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管桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)有哪些?

發(fā)布時(shí)間:2020-11-07 瀏覽次數(shù):225
管桁架結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)

管桁架,是指用圓桿件在端部相互連接而組成的格構(gòu)式結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的開(kāi)口截面(H型鋼和I字鋼)鋼桁架相比,管桁架結(jié)構(gòu)截面材料繞中和軸較均勻分布,使截面同時(shí)具有良好的抗壓和抗彎扭承載能力及較大剛度。這種鋼構(gòu)不用節(jié)點(diǎn)板,構(gòu)造簡(jiǎn)單,制作安裝方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、屋蓋剛度大。
空間三角形鋼管桁架在受到豎向均布荷載作用的時(shí)候,表現(xiàn)出腹桿抗剪、弦桿抗彎的受力機(jī)理。弦桿軸力的主要影響因素是截面的高度,而豎面斜腹桿軸力的主要影響因素是豎面腹桿與豎直線的傾角。水平腹桿在豎向荷載作用下的受力較小,但是如果受到明顯的扭矩作用的話,必須考慮適當(dāng)加大其截面尺寸。
靜力計(jì)算。管桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)經(jīng)過(guò)位移、內(nèi)力計(jì)算后進(jìn)行桿件截面設(shè)計(jì),如桿件截面需要調(diào)整應(yīng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì),使其滿足設(shè)計(jì)要求。設(shè)計(jì)后,桿件不宜替換,如因備料困難等原因必須進(jìn)行桿件替換時(shí),應(yīng)根據(jù)截面及剛度等效的原則進(jìn)行,被替換的桿件應(yīng)不是結(jié)構(gòu)的主要受力桿件且數(shù)量不宜過(guò)多(通常不超過(guò)全部桿件的5%),否則應(yīng)重新校核。分析管桁架結(jié)構(gòu)因溫度變化而產(chǎn)生的內(nèi)力,可將溫差引起的桿件固端反力作為等效荷載反向作用在桿件兩端節(jié)點(diǎn)上,然后按有限元法分析。
抗震計(jì)算。在單維地震作用下,進(jìn)行多遇地震作用下的效應(yīng)計(jì)算時(shí),可采用振興分解反應(yīng)譜法,對(duì)于體形復(fù)雜或重要的大跨度結(jié)構(gòu)應(yīng)采用時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。采用時(shí)程分析法時(shí),應(yīng)按建筑場(chǎng)地類(lèi)別和設(shè)計(jì)地震分組選用不少于兩組的實(shí)際強(qiáng)震記錄和一組人工模擬的加速度時(shí)程曲線,其平均地震影響系數(shù)曲線應(yīng)與振形分解反應(yīng)譜法所采用的地震影響系數(shù)曲線在統(tǒng)計(jì)意義上相符。加速度曲線峰值應(yīng)根據(jù)與抗震設(shè)防烈度相應(yīng)的多遇地震的加速度時(shí)程曲線大值進(jìn)行調(diào)整,并應(yīng)選擇足夠長(zhǎng)的地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間。
當(dāng)采用振形分解反應(yīng)譜法進(jìn)行管桁架結(jié)構(gòu)地震作用分析時(shí),建議至少取前25~30個(gè)振形,對(duì)體形特別復(fù)雜或重要的需要取更多振形進(jìn)行效應(yīng)組合。在抗震分析時(shí),應(yīng)考慮支承體系對(duì)其受力的影響。此時(shí)可將桁架結(jié)構(gòu)與支承體系同時(shí)考慮,按整體分析模型進(jìn)行計(jì)算;也可把支承體系簡(jiǎn)化為管桁架結(jié)構(gòu)的彈性支座,按彈性支承模型進(jìn)行計(jì)算。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)分析時(shí),對(duì)于周邊落地的管桁架結(jié)構(gòu),阻尼比可取0.02,對(duì)有混凝土結(jié)構(gòu)支承的管桁架結(jié)構(gòu),阻尼比取0.03。對(duì)于體形復(fù)雜或較大跨度的管桁架結(jié)構(gòu),宜進(jìn)行多維地震作用下的效應(yīng)分析。進(jìn)行多維地震效應(yīng)計(jì)算時(shí),可采用多維隨機(jī)振動(dòng)分析方法、多維反應(yīng)譜法或時(shí)程分析法。
計(jì)算軟件。目前,能對(duì)桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行前處理分析驗(yàn)算,后處理節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)出圖的有STS、STCAD、MST2006、3D3S。STS桁架模塊能方便建立平面桁架模型,但不能建立空間桁架模型。STCAD的建模以及模型編輯功能都比較強(qiáng),但是操作上比較不便,截面定義、分組繁瑣,其后處理節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的參數(shù)比較豐富。MST2006的桁架模型基本上套用網(wǎng)架模型的驗(yàn)算功能。3D3S可方便輸入單元、節(jié)點(diǎn)、局部單元荷載,各種工況荷載都可以通過(guò)導(dǎo)荷載的方式由面荷載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)荷載,風(fēng)荷載可自動(dòng)考慮風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)。工程中常使用計(jì)算軟件為3D3S。
桁架截面尺寸變化對(duì)其內(nèi)力的影響
對(duì)于空間三角形鋼管桁架而言,當(dāng)確定了截面高度、上弦寬度以及節(jié)間長(zhǎng)度后可確定一種截面形狀。隨著上弦寬度的變化,弦桿的內(nèi)力基本上保持不變,但是腹桿和跨中撓度都有顯著的變化。上弦寬度的增加,造成豎面腹桿的傾角相應(yīng)增加,豎面腹桿的軸力在持續(xù)增加,傳遞到水平面上垂直腹桿的力也在增加。
同時(shí),豎面腹桿軸力的增加也造成了桿件剪切變形的增加,反映到結(jié)構(gòu)即是結(jié)構(gòu)跨中撓度的增加。在截面彎矩不變的情況下,上下弦桿的內(nèi)力也僅僅是當(dāng)截面高度有變化的時(shí)候,才會(huì)發(fā)生較大幅度的變化,跟其它的截面參數(shù)沒(méi)有關(guān)系。同時(shí)隨著截面高度的增加,由于傾角的減少,腹桿的軸力表現(xiàn)持續(xù)的減少,而由于彎曲變形和剪切變形的減少,跨中的撓度也逐漸變小。
截面高度是影響構(gòu)件選擇尤其是弦桿選擇的一個(gè)非常重要的因素,其對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響遠(yuǎn)大于其它因素。節(jié)間長(zhǎng)度的大小會(huì)直接導(dǎo)致腹桿夾角的改變。改變節(jié)間長(zhǎng)度以后,弦桿的內(nèi)力略有變化,同時(shí)腹桿的軸力有了相應(yīng)的變化。
隨著節(jié)間長(zhǎng)度的增加,豎面腹桿的傾角相應(yīng)增加,所以豎面腹桿的軸力在持續(xù)加大,傳遞到水平面上垂直腹桿的力也在增加。跨中撓度隨著節(jié)間長(zhǎng)度的增加呈減少的趨勢(shì),后趨于穩(wěn)定。從中可以看出,如果腹桿布置過(guò)密,對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度沒(méi)有起到積極的作用,反而加大了跨中撓度。節(jié)間長(zhǎng)度也并非是越大越好,為了腹桿與弦桿的連接的可靠,一般的傾角控制在35°~55°之間。
管桁架結(jié)構(gòu)因具有造型美觀、制作安裝方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、屋蓋剛度大、經(jīng)濟(jì)效果好等特點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于公共建筑中。在設(shè)計(jì)過(guò)程中,必須把握管桁架的受力特點(diǎn),才能設(shè)計(jì)出安全可靠、經(jīng)濟(jì)美觀的管桁架項(xiàng)目。


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工程常見(jiàn)質(zhì)量事故1.網(wǎng)架工程(1)桿件彎曲變形或局部斷裂;(2)桿件封板或錐頭焊縫連接破壞;(3)節(jié)點(diǎn)變形或斷裂;(4)焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn);(5)高強(qiáng)螺栓斷裂或從球節(jié)點(diǎn)中拔出;(6)桿件在節(jié)點(diǎn)相碰,上弦支撐時(shí)支座腹桿與支承結(jié)構(gòu)相碰;(7)支座節(jié)點(diǎn)位移;(8)網(wǎng)架撓度過(guò)大,超過(guò)了設(shè)計(jì)規(guī)定相應(yīng)設(shè)計(jì)值的1.15倍。2.門(mén)式剛架工程(1)主要構(gòu)件變形、扭曲;(2)預(yù)埋件不符合圖紙、規(guī)范要求,高差超標(biāo),間距超標(biāo);(3)鋼架整體垂直度和整體平面彎曲超差,梁柱端板孔位不對(duì)應(yīng),大小錯(cuò)位;(4)主要受力節(jié)點(diǎn)焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)等;(5)附屬穩(wěn)定結(jié)構(gòu)如支撐、系桿、隅撐等位置設(shè)計(jì)不合理、或加工錯(cuò)誤;(6)次要構(gòu)件不符合質(zhì)量要求。主要原因設(shè)計(jì)原因  (1)結(jié)構(gòu)形式選擇不合理,桿件截面匹配不合理,忽視構(gòu)件初彎曲、初偏心和次應(yīng)的影響,設(shè)計(jì)時(shí)荷載低算和漏算或荷載組合不當(dāng);  (2)材料選擇不合理;  (3)計(jì)算方法選擇、假設(shè)條件、電算程序有誤未能發(fā)現(xiàn);  (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算后,不經(jīng)復(fù)核就進(jìn)行材料代換,導(dǎo)致超設(shè)計(jì)值強(qiáng)度構(gòu)件出現(xiàn);  (5)圖紙錯(cuò)誤或不全。如尺寸標(biāo)注混亂,設(shè)計(jì)說(shuō)明不清,對(duì)材料、工藝要求、施工程序及特殊要求部位有遺漏;  (6)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造有誤,細(xì)部考慮不全面。加工原因  (1)管理混亂,不同規(guī)格、鋼號(hào)、材質(zhì)材料混雜使用;  (2)構(gòu)件下料尺寸有誤,構(gòu)件長(zhǎng)細(xì)比不符設(shè)計(jì)要求;  (3)網(wǎng)架桿件剖口未打、對(duì)接時(shí)焊縫不加襯管或不按設(shè)計(jì)要求焊接;  (4)連接高強(qiáng)螺栓不合格;  (5)構(gòu)件加工有缺陷,螺栓球孔角度偏差大;  (6)焊縫質(zhì)量差,焊角尺寸未達(dá)到設(shè)計(jì)要求。網(wǎng)架安裝原因  (1)地面拼裝時(shí)支撐點(diǎn)不均勻,受力不合理,拼裝時(shí)誤差積累,個(gè)別桿件錯(cuò)誤,導(dǎo)致受力改變,造成網(wǎng)架或個(gè)別桿件變形;  (2)焊接工藝、焊接順序有誤,產(chǎn)生焊接應(yīng)力,導(dǎo)致變形;  (3)整體吊裝時(shí),吊點(diǎn)選擇不合理,沒(méi)有對(duì)吊點(diǎn)進(jìn)行反力驗(yàn)算、桿件超應(yīng)力驗(yàn)算、撓度驗(yàn)算、對(duì)超應(yīng)力處進(jìn)行必要加固措施;  (4)整體吊裝時(shí),各吊點(diǎn)起升速度不同,位移、高差超過(guò)允許范圍,導(dǎo)致變形、破壞;  (5)施工方案選擇錯(cuò)誤,沒(méi)有根據(jù)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形式、現(xiàn)場(chǎng)施工條件合理選擇方案,安裝時(shí)不能形成幾何不變體系,導(dǎo)致變形、破壞;  (6)網(wǎng)架支座預(yù)埋件、預(yù)埋螺栓或柱頂偏移較大,就位困難,強(qiáng)迫就位,導(dǎo)致改變支座受力條件,桿件變形;  (7)安裝人員粗心大意,桿件位置、球角度有誤;  (8)上弦支撐時(shí),誤差積累過(guò)大,導(dǎo)致支座位移,腹桿與支撐面相碰。門(mén)式剛架安裝原因  (1)較長(zhǎng)構(gòu)件運(yùn)輸、堆放時(shí)墊放不平整,長(zhǎng)時(shí)間放置,導(dǎo)致變形、扭曲;  (2)預(yù)埋螺栓位置不正,安裝時(shí)沒(méi)有復(fù)測(cè)、沒(méi)有校正,導(dǎo)致柱、梁變形、扭曲,鋼架整體垂直度、平面彎曲超差;  (3)梁柱端板孔位不對(duì)應(yīng)、錯(cuò)位,安裝時(shí)端板沒(méi)有對(duì)正,螺栓緊固時(shí)沒(méi)有按順序緊固;  (4)現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí)沒(méi)有按焊接規(guī)程操作或焊工技術(shù)問(wèn)題,導(dǎo)致焊縫不飽滿或有氣泡、夾渣、微裂縫;  (5)安裝時(shí)沒(méi)有詳細(xì)、認(rèn)真領(lǐng)會(huì)圖紙,導(dǎo)致個(gè)別構(gòu)件位置錯(cuò)誤;  (6)安裝前沒(méi)有按工程實(shí)際情況制定詳細(xì)施工方案、進(jìn)行技術(shù)交底,導(dǎo)致工序顛倒等現(xiàn)像;  (7)施工不按順序進(jìn)行,鋼架沒(méi)有形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)就進(jìn)行下道工序施工,導(dǎo)致整體失穩(wěn);  (8)鋼柱剛接插入式柱基時(shí),混凝土達(dá)不到強(qiáng)度或柱腳固定不牢,進(jìn)行上部構(gòu)件安裝,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。使用及其他原因  (1)使用荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載;  (2)使用環(huán)境變化;  (3)基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降;  (4)自然災(zāi)害。 門(mén)式鋼架 網(wǎng)架 管桁架 門(mén)式鋼架 鋼結(jié)構(gòu)加工 彩鋼板 鋼結(jié)構(gòu)加工 鋼結(jié)構(gòu)框架 彩鋼板 鋼結(jié)構(gòu)墊片加工
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