasium pipe truss steel structure installation of the emphases and difficulties, this paper through a gymnasium steel pipe truss structure installation supervision experience, briefly in the process of supervision control points.

Key words: stadium, pipe truss, steel structure supervision

中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1 管桁架钢结构的焊接监理

管桁架钢结构焊接监理应注意焊接工艺评定、焊接人员的控制、焊接常见质量通病的控制。

目前体育馆钢结构采用Q345材质较多（如笔者监理的该体育馆四个场馆均采用Q345材质），国内对于Q345及以下材质的焊接工艺已经比较成熟，即将颁布的《钢结构焊接规范GB50661》更是明文规定Q345及以下材质不需要厂家提供焊接工艺评定，只需提供焊接作业指导书，但是Q390以上材质则必须提供焊接工艺评定，重要的焊接形式建议现场进行评定。

焊接操作人员的素质对于焊接质量起着至关重要的作用，监理应严格检查其特种作业人员操作证和焊工合格证，确保施焊人员是在考试合格范围内持证上岗，对于焊接质量不合格人员，应督促施工单位进行更换。作者在该体育场馆的监理过程中，就遇到部分焊工焊接水平较差，焊缝外观不合格，存在气孔、不饱满等缺陷，探伤时发现存在较大比例焊缝需要返工，通过同施工单位进行沟通，更换了该部分焊工人员，确保焊缝的焊接质量。

管桁架焊接过程中常出现错边等质量通病，在高空对接后出现错边更是不易处理，错边的出现同制作厂的水平和现场安装技术都有关系，管件在卷制时应控制好椭圆度，驻厂监理注意用样板等工具检查，运输时的磕碰也会影响管件椭圆度，所以进场时现场监理也要注意这方面的检查工作。现场预组装也是控制错边的一个重要途径，通过预组装检查高空对接处的错边情况，存在问题的提前处理。

2 管桁架钢结构的吊装监理

体育馆管桁架钢结构吊装，存在吊装件重量大、构件不规则和现场道路条件差等情况，监理过程中应特别注意前期的准备工作，审查吊装方案是否符合国家强制性要求（达到一定规模的吊装需要进行专家论证），检查人员和吊装设备的资料，符合相关规定。吊装前会同各方检查吊装机械的安全元件是否有效，吊装过程中旁站见证，杜绝野蛮操作。该体育馆主桁架跨度达112米，单榀主桁架最重约200吨，且馆内有地下结构及游泳池等土建结构，吊机不能进入，导致钢结构安装时的作业半径很大，其屋盖钢结构的吊装是本工程的难点，解决方案：对该体育馆屋盖钢结构的安装采用大型履带吊在外侧行走吊装，主桁架采取分段吊装就位，分段口设置支撑胎架辅助安装，有效解决了吊装问题。在吊装过程中对吊装构件进行三维测量定位，准确落实构件中心点。吊装过程中对人员安全和财产安全影响较大，监理过程中应特别重视，避免安全事故的发生，在该体育馆某场馆的吊装过程中，吊装人员未按照施工方案选用对应规格的钢丝绳，安全系数不够，不顾监理人员和现场总包方管理人员的指令，强行吊装，最后钢丝绳断裂，砸坏混凝土平台，造成较大经济损失。

3 管桁架钢结构的合拢

带临时支撑的钢结构体系转换成封闭稳定钢结构体系的过程叫合拢，合拢过程中应注意合拢温度的确定、合拢线的布置、合拢工程必须在夜间进行。

合拢温度就是钢结构在合拢过程中的初始平均温度，区别于大气温度，是结构使用中温度的基准点，也称安装校准温度。其确定原则如下：确定结构合拢温度时，首先考虑当地的气象条件，应使合拢温度接均气温，也就是可进行施工的天数中所占比例最大的气温。合拢温度应尽量设置在结构可能达到最低温度之间，使结构受温度影响最合理，从而达到最小构件截面减少用钢量的目的。 确定合拢温度应充分考虑施工中的不确定因素，预留一定温度的允许偏差

合拢线应尽量均匀对称布置，合拢线上的合拢焊缝焊接残余应力，比普通焊缝的残余应力大得多，对称均匀布置合拢线，可以使钢结构系统应力尽可能的均匀，从而达到控制钢结构系统初始应力的目的。

合拢工程对环境温度的具体要求是必须在没有日照的夜间并且在构件温度均匀时进行。

4 管桁架钢结构的卸载

带有临时支撑的钢结构封闭稳定系统，转换成自承重封闭稳定系统的过程叫卸载。卸载过程的安全隐患较多，监理要特别注意跟踪控制。

钢结构安装完成后，支撑架拆除前，必须对整个结构进行全面检查，经总包、监理、设计等相关单位验收通过后方可进行临时支撑架的拆除，同时，卸载必须有各方审核批准的卸载方案。临时支撑架的拆除将根据结构在自重作用下的挠度值，采用分级同步卸载，考虑到人工操作，不可避免产生不同步性，结构卸载分多级卸载，每级支撑点卸载位移值要分析计算，卸载过程中，必须做到缓慢卸载，不可一次卸载到位。在临时支撑点卸载拆除之前，应对结构受力进行验算，将验算结果作为结构卸载的理论依据。

对整个钢结构卸载过程中如发现任何异常必须立即停止卸载，例如:突然的杆件大幅度变形、结构发生异响、支座及节点发生变形等；在卸载操作过程中，必须用全站仪等监测设备对卸载的各个点进行实时监控，确保整个卸载过程稳步、有序、安全的完成，卸载方案中应包括测量监控方案，保留测量记录；卸载拆除的支撑架必须安全有序的吊装到地面处，拆除过程中不可随意抛扔，对部分重要节点处必须任然保留支撑架，观测整个工程重要节点的变形量。卸载过程中应保持支撑架的稳定，避免支撑架倒塌伤害施工人员。

桁架结构篇9

关键词：带钢桁架；转换屡；高层建筑结构

目前，随着高层建筑的迅速发展。建筑功能的要求也日益复杂化，建筑结构常常需要采用结构转换层来完成上、下层建筑物结构的转换。一般结构层相比，转换层结构具有结构重量大、结构层刚度大、几何尺寸超大，受力复杂等特点，这意味着转换结构组成了建筑物的主要构件，它们的设计是否合理、安全、经济对整个结构的安全性、结构造价、施工费用等有着重要的影响。

1 带钢桁架转换层高层建筑结构的构造要求

带桁架转换层的结构应按“强化转换层及其下部、弱化转换层上部”的原则，使转换层上下主体结构的侧向刚度尽量接近，平滑过渡。抗震设计时。控制转换层上下主体的结构侧向刚度，当转换层设置在3层及3层以上时。其楼层侧向刚度尚不应小于相邻上部楼层侧向刚度的60％。

将转换桁架置于整体空间结构中进行整体分析。此时，腹杆作为柱单元。上、下弦杆作为梁单元，按空间协同工作玻三维空间分析程序计算整体的内力和位移。计算时，转换桁架按实际杆件布置参与整体分析，但上、下弦杆的轴向刚度、弯曲刚度中应计入楼板的作用。整体结构计算需采用两个以上不同力学模型的程序进行抗震计算。还应进行弹性时程分析并宜采用弹塑性时程分析校核。

带桁架转换层的结构设计中应按转换层“强斜腹杆，强节点”。桁架转换层上部框架结构接“强柱弱梁、强边柱弱中柱”的原则，以保证转换层的结构具有较好的延性，确保塑性饺在梁端出现，能够满足工程抗震的要求。

转换桁架的相邻层楼板宜双向双层配筋，每个方向贯通钢筋的配筋率不宜小于0.25％，且在楼板边缘、孔洞边缘应结合边粱设置予以加强。转换桁架上、下弦杆的配筋应加上楼板平面内弯曲计算引起的附加钢筋。

2　带钢桁架转换层商层建筑结构实例分析

对于大跨度的钢桁架转换层结构的受力。各方面的影响因素较多，导致结构受力情况比较复杂，对它的受力影响因素进行探讨具有实际意义，可为实际工程的设计与施工提供理论依据。因此，通过对大跨度钢桁架转换层的受力影响因素进行分析，认识钢桁架转换层的受力特点。以期充分利用钢结构构件受力性能好的特点，使其承担较多的荷载作用。以调整端部混凝土结构的受力，减少混凝土结构的荷载作用，使整个结构体系的受力更为合理。下面结合工程实例分析高层转换桁架的受力影响因素及其受力特点，某高层建筑为地上24，层，地下2层，总建筑面积72788m2，其中地上58300m2，地下14488m2。平面长92.1M，宽49M。结构檐口标高为108.80m，中间有电梯、楼梯、机房等的高层建筑。

(1)梁式转换与精架转换的比较确定，

与最为常见的转换结构形式粱式转换相比，本例中转换粱的跨度很大而且上部荷载较大，采用梁式的转换结构，转换梁的截面必然很大，一方面导致转换梁下部空间无法再利用、自重大、配筋多、不经济等缺点；另一方面导致沿竖向结构质量和刚度分布在转换层的变化不连续。发生突变，对结构的整体抗震性能不利。因此，需要另一种形式的转换构件来解决这个问题，而转换桁架具有传力明确，传力途径清楚-虽构造和施工复杂，但转换桁架不仅为开洞和设置管道创造了条件，而且它们的位置与大小都有很大的灵活性，可以充分利用该转换层的建筑空间，而且桁架转换层的节间采用轻质建筑材料填充甚至可以外露不填充，有利于减轻结构的自重；转换桁架的抗侧力刚度比转换粱要小，也就是说。具有桁架转换层的高层建筑其质量和刚度的突变要比带转换粱的高层建筑缓和。因此带转换桁架的高层建筑其地震反应要比带转换梁的高层建筑小得多，由此可见，在本例工程的三层转换构件采用转换大粱的结构形式是不合适的，而采用转换桁架的结构形式将很好的避免了上述的多个问题且将节约混凝土用量近30％。将是一个较为合理正确的选择。

(2)转换桁架的具体形式的确定。

在本例工程的三层转换构件采用确定桁架结构后，设计人员则需要进一步确定桁架的结构形式。根据前面的论述，转换桁架的结构形式有多种，但是根据本例工程的三层转换构件的具体情况，采用何种最合理的结构形式，则必须加以比较分析后方可确定。

①单层转换桁架与双层转换桁架的确定，

采用精架结构作为高层建筑的转换构件时，一般情况是取出一层层高的高度作为转换桁架的高度。对于本项目，转换桁架位于结构的边缘，建筑师为了使转换桁架对于立面的影响降至最小，希望桁架仅在中庭设置，即取一层高度(4.00m)作为转换桁架的高度。在本例中各层的层高情况分别是：底层：6.44ml二层：4.80m：三层以上：4.00mt而结构的柱距为9.0m，若仅取4.00m为桁架高度时，在柱与柱之间必须另设一个桁架节点以保证桁架斜腹杆与水平弦杆的角度在合理的450—550之间。若取建筑的两层层高即8.00m为转换桁架的高度，则在柱与柱之间可以不必设置多余的桁架节点，使桁架的结构形式趋于简单。

②空腹桁架、斜杆桁架、无竖杆桁架的比较确定。

作为高层建筑中的转换结构一桁架结构有如下的主要结构形式：空腹桁架、交叉斜杆桁架、无竖杆的交叉斜杆桁架。作为一种相对独立的结构形式，无论采用何种结构形式。应该说都是可以实现的。对于建筑师来说，空腹桁架如果在构件尺寸可以接受的条件下。当然是首选，当然，采用无竖杆的交叉斜杆桁架形式，结构上可以使桁架的构造节点趋于简单，在建筑师看来，也可以接受。

③单跨桁架与多跨桁架的确定。

在确定了以交叉斜杆桁架作为本次项目的转换结构的结构形式后，结构工程师尚发现在这个计算模型中的框架柱的内力较大。作为抗震设计“强柱弱梁”的一般设计原则，框架柱中的内力相对越大，则在柱中率先出现塑性铰的可能性将越大。而在模型计算中同样可以发现，Z2的内力较大。而作为相邻的柱z1的内力则相对较小，尚有较大潜力。

综上所述，采用将转换桁架向外延伸一跨的做法，可以使本次工程的转换桁架各构件的内力分布更为合理，也即是说，采用向外延伸一跨转换桁架的结构形式在本次工程中是较为合理的选择。

桁架结构篇10

[关键词]折板型空间桁架 受力特性 结构体系

1 引言

随着铁路跨越式发展的深入，新时期的无站台柱雨棚呈现出多元化发展趋势，除了跨度大、标准高，还大量采用了新的现代化技术，同时在雨棚的设计融入地域文化特色。经过最近几年的发展，各种新型的结构体系都在火车站站台雨棚的建设中得到了应用，在较好的实现了建筑师意图的基础上，结构上也达到了安全、经济等要求。在苏州站无站台柱雨棚的设计中，为了较好的实现建筑师的意图，雨棚结构体系采用了一种新型的结构形式——折板型空间桁架结构。

折板型空间桁架结构作为一种新型杂交空间结构，在有钢桁架结构共有的规律同时，也有其独特的受力性能，然而迄今为止尚没有发现有关的研究文献和应用实例。本文从折板型空间桁架的结构体系出发，探讨折板型空间桁架结构的受力特性，研究较合理的折板型空间桁架的结构体系。

2折板型空间桁架的受力特性和结构体系研究

同普通桁架结构一样，折板型空间桁架结构由上弦杆、下弦杆和腹杆三部分组成，如图1所示。

图1 折板型空间桁架示意图

为了研究折板型空间桁架的受力特性和结构体系，接下来分三个方案进行研究。

典型折板型空间桁架方案：折板型空间桁架结构支承于横向主桁架上，在折板型空间桁架的上下弦之间设置一道直腹杆，折板型空间桁架边桁架的下弦杆之间增加下弦直腹杆以增强边桁架的刚度，同时作为折板型空间桁架的边约束。折板型空间桁架结构跨度36m，两下弦杆之间的距离为11m，上下弦杆之间的距离为6m。折板型空间桁架的上下弦杆、斜腹杆、直腹杆均采用无缝钢管，计算时折板型空间桁架中的杆件均两端铰接释放。如图2～4所示。主桁架为正放三角桁架，上下弦杆之间的距离为6m，下弦杆之间的距离为12.0m。

比较方案一：在典型折板型空间桁架的基础上将上下弦之间的直腹杆删除掉。

比较方案二：在典型折板型空间桁架的基础上将边桁架下弦之间的直腹杆删除掉

图2 典型折板型空间桁架三维图 图3 典型折板型空间桁架平面布置图

图4 典型折板型空间桁架立面图

2.1 荷载取值

折板型空间桁架作为屋面主体结构，屋面荷载主要有屋面恒载、屋面活荷载、雪荷载、风荷载。

为了便于分析，将屋面荷载仅作用于折板型空间桁架上。屋面荷载作用于檩条上，然后通过檩条传递到折板型空间桁架。

恒载：取均布荷载0.60kN/m2。活载：取均布荷载0.50kN/m2。风荷载：基本风压：0.45kN/m2；风压高度变化系数：1.25；风振系数：1.6；风荷载体型系数：迎风面取0.5，其他位置取-0.6。不考虑地震的影响。

设计组合取：组合1：1.2恒+1.4活荷载；组合2：1.2恒+1.4活荷载+1.4x0.6风荷载；组合3：1.2恒+1.4x0.7活荷载+1.荷载。

使用《三维通用结构分析设计程序SAP2000》（14.1.0版本）进行结构分析。

2.2 计算结果分析

忽略主桁架的刚度影响，位移采用相对位移。

表1 折板型空间桁架位移表

方案

最大的竖向位移(mm)

最大的水平位移(mm)

典型折板型空间桁架方案

12.88

8.5

比较方案一

22.5

8.5

比较方案二

204.9

214.9

在满足应力比和长细比的前提下，折板型空间桁架的构件截面及构件最大的内力值和最大应力比见表2。

表2 折板型空间桁架的构件截面及构件最大内力和最大应力比

方案

杆件

轴力N(kN)

剪力V1(kN)

剪力V2(kN)

弯矩M2(kN.m)

弯矩M3(kN.m)

应力比

典型折板型空间桁架方案

折板型空间桁架

上弦杆Φ273x14

-628.0

0.260

下弦杆Φ245x14

554.8

0.176

上下弦杆间的直腹杆Φ168x6

-5.8

0.03

斜腹杆Φ245x12

-188.9

-84.7

0.841

折板型空间桁架边桁架

上弦杆Φ273x14

-584.9

0.240

下弦杆Φ245x14

565.9

0.180

上下弦杆间的直腹杆Φ168x6

-5.8

0.03

斜腹杆Φ245x14

-156.1

26.5

-117.9

0.913

下弦直腹杆Φ219x6.5

-104.5

0.337

比较方案一

折板型空间桁架

上弦杆Φ273x14

-604.0

-18.9

0.708

下弦杆Φ245x14

533.6

53.4

0.439

斜腹杆Φ245x12

-183.4

-84.7

0.834

折板型空间桁架边桁架

上弦杆Φ273x14

-559.4

-18.9

0.665

下弦杆Φ245x14

540.3

54.0

0.445

斜腹杆Φ245x14

-144.5

26.5

-117.9

0.900

下弦直腹杆Φ219x6.5

-108.6

0.350

比较方案二

折板型空间桁架

上弦杆Φ273x14

-627.6

38.7

21

0.258

下弦杆Φ245x14

554.6

2.9

56.9

0.466

上下弦杆间的直腹杆Φ168x6

-5.8

0.025

斜腹杆Φ245x12

-208.4

26.8

0.841

折板型空间桁架边桁架

上弦杆Φ273x14

-514.6

0.210

下弦杆Φ351x16

227.7

-21.9

28.6

-308.8

-259.2

0.921

上下弦杆间的直腹杆Φ168x6

-5.8

0.025

斜腹杆Φ245x14

-107.9

26.5

-117.9

0.855

注：轴力中压力为负值

从表2可以看到，典型折板型空间桁架方案和比较方案的杆件内力相差不大。折板型空间桁架和边桁架的上下弦杆、上下弦杆间的直腹杆之间内力差别不大，设计时可以采用同一规格杆件；折板型空间桁架边桁架的斜腹杆在支承处的内力较大，设计时应区别对待。

上下弦之间的直腹杆作为上下弦的平面内和平面外支撑，删去之后造成折板型空间桁架上下弦杆的计算长度变大，从而导致桁架上下弦杆应力比增加。同时，删去上下弦之间直腹杆后，桁架平面内的刚度有较大的削弱，平面外的刚度变化不大。较典型折板型空间桁架方案，比较方案一竖向最大位移增加了76%。

删除边桁架下弦直腹杆后，下弦杆平面外的计算长度变大，近似可看作由4跨连续梁变成单跨简支梁，故下弦杆的应力增加较多，需要加大截面尺寸。同时，边桁架下弦杆由于侧向支撑较弱，位移很大。

通过对上述三个方案的研究分析，可得到：

（1）折板型空间桁架上下弦之间的直腹杆是上下弦的平面内和平面外支撑，设置直腹杆可以减少上下弦杆的计算长度，从而优化折板型空间桁架上下弦杆的截面，并且也可作为折板屋面檩条的支承，减小檩条的跨度，从而达到比较好的经济效果。同时设置上下弦之间的直腹杆对折板型空间桁架平面内的刚度有很好的作用。

（2）折板型空间桁架边桁架下弦之间的直腹杆不仅是保证整个折板型空间桁架结构成为稳固结构的充分条件，同时也是折板型空间桁架边桁架下弦杆的最重要侧向支撑，是保证折板型空间桁架边桁架刚度的重要的一部分。

（3）典型折板型空间桁架方案从结构受力上来说是较经济合理的一种折板型空间桁架结构体系，可以作为典型的折板型空间桁架形式进行应用。

3 结语

本文通过对不同结构体系的折板型空间桁架进行比较分析，得出了折板型空间桁架结构的受力特性和构造要求，提出了较经济合理的折板型空间桁架结构体系。在此基础上，苏州火车站无站台柱雨棚的设计采取了典型折板型空间桁架方案，取得了较好的工程应用效果。

4参考文献

[1] [美]林同炎，S·D·斯多台斯伯利.结构概念和体系（第二版）[M].北京：中国工业建筑出版社，2003.

[2] 刘一威.折板、拱壳原理在坡屋顶结构设计中的应用[J].深圳土木与建筑，2007，12.

[3] 李荣福.平板网架结构选型的探讨[J].山西建筑，2002，10.

[4] 沈祖炎，陈扬骥.网架与网壳[M].上海:同济大学出版社，1997.