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管桁架结构设计要点有哪些?

发布时间:2020-11-07 浏览次数:11
管桁架结构的受力特点

管桁架,是指用圆杆件在端部相互连接而组成的格构式结构。与传统的开口截面(H型钢和I字钢)钢桁架相比,管桁架结构截面材料绕中和轴较均匀分布,使截面同时具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度。这种钢构不用节点板,构造简单,制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大。
空间三角形钢管桁架在受到竖向均布荷载作用的时候,表现出腹杆抗剪、弦杆抗弯的受力机理。弦杆轴力的主要影响因素是截面的高度,而竖面斜腹杆轴力的主要影响因素是竖面腹杆与竖直线的倾角。水平腹杆在竖向荷载作用下的受力较小,但是如果受到明显的扭矩作用的话,必须考虑适当加大其截面尺寸。
静力计算。管桁架结构应经过位移、内力计算后进行杆件截面设计,如杆件截面需要调整应重新进行设计,使其满足设计要求。设计后,杆件不宜替换,如因备料困难等原因必须进行杆件替换时,应根据截面及刚度等效的原则进行,被替换的杆件应不是结构的主要受力杆件且数量不宜过多(通常不超过全部杆件的5%),否则应重新校核。分析管桁架结构因温度变化而产生的内力,可将温差引起的杆件固端反力作为等效荷载反向作用在杆件两端节点上,然后按有限元法分析。
抗震计算。在单维地震作用下,进行多遇地震作用下的效应计算时,可采用振兴分解反应谱法,对于体形复杂或重要的大跨度结构应采用时程分析进行补充计算。采用时程分析法时,应按建筑场地类别和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线,其平均地震影响系数曲线应与振形分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。加速度曲线峰值应根据与抗震设防烈度相应的多遇地震的加速度时程曲线大值进行调整,并应选择足够长的地震动持续时间。
当采用振形分解反应谱法进行管桁架结构地震作用分析时,建议至少取前25~30个振形,对体形特别复杂或重要的需要取更多振形进行效应组合。在抗震分析时,应考虑支承体系对其受力的影响。此时可将桁架结构与支承体系同时考虑,按整体分析模型进行计算;也可把支承体系简化为管桁架结构的弹性支座,按弹性支承模型进行计算。在进行结构地震作用效应分析时,对于周边落地的管桁架结构,阻尼比可取0.02,对有混凝土结构支承的管桁架结构,阻尼比取0.03。对于体形复杂或较大跨度的管桁架结构,宜进行多维地震作用下的效应分析。进行多维地震效应计算时,可采用多维随机振动分析方法、多维反应谱法或时程分析法。
计算软件。目前,能对桁架结构进行前处理分析验算,后处理节点设计出图的有STS、STCAD、MST2006、3D3S。STS桁架模块能方便建立平面桁架模型,但不能建立空间桁架模型。STCAD的建模以及模型编辑功能都比较强,但是操作上比较不便,截面定义、分组繁琐,其后处理节点设计的参数比较丰富。MST2006的桁架模型基本上套用网架模型的验算功能。3D3S可方便输入单元、节点、局部单元荷载,各种工况荷载都可以通过导荷载的方式由面荷载转化为节点荷载,风荷载可自动考虑风压高度变化系数、风振系数。工程中常使用计算软件为3D3S。
桁架截面尺寸变化对其内力的影响
对于空间三角形钢管桁架而言,当确定了截面高度、上弦宽度以及节间长度后可确定一种截面形状。随着上弦宽度的变化,弦杆的内力基本上保持不变,但是腹杆和跨中挠度都有显著的变化。上弦宽度的增加,造成竖面腹杆的倾角相应增加,竖面腹杆的轴力在持续增加,传递到水平面上垂直腹杆的力也在增加。
同时,竖面腹杆轴力的增加也造成了杆件剪切变形的增加,反映到结构即是结构跨中挠度的增加。在截面弯矩不变的情况下,上下弦杆的内力也仅仅是当截面高度有变化的时候,才会发生较大幅度的变化,跟其它的截面参数没有关系。同时随着截面高度的增加,由于倾角的减少,腹杆的轴力表现持续的减少,而由于弯曲变形和剪切变形的减少,跨中的挠度也逐渐变小。
截面高度是影响构件选择尤其是弦杆选择的一个非常重要的因素,其对结构刚度的影响远大于其它因素。节间长度的大小会直接导致腹杆夹角的改变。改变节间长度以后,弦杆的内力略有变化,同时腹杆的轴力有了相应的变化。
随着节间长度的增加,竖面腹杆的倾角相应增加,所以竖面腹杆的轴力在持续加大,传递到水平面上垂直腹杆的力也在增加。跨中挠度随着节间长度的增加呈减少的趋势,后趋于稳定。从中可以看出,如果腹杆布置过密,对结构的刚度没有起到积极的作用,反而加大了跨中挠度。节间长度也并非是越大越好,为了腹杆与弦杆的连接的可靠,一般的倾角控制在35°~55°之间。
管桁架结构因具有造型美观、制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大、经济效果好等特点,已广泛应用于公共建筑中。在设计过程中,必须把握管桁架的受力特点,才能设计出安全可靠、经济美观的管桁架项目。


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工程常见质量事故1.网架工程(1)杆件弯曲变形或局部断裂;(2)杆件封板或锥头焊缝连接破坏;(3)节点变形或断裂;(4)焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准;(5)高强螺栓断裂或从球节点中拔出;(6)杆件在节点相碰,上弦支撑时支座腹杆与支承结构相碰;(7)支座节点位移;(8)网架挠度过大,超过了设计规定相应设计值的1.15倍。2.门式刚架工程(1)主要构件变形、扭曲;(2)预埋件不符合图纸、规范要求,高差超标,间距超标;(3)钢架整体垂直度和整体平面弯曲超差,梁柱端板孔位不对应,大小错位;(4)主要受力节点焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝超过规定标准等;(5)附属稳定结构如支撑、系杆、隅撑等位置设计不合理、或加工错误;(6)次要构件不符合质量要求。主要原因设计原因  (1)结构形式选择不合理,杆件截面匹配不合理,忽视构件初弯曲、初偏心和次应的影响,设计时荷载低算和漏算或荷载组合不当;  (2)材料选择不合理;  (3)计算方法选择、假设条件、电算程序有误未能发现;  (4)结构设计计算后,不经复核就进行材料代换,导致超设计值强度构件出现;  (5)图纸错误或不全。如尺寸标注混乱,设计说明不清,对材料、工艺要求、施工程序及特殊要求部位有遗漏;  (6)节点构造有误,细部考虑不全面。加工原因  (1)管理混乱,不同规格、钢号、材质材料混杂使用;  (2)构件下料尺寸有误,构件长细比不符设计要求;  (3)网架杆件剖口未打、对接时焊缝不加衬管或不按设计要求焊接;  (4)连接高强螺栓不合格;  (5)构件加工有缺陷,螺栓球孔角度偏差大;  (6)焊缝质量差,焊角尺寸未达到设计要求。网架安装原因  (1)地面拼装时支撑点不均匀,受力不合理,拼装时误差积累,个别杆件错误,导致受力改变,造成网架或个别杆件变形;  (2)焊接工艺、焊接顺序有误,产生焊接应力,导致变形;  (3)整体吊装时,吊点选择不合理,没有对吊点进行反力验算、杆件超应力验算、挠度验算、对超应力处进行必要加固措施;  (4)整体吊装时,各吊点起升速度不同,位移、高差超过允许范围,导致变形、破坏;  (5)施工方案选择错误,没有根据网架结构形式、现场施工条件合理选择方案,安装时不能形成几何不变体系,导致变形、破坏;  (6)网架支座预埋件、预埋螺栓或柱顶偏移较大,就位困难,强迫就位,导致改变支座受力条件,杆件变形;  (7)安装人员粗心大意,杆件位置、球角度有误;  (8)上弦支撑时,误差积累过大,导致支座位移,腹杆与支撑面相碰。门式刚架安装原因  (1)较长构件运输、堆放时垫放不平整,长时间放置,导致变形、扭曲;  (2)预埋螺栓位置不正,安装时没有复测、没有校正,导致柱、梁变形、扭曲,钢架整体垂直度、平面弯曲超差;  (3)梁柱端板孔位不对应、错位,安装时端板没有对正,螺栓紧固时没有按顺序紧固;  (4)现场焊接时没有按焊接规程操作或焊工技术问题,导致焊缝不饱满或有气泡、夹渣、微裂缝;  (5)安装时没有详细、认真领会图纸,导致个别构件位置错误;  (6)安装前没有按工程实际情况制定详细施工方案、进行技术交底,导致工序颠倒等现像;  (7)施工不按顺序进行,钢架没有形成稳定结构就进行下道工序施工,导致整体失稳;  (8)钢柱刚接插入式柱基时,混凝土达不到强度或柱脚固定不牢,进行上部构件安装,导致结构失稳。使用及其他原因  (1)使用荷载超过设计荷载;  (2)使用环境变化;  (3)基础发生不均匀沉降;  (4)自然灾害。 网架 网架 门式钢架 管桁架 钢结构框架 门式钢架 钢结构框架 门式钢架 门式钢架 管桁架