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标题: 看看这个空间管桁架是否合理 [打印本页]

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:43 标题: 看看这个空间管桁架是否合理

偶做了一个空间管桁架，请大家给看看是否合理。由于建筑设计的要求，结构上不允许加斜杆，为空间结构设计带来难度。目前的设计结构其理论是采用单向空间三角桁架受力方式，通过下弦杆之间的连杆产生的拉力来抵消结构自重及受荷后所产生的水平及垂直变形。下面是本结构的图片。

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:44 标题: 回复：看看这各空间管桁架是否合理

偶做了一个空间管桁架，请大家给看看是否合理。由于建筑设计的要求，结构上不允许加斜杆，为空间结构设计带来难度。目前的设计结构其理论是采用单向空间三角桁架受力方式，通过下弦杆之间的连杆产生的拉力来抵消结构自重及受荷后所产生的水平及垂直变形。下面是本结构的图片。
单榀桁架侧视图

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:44 标题: 回复：看看这各空间管桁架是否合理

单榀桁架正视图

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:45 标题: 回复：看看这各空间管桁架是否合理

单榀桁架空间模型

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:46 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

四榀桁架侧视图

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:47 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

桁架间的连接

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-2 12:48 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

平面图

作者: 杭涛 时间: 2005-12-3 13:13 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

从理论上来说好象圆弧面得的上下弦杆有几何可变的嫌疑，但在实际使用中应该没什么大问题，注意尽量减少沿纵向的水平力好了。图画得很不错！：）

作者: smomo 时间: 2005-12-3 23:08 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

应该进行空间整体计算，按你的模型上下弦通长的杆件按梁元，短杆按铰接杆，天沟下的800长的构件按梁元，结构是几何可变的(因为不能控制“HJ-3详图”所示剖面的扭转），除非将下弦短向杆（中心距4320）调整为梁元，与800长构件形成连续受力体系。

作者: qifx 时间: 2005-12-4 16:54 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

管与管之间联接为什么做成纯铰接？焊接刚度大，桁架纵向就不存在可变嫌疑了！
图画得不错！构思也不错！工程可行！

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-4 19:22 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

现在我感觉自己也很不理解了,一般我们做桁架的时候都是按铰接计算的,但是在真正做的时候做成刚接的.当我们把现实的桁架也做成铰接的时候变形很大.不知道朋友们有没这方面的经历.这一年我做的基本上都是桁架,有平面的也有空间的,但是做到这个的时候感觉做不下去了.还希望朋友多多分析,给予技术支持.

作者: allan 时间: 2005-12-4 21:47 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

我个人观点:
     1,该桁架采用的是现在不常用的夹板螺栓连接节点,这种节点与常用的相贯焊接节点相比,利于现场安装,方便调整安装误差,减小现场焊接量;不好的地方就是节点不美观.
      2,右上端与右下端外挑部分从图上看好象是相贯焊接节点,定义为刚接还是铰接都是相对的,就像焊接是刚接还是铰接的讨论一样,关键要比较的是外力与抗力的大小以及外力作用下实际位移的大小.比如这两个部分仅仅作为建筑效果而不是主要受力构件,而且外挑尺寸也不大,那么,像钢管这样截面惯性矩各向同性且比较大的构件,截面越大,就越接近刚接,可以假设认为钢管截面一半以上部分的焊缝提供节点抗弯承载力,这个承载力可以通过积分来计算出来,其受力原理类似高强螺栓端板连接;这时候这部分构件的计算假设就像smomo兄所说的,变成能受弯的梁单元.不宜片面认为钢管截面就一定是杆单元,不能是梁单元,比如当钢管作为结构中的柱单元时,它就是典型的压弯构件,当然,它能作为压弯构件的前提是自身的局部稳定以及抗弯承载力与外力相比达到一定的比例,再就是节点连接能承受足够的弯矩.实际情况中,任何节点都是刚接和铰接的混合.区别在于我们给它定义的假设条件,然后通过合适的节点连接以及构造来实现假设或者尽可能的接近假设.
   3,桁架结构在计算假设上是有一定的争议,一是节点全部为铰接;二是腹杆为杆单元,弦杆为连续梁单元;第一种假设必须加斜杆才能形成稳定体系;第二种假设可加可不加;加与不加的主要区别在于横向(桁架轴向)承载力的大小;空间桁架中,上弦杆之间的横杆内力很小,所以节点焊缝主要以构造焊缝为主,如果上弦之间不加斜杆,那么其横向承载力以节点焊缝为主;如果加斜杆,则横向承载力主要以斜杆自身的承载力为主,相比之下,就是加斜杆承载力更大;在空间桁架中,上弦杆之间加斜杆对两种假设来说都是有利的,而第二中假设中,不加斜杆在一定的条件下也是可行的,我个人认为这个条件主要为:
     1),支座设置;比如空间倒三角桁架,当为上弦支座支撑时,上弦之间的横向承载力(防止上弦之间相互错动能力)由支座以及弦杆稳定承载力来保证,这时候斜杆的作用不明显,可以不加;不过上弦设置支座的情况不多见;
      2),支座为下弦设置,抗震设防等级以及屋面荷载不大的情况;空间桁架需要考虑水平以及竖向地震作用,当地震烈度不大时,水平地震影响不大;
      3)支座为下弦设置,桁架模型为非曲面或者曲面曲率很小;这时候竖向荷载的水平分力很小.

作者: phoenix 时间: 2005-12-5 11:26 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

将三角片与下端悬臂部位做为L型梁考虑，注意悬臂端的弯距

作者: hai 时间: 2005-12-13 12:11 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

smomo说的很正确，补充一下，边上的一榀必须做成空间桁架，边上钢管梁跨度太大，算不下来。最好将所有的桁架前后下弦杆合并为一根，将天沟抬起来，就你现在的连接方式，下弦杆受扭能力比较弱

作者: 黑胡子海盗王 时间: 2005-12-21 19:12 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

现在这个工程就这样做好了，我想大家一定有机会看见这个工程的，只是大家不一定能认识哦呵呵，感谢大家的技术支持，还希望有更多的人来探讨这个结构。我分析了很就感觉这个结构似乎是个难题目，我们可以说它是合理的也可以说它是不合理的，主要是看你怎么去分析了。

作者: zxinqi 时间: 2005-12-25 15:55 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

我不知道楼上是谁，但我可以很负责的说这个图是我画的，也就是第29届奥运会青岛国际帆船比赛中心运动员中心游泳池屋盖结构，楼上发的图桁架剖面图中漏了D159X8的园管拉结，是我在出图是用手添在底图上的。单榀结构是不稳定体系，无论你怎么计算都是不满足要求的。我们采用空间有限元整体分析，考虑周边约束及拉杆的共同作用，该结构是完全成立的，其中起主要作用的还是中间D159X8的拉杆支撑，该拉杆受力是全截面受拉，受力已经超出传统的平面桁架理论。由于吊装时我要求采用满堂脚手架支撑，等安装完毕形成空间结构体系后再拆除支撑。但施工方却采用单榀吊装导致单榀桁架在自重作用下导致大位移出现，最大组合位移达300毫米，其原因是左下部杆件再没有任何支撑作用下自重导致该圆管的下挠，就此位移问题施工方曾多次致函我院进行交涉，并怀疑我们的设计理论是否存在问题，且拒绝进行下一步施工。并将此事通知建设部专家评审委员会，由于评审专家来时为夜间10：00左右，没有看清中间的拉结圆管便认定为该结构不成立，有到塌危险。并将此问题反映到当地勘察设计处。为此我又专程到北京找到北京设计院各钢结构专家及清华大学郭教授再次对此结构进行确认，经确认该结构完全成立，符合计算理论。同时我认为，施工方有权对我的设计提出质疑，但我作为设计方没有义务向施工方解释我的计算方法及过程，因为设计责任是我负的。同时施工方也没有权利组织专家对我的设计成果进行评审的。工程已经完工，事实上并没有象施工方想象的那样有倒塌的危险。结果跟计算理论是一致的。事实上作为一个结构设计者，我比任何人都担心工程会出现问题。尤其是奥运会的工程。至于为什么会出现这种结构体系，完全是为了满足建筑师的建筑效果要求，我也想采用传统的结构体系，毕竟风险小一些。但如果不能满足建筑师要求则建筑师认为我没有能力完成此项任务。结果就出现了这个结构体系。为了节点的美观，连接节点全部采用铸造节点，采用钢绞销连接，图中注明钢铰销公差配合按机械公差配合标准，但由于加工精度问题我一直担心会出现误差积累导致挠度加大。那就有待于以后观察了。呵呵！

作者: zxinqi 时间: 2005-12-25 17:00 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

补充一点，我并不认为该结构体系具有多大的复杂性，从我的计算模型及计算结果来看也没有发现有什么不正常的，相反我认为完全靠一个平面桁架计算理论来解释或理解一个空间结构体系才是不正常的，再说实践是检验真理的唯一标准。但我始终纳闷的是就这么一点小问题至于搞得这么隆重吗？既然楼上有我的图纸，那肯定也知道我是谁了。如果还有什么疑问的话，可以到我办公室来，我想我会给你一个圆满的解释的。后面附件中有该工程的全套施工图，欢迎指教！

作者: smomo 时间: 2005-12-28 23:45 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

这种结构比较少见，大家议论议论也无不可。

今天使用 IES VisualAnalysis 建模，使用空间模型，完全按照zxinqi提供的图纸，（荷载简化考虑，不验算强度，只考察稳定），结果有销轴的杆件销轴处如果直接与主管铰接不能通过，而销轴处从主管伸出一刚性管（长度270，同销轴孔与主管中心距）然后设铰，连接杆件，则结构通过。看来此结构的节点对结构稳定的影响还是比较大的。当然模型比较片面，可能实际与施工图做法出入较大。

附模型节点形式（上面的通不过，下面的能通过）。

作者: zxinqi 时间: 2006-1-7 15:20 标题: 回复：看看这个空间管桁架是否合理

今天恰好有时间,我将我的分析谈一下供大家参考!
该屋盖的下面部分为1200的砼柱,柱间为600mm厚剪力墙，可视为无侧移，首先HJ-7为静定桁架，平面内稳定且强度及刚度满足要求，平面外靠弧形杆支撑，弧形杆下端靠园管支撑，下端园管两端与砼柱可靠连接，水平方向无侧移，与弧形杆形成空腹链杆桁架，纵向无侧移，横向靠D159园管支撑与砼柱可靠拉接，无侧移。那么剩下的就只有弧形杆下端的竖向位移的约束问题了。
可以这样认为，空腹链杆桁架竖向为可变体系，构不成足够的刚度，那么单榀桁架势必造成过大扭转位移，楼上phoenix所言可以说是引用清华大学国教授所说：“不用计算，即使通过平面L型悬挑理论便可以判定该结构是成立的。只是如果悬挑园管强度满足的话肯定满足。’‘但我不是这样计算的，我的建模为空间建模，支撑空腹链杆桁架的恰是那根D159的小园管及空腹桁架的下弦杆，屋盖横向21米跨，纵向34米跨，横向梁高跨比为159/21000=0。0076，纵向梁高跨比为299/34000=0。0088，梁的两端均为固定铰，如果改为简支形式，位移立马加大并导致杆件破坏，因此我的支座采用了两块预埋件，以防支座被拉怀。
按照有限元梁理论，可分为工程梁理论、剪切梁理论、通用梁理论及空间梁理论。工程梁理论就是材料力学所提的平截面假设和横向纤维无积压假设。这种假设适用范围是一定的，当跨高比L/A<5时，应考虑剪切变形影响，其位移函数与前者不同，又称铁木辛柯梁理论。这里不做叙述。然而计算表明，当梁的高度与梁的长度之比h/L趋向为零时，会出现剪切闭锁现象，即算得的挠度趋向为零。刚度矩阵中剪切项与弯曲项的量级之比为a=(l/h)2,可见a=（21000/159）2=17444,因此弯曲项可忽略不计。结果无解。实际上当梁高度很小时，挠度与转角不独立。采用假设剪应变法，根据势能驻值原理可求得该梁的单元位移函数得出当h趋向为零时，剪应变趋向为零，剪切不闭锁，从而忽略剪应变计弯曲项，构件处于受拉状态。位移为拉应变带来的杆件加长形成的抛物线失高。因此当时施工方建议加大桁架起拱高度我没有同意。如果那样则会导致下弦杆件加长而挠度更大。举一个简单例子，你在房间中拉一根10mm圆钢，两端固定，初始状态为水平，然后在上面打一床被子，计算一下弯矩及圆钢的抵抗距，按工程梁理论会发现其强度及挠度已远远超出实际。事实上它已接近于一个索单元范畴了。

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