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    大跨度網架結構工程設計要點分析

    文章出處:三維鋼構 人氣:發表時間:2019-04-24
      近年來,隨著人們物質與精神文明水平的不斷提高,人們需要越來越大的活動空間。而建筑物作為人類活動空間的一個重要場所,其建筑外觀和使用功能都對網架結構提出了很大的要求,建筑物也因此需要越來越大的跨度來滿足人們的需求,鑒于這種需求,大跨度空間結構蓬蓬勃勃的發展起來了?,F如今形態萬千的大跨度空間結構在體育館、展覽館、飛機場、火車站及大中型廠房等各色建筑中得到廣泛的應用。那么對相關網架結構的設計研究也就顯得尤為重要。
      大跨度網架結構工程設計
      1、網架結構設計要點研究
      
      1.1、網架結構的優點
      
      網架結構在大跨結構中應用廣泛且發展很快,其造型優美,形態變化多端,可以滿足建筑外觀豐富多變的要求;結構自重輕,有很好的經濟指標;網架結構為高次超靜定結構,各桿件協同工作,即使某根桿件破壞結構仍不會變為靜定結構,從而保證結構能正常工作,所以網架結構安全系數較一般結構形式的高;網架結構中一些桿件交匯到同一節點,同一節點處各桿件既共同受力,又互為支撐,所以其整體性能好、穩定性好,這對結構受力是非常有利的;由于其自身特定的結構形式,網架結構相比其它結構形式具有良好的抗震性能;網架結構中桿件主要承受軸力,這與桿件的主要受力形式相符合,可以充分發揮材料的力學性能,達到節約用材的目的;網架結構成功實現了以較小的空間來造就較大的跨度,并且可以利用上弦下弦之間的空間來布置管道設備等,可以創造大的建筑空間來滿足人們的需求。
      
      1.2、網架結構的形式
      
      網架結構有兩層和三層的形式,兩層形式是由上弦、腹桿、下弦組成,三層形式是由上弦、上腹桿、中弦、下腹桿、下弦組成,目前的結構中應用最為廣泛的是兩層的網架結構形式。
      
      2、網架結構設計過程中若干問題的探討
      
      2.1、網架設計軟件的選取問題
      
      目前,國內外設計網架結構的軟件主要有MSTCAD,SFCAD,MSGS等,其中MSTCAD開發運用最早,因為其良好的建模、分析及出圖等綜合性能被廣泛采用,該建筑物中的網架結構設計也是采用該軟件。該軟件不僅能分析各種網架、網殼結構形式,還能處理平面析架、空間析架、門式鋼架等結構形式。
      
      2.2、下部框架與上部網架的建筑物在結構建模時是分開建模還是整體建模的問題
      
      一般情況下從理論方面分析,把上部網架與下部建筑物建在一個模型進行整體分析最接近實際情況,能分析上部與下部的協調受力,也能分析出結構的整體受力與穩定問題。但實際情況是這種形式的建筑物在建模過程中特別是實際工程在設計院進行設計建模時,由于下部結構是框架,框架一般用PKPM軟件來進行建模與分析及出施工圖等,而上部網架結構則一般多用MSTCAD軟件來進行以上的工作,設計院所用的設計軟件很少有能把上部與下部兩種性質不同的結構建在同一個模型中,現在所用的SAP2000與Ansys等大型有限元分析軟件雖然能把兩者同時建在一個模型中進行整體分析,但在這些軟件中進行建模比在前面提到的PKPM與MSTCAD中建模要復雜的多,且在這些軟件中不能直接出施工圖,對設計院來說工作效率會大大降低。
      大跨度網架結構工程施工
      2.3、支座的選取問題
      
      在網架結構設計中支座的選取問題是重點也是難點,網架結構中采用的支座形式有固定鉸支座、彈性支座、滾軸支座等,而工程中最為常用的是固定鉸支座、彈性支座兩種支座形式。采用這兩種支座形式各有其優缺點,當采用固定鉸支座時由于支座處約束剛度大,所以上部的網架相對來說產生的軸力、位移、撓度等會較小,但其缺點是由于約束強,上部網架會對下部柱子產生很大的剪切力,這對下部柱子的設計會增加一定的難度。當采用彈性支座時,因為下部柱子在Z向對上部的約束較強,所以一般情況下會采取Z向固定約束,X與Y向為彈性約束,也即在X與Y向能釋放內力,這可大大減小連接處柱子所受的剪切力,而在Z向柱子受的是壓力,柱子的抗壓能力是很大的,所以采用這種支座形式下部柱子的受力情況良好。但不利方面的是上部網架結構由于連接處的約束較弱,內部桿件會產生較大的軸力、位移與撓度,特別是跨中的撓度會有很大的增加。所以選用什么樣的支座形式是根據多方面因素綜合而定的。
      
      2.4、桿件的設計與選取問題
      
      在設計桿件時,拉桿與壓桿的設計原則是不同的一一壓桿是按照長細比限值進行設計而拉桿是按照強度限值進行設計,一般情況下按照強度限值比按照長細比限值設計出來的桿件要小,但是在實際工程中我們并不能按照這一原則來進行設計,因為當荷載改變或某些外部原因作用時拉桿有可能會轉變為壓桿,所以在設計時我們一般都是按長細比限制來進行拉壓桿件的設計。另外按照網架受力特性運用規范、軟件等計算設計出來的桿件規格在受力上是合理的,但是有時實際中并不能直接采用,因為要考慮到當地的材料供應問題,所以在設計過程中從材料庫中選擇桿件時最好要先了解市場,采用市場中常供應的材料。
      
      3、網架結構的耐久性及設計
      
      網架結構的桿件和節點采用鋼材制作,但是鋼材是非常容易銹蝕的,銹蝕桿件截面減小,以此就會大大的降低網架結構的安全性,尤其是在相關的使用環境比較潮濕的情況下,就應該更加的注意對網架防銹處理工作的強化。在以往的工作中,通過我們對現場網架結構的檢測中發現,在相關的使用環境比較潮濕的情況下,網架的使用時間是不會太長的,都會產生一些桿件的銹蝕。對網架結構防銹方法有以下幾種:改變金屬結構的組織,在鋼材的煉制過程中增加合金元素以提高鋼材的抗銹蝕能力,如采用不銹鋼;在鋼材表而用金屬鍍層保護;在鋼材表而涂以非金屬保護層。當采用非金屬涂料的防銹方法時,應根據網架使用的環境條件、腐蝕介質的情況等條件選擇合適的底漆和面漆,并確定涂層厚度。
      
      與此同時,我們在現場檢查中發現部分螺栓球節點網架下弦桿與螺栓球間產生縫隙,這是由于下弦桿受拉變形引起的,潮氣很容易通過縫隙進入鋼管或高強螺栓中,腐蝕高強螺栓。所以等網架屋蓋系統安裝完畢,網架承受大部分荷載后,應用油膩子將接縫處填嵌密實。當使用環境比較潮濕時,最好是采用密封性較好的焊接球節點網架。網架節點設計時要注意不要出現死角,以方便焊接及進行防腐處理。網架由于其節點設計不合理造成焊接及防腐處理困難。檢查中發現當網架周邊的桿件埋在墻中時,桿件極易銹蝕,而桿件與墻面之間留有一定間隙時桿件不易銹蝕。所以在設計時應使網架周邊桿件與墻面間留有一定間隙,以此防止桿件銹蝕及有利于桿件的維護。
      
      綜上所述,現階段,網架結構是發展最迅速、被應用最多的空間結構形式,這主要因為其有眾多的優點:其屬于空間受力結構,故各桿件受力均較為均勻;同時其結構的高度較小,便可以利用較小的桿件來建造出較大的跨度,這樣一來既可以滿足大空間的要求又可以降低工程的成本,且可以充分利用建筑物的建筑使用空間;屬于多次超靜定結構,結構的安全度高;結構的整體抗震性能較好;整體結構的空間剛度較大,使得結構的穩定性較好;桿件主要是以承受軸向力為主,能充分發揮材料的強度;桿件的類型統一,適用于工業化生產、拼裝和整體結構的吊裝,施工周期大大縮短,使得工程的投資回報期限短等等。所以在以后的工作中,一定要特別注意對其的設計應用。
    此文關鍵字:網架結構
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