5 平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(08改).ppt

1、第二部分平 板 網(wǎng) 架 結(jié) 構(gòu)Plate-like Space Truss,平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu) Plate-like Space Truss,1.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在中國(guó)的發(fā)展,1.第一個(gè)網(wǎng)架，1964年，上海師范大學(xué)球類(lèi)館屋蓋 （31.5m 40.5m、角鋼桿件）,2.第一批有影響的網(wǎng)架 1967年，首都體育館； 1973年，上海萬(wàn)人體育館 70年代初，遼寧體育館、上海文化廣場(chǎng),4.80年代初，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)網(wǎng)架廠家出現(xiàn)，形成專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn),3.1981年，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定頒布，世界 第一個(gè)由國(guó)家頒發(fā)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范,首都體育館, 99X112.2m,正交斜放網(wǎng)架，高6m,15X17格，網(wǎng)格尺寸6.6m 16

2、Mn鋼角鋼桿件，板式螺栓節(jié)點(diǎn)（高強(qiáng)M22)，65kg/m2,上海萬(wàn)人體育館, 三向網(wǎng)架，直徑110m,外挑2X7.3m,高6m, 網(wǎng)格邊長(zhǎng)6.28m 16Mn鋼鋼管桿件，空心球節(jié)點(diǎn)，47kg/m2,5.單層工業(yè)廠房的大面積應(yīng)用，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展進(jìn)入新 的階段。 80年代初，唐山地震災(zāi)害重建，唐山齒輪廠聯(lián)合廠房、唐山機(jī)車(chē)車(chē)輛廠客車(chē)總裝車(chē)間均采用上萬(wàn)米網(wǎng)架結(jié)構(gòu)（具有較好的抗震性能） 90年代初，天津無(wú)縫鋼管廠管加工車(chē)間（60000平方米）、長(zhǎng)春第一汽車(chē)廠轎車(chē)總裝廠房（80000平方米）、哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)裝配車(chē)間廠房(60000平方米) 90年代后期，年建設(shè)網(wǎng)架100萬(wàn)平方米以上，“網(wǎng)架王國(guó)”,1.網(wǎng)

3、架結(jié)構(gòu)在中國(guó)的發(fā)展,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn) 空間受力作用，所有桿件均參加工作，具有良好 受力性能 剛度和整體性?xún)?yōu)于一般平面結(jié)構(gòu) 良好的抗震性能 制作安裝方便、工廠化預(yù)制，減少現(xiàn)場(chǎng)施工量,網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍 1.體育建筑 2.公共建筑 3.單層工業(yè)廠房 4.飛機(jī)庫(kù) 5.加油站 6.收費(fèi)站 7.其它,平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu) Plate-like Space Truss,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,一、網(wǎng)架的類(lèi)型,1.平面桁架系網(wǎng)架,2.四角錐體系網(wǎng)架,3.三角錐體系網(wǎng)架,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型：一、網(wǎng)架的類(lèi)型,1.平面桁架系網(wǎng)架,下弦桿,腹桿,上弦桿,支撐桿, 斜腹桿應(yīng)布置成使桿件受拉方向比較有利,1.平面桁架系網(wǎng)

4、架,（1）兩向正交正放網(wǎng)架, 兩向節(jié)間應(yīng)布置成偶數(shù)。 支承平面內(nèi)應(yīng)設(shè)置斜桿，傳遞水平荷載。,1.平面桁架系網(wǎng)架,（2）兩向正交斜放網(wǎng)架, 各榀桁架剛度各異，形成良好空間作用,有角柱,無(wú)角柱,1.平面桁架系網(wǎng)架,（3）兩向斜交斜放網(wǎng)架, 適用于矩形平面，構(gòu)造復(fù)雜，受力欠佳， 有特殊建筑要求時(shí)采用,1.平面桁架系網(wǎng)架,（4）三向網(wǎng)架, 適用跨度較大(L60m),平面為三角形、六邊形、多邊形和圓形 空間剛度大、受力性能好、支座受力較均勻，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜(Nmax=13),1.平面桁架系網(wǎng)架,（5）單向折線形網(wǎng)架,由一系列平面桁架斜交成V形，也可看成正放四角錐網(wǎng)架取消了縱向上下弦桿 單向受力，不需要支撐

5、 周邊增設(shè)部分聯(lián)系桿件，增加整體剛度，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)),2.四角錐體系網(wǎng)架,下弦桿,腹桿,上弦桿,2.四角錐體系網(wǎng)架,（1）正放四角錐網(wǎng)架, 受力均勻，空間剛度大，應(yīng)用最廣,2.四角錐體系網(wǎng)架,（2）正放抽空四角錐網(wǎng)架, 桿件數(shù)目少、構(gòu)造簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)效果好 下弦桿件受力不均勻，剛度較小，用于較小跨度、輕屋面、無(wú)吊頂,2.四角錐體系網(wǎng)架,（3）斜放四角錐網(wǎng)架, 上弦桿短、下弦桿長(zhǎng)、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)單 應(yīng)用較廣泛,2.四角錐體系網(wǎng)架,（4）棋盤(pán)形四角錐網(wǎng)架, 斜放四角錐網(wǎng)架水平轉(zhuǎn)動(dòng)45度 上弦桿短、下弦桿長(zhǎng) 周邊滿錐時(shí)，剛度較好 屋面構(gòu)造簡(jiǎn)單,2.四角錐體系網(wǎng)架,（5）星形四角錐網(wǎng)架, 上弦桿短、下弦桿長(zhǎng)、

6、豎桿受壓、內(nèi)力等于上弦節(jié)點(diǎn)荷載 剛度稍差、適用于中小跨度的周邊支承,3.三角錐體系網(wǎng)架,3.三角錐體系網(wǎng)架,（1）三角錐網(wǎng)架, 受力均勻，空間剛度大 適用于大中跨度及重屋面的建筑物,3.三角錐體系網(wǎng)架,（2）抽空三角錐網(wǎng)架, 整體剛度較差 適用于中小跨度的輕屋面的建筑物,3.三角錐體系網(wǎng)架,（3）蜂窩形三角錐網(wǎng)架, 節(jié)點(diǎn)匯交6根，簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 上弦平面六邊形，增加屋面板布置和找坡的困難 適用于中小跨度的周邊支承網(wǎng)架，用于六邊形、圓形和矩形平面,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,1.周邊支承,2.點(diǎn)支承,3.周邊支承與點(diǎn)支承結(jié)合,4.三邊或兩邊支承,5.單邊支承,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,

7、1.周邊支承, 傳力直接、受力均勻，支座支承于柱頂或連梁，最常見(jiàn),二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,2.點(diǎn)支承, 受力與無(wú)梁樓蓋相似,2.點(diǎn)支承,柱帽形式,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,3.周邊支承與點(diǎn)支承結(jié)合, 可有效地減少網(wǎng)架桿件的內(nèi)力峰值和撓度 適用于大柱網(wǎng)工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)、展覽館等,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,4.三邊或兩邊支承, 自由邊的存在對(duì)網(wǎng)架內(nèi)力分布和撓度都不利 在飛機(jī)庫(kù)、影劇院、工業(yè)廠房、干煤棚等中應(yīng)用,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,5.單邊支承, 受力與懸挑板相似 多用于挑篷結(jié)構(gòu),二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的支承,網(wǎng)架支承位置,(A)上弦支承,(B)下弦支承,(C)混合支承,(D)下弦支承,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的

8、選型, 網(wǎng)架的選型應(yīng)根據(jù)建筑平面形狀和跨度大小、支承方式、荷載大小、屋面構(gòu)造和材料、制作方法等方面因綜合確定, 矩形平面、周邊支承：長(zhǎng)寬比小于或等于1.5時(shí)，宜選用斜放四角錐、棋盤(pán)形四角錐、正放抽空四角錐網(wǎng)架，也可以考慮兩向正交斜放網(wǎng)架，兩向正交正放網(wǎng)架。, 正放四角錐網(wǎng)架鋼量較其他網(wǎng)架高，但桿件標(biāo)準(zhǔn)化程度比其他網(wǎng)架好，目前采用較多。對(duì)于中小跨度，也可選用星形四角錐網(wǎng)架和蜂窩形三角錐網(wǎng)架。, 當(dāng)邊長(zhǎng)比大于1.5時(shí)，宜先用兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架和正放抽空四角錐網(wǎng)架。當(dāng)平面狹長(zhǎng)時(shí)，可采用單向折線形網(wǎng)架。,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的選型, 對(duì)于平面形狀為矩形、點(diǎn)支承情況，宜采

9、用兩向正交正放網(wǎng)架，正放四角錐網(wǎng)架，正放抽空四角錐網(wǎng)架。, 對(duì)于平面形狀為圓形、多邊形等，宜采用三向網(wǎng)架，三角錐網(wǎng)架，抽空三角錐網(wǎng)架。, 對(duì)于大跨度建筑，實(shí)際工程的經(jīng)驗(yàn)證明，三角錐網(wǎng)架和三向網(wǎng)架其耗鋼量反而比其他網(wǎng)架省。, 對(duì)于矩形平面，三邊支承或二邊支承情況，只要對(duì)開(kāi)口邊進(jìn)行處理，即可按四邊支承情況選用網(wǎng)架形式。開(kāi)口邊有兩種處理方法，一是將整個(gè)網(wǎng)架的高度適當(dāng)增高，開(kāi)口邊桿件的截面加大，使網(wǎng)架整體剛度得到改善；另一種方法是在其開(kāi)口邊局部增加網(wǎng)架層數(shù)。,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,四、網(wǎng)架高度和網(wǎng)格尺寸, 網(wǎng)架高度與 （1）屋面荷載和設(shè)備尺寸；（2）平面形狀；（3）支承條件；（4）建筑尺寸要求（包

10、括跨度）等因素有關(guān) 網(wǎng)格尺寸取決于屋面材料的選用，若屋面采用無(wú)檁體系，即采用鋼絲網(wǎng)水泥板或帶肋鋼筋混凝土屋面板，網(wǎng)格尺寸不宜超過(guò)4m，否則屋面板將很笨重；如采用有檁體系，受檁條經(jīng)濟(jì)跨度影響，網(wǎng)格尺寸不宜超過(guò)6m。 網(wǎng)格尺寸（s）與網(wǎng)架高度（h)有密切關(guān)系，s/h之比越大，斜腹桿與上、下弦平面夾角越小，通常應(yīng)使斜腹桿與弦桿夾角為40 55 。網(wǎng)格尺寸和網(wǎng)架高度都與網(wǎng)架跨度、支承情況、建筑平面、屋面材料、荷載大小等因素有關(guān)。,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,四、網(wǎng)架高度和網(wǎng)格尺寸,網(wǎng)架的上弦網(wǎng)格數(shù)和跨高比（優(yōu)化結(jié)果）,2.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的類(lèi)型與選型,五、網(wǎng)架的整體構(gòu)造,1.網(wǎng)架屋面排水坡的形成,(A)網(wǎng)架整體

11、起拱,(B)網(wǎng)架變高度,(C)設(shè)短柱支托,設(shè)短柱支托構(gòu)造簡(jiǎn)單，是采用較多的找坡方法,五、網(wǎng)架的整體構(gòu)造,2.網(wǎng)架容許撓度與起拱度, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作屋蓋時(shí)，f=L/250,L為短向跨度, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)作樓蓋時(shí)，f= L/300,L為短向跨度, 網(wǎng)架起拱造成網(wǎng)架制作復(fù)雜，一般網(wǎng)架可不起拱，要 求起拱時(shí)，拱度f(wàn)=L/300, L為短向跨度,平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu) Plate-like Space Truss,3.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析,一、網(wǎng)架計(jì)算基本假定,1.節(jié)點(diǎn)為鉸接，桿件只承受軸力,2.按小撓度理論計(jì)算,3.按彈性方法分析, 網(wǎng)架是一種空間桿系結(jié)構(gòu)，桿件之間通過(guò)鉸接節(jié)點(diǎn)連接，可忽略節(jié)點(diǎn)剛度的影響。僅能承受節(jié)點(diǎn)集中荷載。,

12、4.僅承受節(jié)點(diǎn)集中荷載,3.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì),二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和分析方法,1. 鉸接桿件計(jì)算模型,2. 梁系計(jì)算模型,3. 平板計(jì)算模型,計(jì)算模型,分析方法,a. 有限元法,b. 差分法,c. 力法,d. 微分方程解法,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和分析方法,1. 空間桁架位移法。一種鉸接桿系結(jié)構(gòu)的有限元分析法，適合計(jì)算機(jī)應(yīng)用，是精確方法，是所有方法中計(jì)算精度最高的。,2. 交叉梁系梁元法。適用于由平面桁架系組成網(wǎng)架的一種方法，以單元網(wǎng)片等代為梁元，是簡(jiǎn)化方法中精度較高的一種，誤差5%。,3. 交叉梁系力法（兩向平面桁架系）， 誤差10%-20%。,4. 交叉梁系差分法（平面桁架系或正放四角錐）

13、，誤差10%-20%。,5. 混合法（平面桁架系組成的網(wǎng)架，適合40m以下），誤差0%-10%。,6. 假想彎矩法（斜放四角錐及棋盤(pán)四角錐，適合中小跨度）， 誤差15%-30%。,7. 網(wǎng)板法（正放四角錐）， 誤差10%-20%。,8. 下弦內(nèi)力法（計(jì)算蜂窩形三角錐網(wǎng)架）， 誤差0-5%。,9. 擬板法（平面桁架系及由角錐體組成的網(wǎng)架），誤差10%-20%。,10. 擬夾層板（適合40m以下網(wǎng)架）， 誤差5%-10%。,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)計(jì)算模型和分析方法,3.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì),三、空間桁架位移法,1. 基本方程及單元?jiǎng)偠染仃?(A) 桿件節(jié)點(diǎn)線位移,(B) 桿件節(jié)點(diǎn)力,單元局部坐標(biāo)系中基本方程,

14、三、空間桁架位移法,局部坐標(biāo)單元?jiǎng)偠染仃?坐標(biāo)轉(zhuǎn)換,三、空間桁架位移法,轉(zhuǎn)換矩陣,三、空間桁架位移法,方向余弦,整體坐標(biāo)系中基本方程,三、空間桁架位移法,整體坐標(biāo)單元?jiǎng)偠染仃?三、空間桁架位移法,三、空間桁架位移法,有限元集合體的基本方程組,K網(wǎng)架結(jié)構(gòu)總體剛度矩陣；,U網(wǎng)架結(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)系中位移列陣；,P在整體坐標(biāo)系中網(wǎng)架的外荷載列陣；, 支座約束類(lèi)型：自 由 彈性約束 固定約束 強(qiáng)迫位移,3.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì),四、邊界條件, 結(jié)構(gòu)在整體坐標(biāo)系中的總剛度K是奇異的，尚需引入邊界條件以消除剛體位移。根據(jù)邊界條件來(lái)修正總剛度矩陣以使總剛度矩陣成為正定陣,四、邊界條件, 彈性約束：在某自由度i方向

15、有彈性約束且彈簧剛度系數(shù)為si，將彈簧剛度系數(shù)si疊加到總剛度矩陣中相應(yīng)自由度方向的主元kii上即可；, 固定約束或強(qiáng)迫位移：在某自由度i方向有強(qiáng)迫位移i，將總剛度矩陣中相應(yīng)自由度方向的主元kii乘以一個(gè)充分大的數(shù)R，R為1081012； ki1U1+ki2U2+kiiRUi+kinUn=kiiR i,五、內(nèi)力計(jì)算及平衡算核,Nij為桿件內(nèi)力，受拉為正、受壓為負(fù)，方向與局部坐標(biāo)系的x軸方向一致,3.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析,若j為支座結(jié)點(diǎn)，則Rj為支座反力，否則Rj 應(yīng)為零（以此進(jìn)行校核）, 計(jì)算了每個(gè)桿件內(nèi)力Nij后，可求出每個(gè)結(jié)點(diǎn)按靜力平衡條件求結(jié)點(diǎn)不平衡力向量Rj。設(shè)共有s個(gè)桿件匯交于結(jié)點(diǎn)j，其中有

16、r個(gè)桿件，其局部坐標(biāo)x軸指向結(jié)點(diǎn)j，而其余q個(gè)桿件其局部坐標(biāo)x軸的正向背離結(jié)點(diǎn)j。于是結(jié)點(diǎn)j的不平衡力向量Rjx，,五、內(nèi)力計(jì)算及平衡算核,六、結(jié)構(gòu)重分析及收斂條件,循環(huán)n次，兩次截面改變數(shù)量相差不超過(guò)桿件總數(shù)的5%即可（通常n為3-4次）, 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)為多次超靜定結(jié)構(gòu)，需假想結(jié)構(gòu)初始截面,平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu) Plate-like Space Truss,4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)溫度作用,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,一、基本荷載,四、桿件、節(jié)點(diǎn)和支座設(shè)計(jì)和構(gòu)造,五、網(wǎng)架制作與安裝,4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一、基本荷載,1. 網(wǎng)架自重（程序自動(dòng)計(jì)算）,永久荷載,2. 屋面板/樓面板（包括連接檁條）,3. 吊頂

17、材料自重,4. 懸掛設(shè)備、管道等自重,4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),一、基本荷載,1. 屋面或樓面活荷（一般不上人屋面，0.5kN/m2）,可變荷載,2. 雪荷載（不與活荷同時(shí)考慮）,3. 風(fēng)荷載,4. 積灰荷載,5. 吊車(chē)荷載,6. 溫度作用,7. 地震作用,4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)溫度作用, 網(wǎng)架是超靜定結(jié)構(gòu)，在均勻溫度場(chǎng)變化作用下，由于桿件不能自由熱脹冷縮，桿件內(nèi)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，這種應(yīng)力稱(chēng)為網(wǎng)架的溫度應(yīng)力。溫度場(chǎng)變化范圍是指施工安裝完畢（網(wǎng)架支座與下部結(jié)構(gòu)連接固定牢固）時(shí)的氣溫與當(dāng)?shù)爻Ｄ曜罡呋蜃畹蜌鉁刂?。它的?jì)算方法有采用空間桁架位移法的精確分析法和把網(wǎng)架簡(jiǎn)化為平面構(gòu)架的近似分析法, 當(dāng)溫度變化

18、，網(wǎng)架桿件中以支承平面弦桿的溫度應(yīng)力為最大，隨著支座法向約束的減弱而減少。當(dāng)支座法向約束減弱到一定程度后，即可不考慮溫度應(yīng)力的影響(桿件溫度應(yīng)力小于0.05f，可不考慮溫度作用)。,1. 網(wǎng)架不考慮溫度應(yīng)力的條件, 網(wǎng)架規(guī)程中規(guī)定，符合下列條件之一者，可不考慮溫度內(nèi)力： 1、支座節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造允許網(wǎng)架側(cè)移時(shí)，其值應(yīng)等于或大于計(jì)算值； 2、當(dāng)周邊支承的網(wǎng)架、且網(wǎng)架驗(yàn)算方向跨度小于40m時(shí)，支承結(jié)構(gòu)為獨(dú)立柱或磚壁柱； 3、在單位力作用下，柱頂位移值大于或等于下式計(jì)算值：,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)溫度作用,基本原理： 1） 首先將網(wǎng)架各節(jié)點(diǎn)加以約束，求出因溫度變化而引起的桿件固端內(nèi)力和各節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)不平衡力 2） 而

19、后取消約束，將節(jié)點(diǎn)不平衡力反向作用在節(jié)點(diǎn)上，用空間桁架位移法求由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力 3） 最后，將桿件固端內(nèi)力與由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力疊加，即求得網(wǎng)架的桿件溫度應(yīng)力,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法,二、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)溫度作用,E、a分別為鋼材的彈性模量和線膨脹系數(shù),Aij ij桿的截面面積,t 溫度差（C），以升溫為正,1） 因溫度變化而引起的桿件固端內(nèi)力, 當(dāng)網(wǎng)架所有節(jié)點(diǎn)均被約束時(shí)，因溫度變化而引起ij桿的固端內(nèi)力為,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法, 同時(shí)，桿件對(duì)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生固端節(jié)點(diǎn)力，其大小與桿件的固端內(nèi)力相同，方向與它相反。設(shè)ij桿在i端有桿端內(nèi)力ptij

20、，則i端的桿端內(nèi)力在結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系上的分量,pxipyipzi分別為ij桿的I端內(nèi)力在整體坐標(biāo)系中的分力,1） 因溫度變化而引起的桿件固端內(nèi)力,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法,2） 節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法, 設(shè)與第i節(jié)點(diǎn)相連的桿件有m根（下圖），則由桿端內(nèi)力引起的節(jié)點(diǎn)不平衡力的分力為：,m相交于節(jié)點(diǎn)i上的桿件數(shù), 各節(jié)點(diǎn)上的節(jié)點(diǎn)不平衡力反向作用在網(wǎng)架各節(jié)點(diǎn)上，即建立由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的有限元幾何體基本方程組，其表達(dá)式：,K網(wǎng)架結(jié)構(gòu)總剛度矩陣 U由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的節(jié)點(diǎn)位移列向量 Pt 作用在網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)上的不平衡力列向量,2） 節(jié)點(diǎn)不平衡

21、力引起的桿件內(nèi)力,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法, 考慮了邊界條件后，解得由節(jié)點(diǎn)不平衡力產(chǎn)生的各節(jié)點(diǎn)的位移值, ij桿有節(jié)點(diǎn)不平衡力引起桿件內(nèi)力為,2） 節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法,3） 網(wǎng)架桿件的溫度應(yīng)力,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法,架桿件的溫度應(yīng)力由桿件固端內(nèi)力與由節(jié)點(diǎn)不平衡力引起的桿件內(nèi)力疊加而得，即, 空間桁架位移法與近似法比較，除精度較高外，還可考慮網(wǎng)架各個(gè)部位溫差不同。這給一些工業(yè)廠房因工藝要求對(duì)網(wǎng)架各部位取不同溫度變化提供計(jì)算上可能性,2.網(wǎng)架溫度應(yīng)力的精確計(jì)算法：空間桁架位移法,3） 網(wǎng)架桿件的溫度應(yīng)

22、力,桿件的溫度應(yīng)力,4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用, 地震發(fā)生時(shí)，由于強(qiáng)烈的地面運(yùn)動(dòng)而迫使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，受迫振動(dòng)的網(wǎng)架，其慣性作用一般來(lái)說(shuō)是不容忽視的。正是這個(gè)由地震引起的慣性作用使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的地震內(nèi)力和位移，從而有可能造成結(jié)構(gòu)破壞或倒塌，或者失去結(jié)構(gòu)工作能力。因此在地震設(shè)防區(qū)必須對(duì)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算。,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用, 多自由度體系無(wú)阻尼自由振動(dòng)運(yùn)動(dòng)方程為,1 自振特性, 可得到結(jié)構(gòu)體系的3n階自振頻率和3n階振型。 一般取二十階最低自振頻率進(jìn)行動(dòng)力分析即可滿足工程設(shè)計(jì)精度要求。 多采用子空間迭代法來(lái)計(jì)算網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的前數(shù)階低頻的自振頻率和相應(yīng)的振型。 節(jié)點(diǎn)凝聚質(zhì)量采用

23、重力荷載代表值。,K=2M,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,1 自振特性自振頻率和振型的特點(diǎn), 頻譜相當(dāng)密集 可分為水平振型與豎向振型兩類(lèi)，一般豎向分量大 各種不同類(lèi)型網(wǎng)架的豎向振型曲面基本上相似 不同類(lèi)型但具有相同跨度的網(wǎng)架基本周期比較接近,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用, 網(wǎng)架在地震作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程為,2 豎向地震反應(yīng)分析時(shí)程分析法,U、 、分別為網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)在整體坐標(biāo)系中的位 移、速度和加速度列陣； ug地面運(yùn)動(dòng)加速度列陣； M、C、K分別為結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣 和剛度矩陣,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,2 豎向地震反應(yīng)分析振型分解反應(yīng)譜法, 計(jì)算網(wǎng)架豎向地震內(nèi)力時(shí)，可以先求出各振型最大地震作用，然后作為靜荷載作

24、用于結(jié)構(gòu)，再用空間桁架位移法求各振型豎向地震內(nèi)力，最后再組合求出地震內(nèi)力標(biāo)準(zhǔn)值。也可以直接求振型最大位移，然后再計(jì)算振型豎向地震內(nèi)力，最后進(jìn)行組合。, 振型參與系數(shù)j, 是地震影響系數(shù)，它綜合代表了地震的影響,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,2 豎向地震反應(yīng)分析振型分解反應(yīng)譜法, 為動(dòng)力系數(shù)，它反映了結(jié)構(gòu)的最大絕對(duì)加速度反應(yīng)與地面運(yùn)動(dòng)最大加速度的關(guān)系,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用, K為地震系數(shù)，它反映了地面運(yùn)動(dòng)最大加速度與重力加速度之間的關(guān)系,2 豎向地震反應(yīng)分析振型分解反應(yīng)譜法, 地震影響系數(shù)則為, 對(duì)于網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算首先要求計(jì)算結(jié)構(gòu)的豎向地震反應(yīng)因而需要豎向地震反應(yīng)譜。目前在抗震計(jì)算中一般取豎向反應(yīng)譜

25、為水平反應(yīng)譜的1/22/3，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的豎向地震反應(yīng)計(jì)算中可取2/3,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,2 豎向地震反應(yīng)分析振型分解反應(yīng)譜法,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,2 豎向地震反應(yīng)分析振型分解反應(yīng)譜法, 可計(jì)算出第j階振型最大位移。 Uj = jj (Tj) 由Uj計(jì)算j振型豎向地震內(nèi)力Rj。, 振型組合有多種不同的方案，其中被認(rèn)為相對(duì)比較合理的方法是“平方和開(kāi)方”，結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,3 豎向地震作用（規(guī)范實(shí)用方法）,G網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)重力荷載代表值 aj相應(yīng)于第j振型的地震影響系數(shù) j相應(yīng)于第j振型并考慮地面運(yùn)動(dòng)豎向分量作用時(shí) 的振型參與系數(shù), j振型在地面運(yùn)動(dòng)豎向分量作用下的最大地震作用,

26、三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用, 組合得網(wǎng)架的地震作用,3 豎向地震作用（規(guī)范實(shí)用方法）, i節(jié)點(diǎn)上的恒荷載取100；雪荷載及屋面積灰荷載取 50；不考慮屋面活荷載，v為豎向地震作用系數(shù), 將所得地震作用等效反算并簡(jiǎn)化后，計(jì)算作用在網(wǎng)架第i節(jié)點(diǎn)上的地震作用標(biāo)準(zhǔn)值,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,3 豎向地震作用（規(guī)范實(shí)用方法）, 定義地震作用系數(shù)：,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用,豎向地震作用系數(shù)(簡(jiǎn)化),3 豎向地震作用（規(guī)范實(shí)用方法）,三、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)地震作用, 平面復(fù)雜或重要的大跨度網(wǎng)架結(jié)構(gòu),還是應(yīng)采用振型分解反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法分析和驗(yàn)算。懸挑長(zhǎng)度較大的網(wǎng)架屋蓋結(jié)構(gòu)以及用于樓層的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，當(dāng)設(shè)防烈度為8度或9度時(shí)，其豎

27、向地震作用標(biāo)準(zhǔn)值可分別取該 結(jié)構(gòu)重力荷載代表值的10或20。計(jì)算重力荷載代表值時(shí)，對(duì)一般民用建筑可取樓層活荷裁的50。,3 豎向地震作用（規(guī)范實(shí)用方法）,4.網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),四、桿件、節(jié)點(diǎn)和支座設(shè)計(jì)和構(gòu)造,1 桿件材料和截面形式, 鋼材品種主要為Q235鋼和Q345鋼, 網(wǎng)架桿件的截面形式,a)圓管 b)等肢角鋼 c)不等肢角鋼 d)單角鋼 e)H型鋼 f)方管, 圓管截面具有回轉(zhuǎn)半徑大和截面特性無(wú)方向性等特點(diǎn)，是目前最常用截面形式,圓鋼管截面有高頻電焊鋼管及無(wú)縫鋼管兩種。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量采用高頻電焊鋼管，較無(wú)縫鋼管造價(jià)便宜且管壁較薄。,四、桿件、節(jié)點(diǎn)和支座設(shè)計(jì)和構(gòu)造,1 桿件材料和截面形式, 薄壁方管截面具有回轉(zhuǎn)半徑大、兩個(gè)方向回轉(zhuǎn)半徑相等的特點(diǎn)，是一種較經(jīng)濟(jì)截面，應(yīng)用還不廣泛, H型鋼適用受力較大弦桿, 單角鋼適用受力較小的腹桿,四、桿件、節(jié)點(diǎn)和支座設(shè)計(jì)和構(gòu)造,2 桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和容許長(zhǎng)細(xì)比, 網(wǎng)架桿件計(jì)算長(zhǎng)度經(jīng)模型試驗(yàn)和參考平面桁架而確定, 腹 桿 連接形式 弦 桿 支座腹桿 其他腹桿 螺栓球節(jié)點(diǎn) 1 1 1 焊接空心球節(jié)點(diǎn) 09 09 075 板節(jié)點(diǎn) 1 1 08 ,桿件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù),四、桿件、節(jié)點(diǎn)和支座設(shè)計(jì)和構(gòu)造,2 桿件的計(jì)算長(zhǎng)度和容許長(zhǎng)細(xì)比, 網(wǎng)架桿件的容許長(zhǎng)細(xì)比做如下規(guī)定:,1) 受壓桿件 =180 2) 受拉桿件 a)一般桿件 =400 b)支