网格(格壳)结构作为高阶超静定空间杆件结构,具有良好的力学性能(理论上杆件仅受轴向力作用)、刚度高、整体性好、抗震能力强、承载能力高。强度大,受支架不均匀沉降影响小,适应性强。日益完善的计算理论和计算机技术的飞速发展,使得分析和设计任何极其复杂的三维结构成为可能。因此,网架结构广泛应用于工业与民用建筑领域。然而,如果网架结构的支撑结构、承载类型和边界条件设计不合理,将对网架结构的安全性和经济性产生重要影响。
1、支撑结构及支撑方法
目前,在很多工程中,网格(格壳)一般由专业钢结构公司根据预先假设的边界约束进行设计,然后将其计算出的承载反力作为外荷载作用于下部支撑结构上。网架(格壳)和下部支撑结构分别计算。虽然可以通过弹性约束方法来模拟网格支撑相对于下部结构的位移,但下部支撑结构变形引起的支撑本身的变形,例如支撑下沉,很难准确估计。某些情况下计算的结构内力可能与实际情况存在较大差异,这可能给工程留下安全隐患。下部结构可以是柱、梁或其他结构形式。不仅刚度有限,而且具体项目的刚度可能会有很大差异。在这种假设下,计算得到的杆内力和支撑的反作用力和下部结构的内力肯定与力学模型计算的结果不同,其中网格支撑的刚度就是实际刚度上下结构协同工作。此外,单独计算也将上下结构的协同工作分开,使得上下结构的周期和位移计算不准确。
一般来说,网格的支撑可分为外围支撑、点支撑以及点支撑和外围支撑混合三种方式。外围支撑是将网格的外围节点放置在梁或柱上,点支撑是将网格支撑放置在大间距的独立梁或柱上,柱与其他结构没有连接。当网格(格壳)放置在梁或柱上时,可以认为梁、柱的竖向刚度很大,可以忽略梁的竖向变形和柱的轴向变形。因此,网格(格壳)支撑的竖向位移为零。 ,应考虑网架(网壳)支撑的水平变形与下部结构的共同作用。下部支撑结构宜作为外围支撑网架(格壳)支撑径向方向的弹性约束,而点支撑网架(格壳)支撑的边界条件应采用考虑水平 X 方向和两个 Y 方向的弹性约束。支撑结构的等效弹簧刚度计算如下:
1)支撑柱支撑
立柱水平位移方向的等效弹簧刚度为:Kc=3EcIc/H3c
式中,Hc:柱高; Ic:柱截面转动惯量。
2)两端简支梁支撑
长度为 L 且网格支撑距梁端一定距离的简支梁的等效弹簧刚度为: Kb=3EbIbL/a2(La)2
式中,a:作用点至梁端的距离; L:梁的长度; Ib:梁截面的转动惯量。
3)橡胶垫支撑
由高度为Hp的橡胶垫支撑的轴承的等效弹簧刚度为:
Kp=GpAp/Hp 其中Ap:橡胶垫面积; Hp:橡胶垫高度。
实际工程中,梁或柱顶部常加橡胶垫弹性支撑,尤其是大跨度网格。采用橡胶垫支撑是为了满足温度应力的变形要求,需要考虑梁或柱的弹性刚度。与橡胶垫的弹性刚度叠加,当K1和K2叠加时,位移叠加得到的叠加刚度K为:1/K=1/K1+1/K2; K=1/(1/K1+1/K2)。
2.支持(支持节点)
结构与基础的连接区域简化为支撑,按其受力特点分为五种:活动铰支撑(滚轮支撑)、固定铰支撑、定向支撑(滑动支撑)、固定(端部)轴承和弹性(弹簧)轴承。
弹性支撑在提供反作用力的同时产生相应的位移。反作用力与位移之比保持不变,称为弹性支撑的刚度系数。弹性支撑提供运动和旋转约束。当支撑刚度与结构刚度相近时钢结构网架支座,应简化为弹性支撑。当结构的某一部分承受载荷时(如研究结构稳定性问题),其相邻部分可视为该部分的弹性支撑。支撑的刚度取决于相邻部件(如斜拉桥的斜拉索)的刚度。简化为弹簧支撑)。当支撑的刚度远大于或小于零件的刚度时,弹性支撑转变为前四种理想支撑。
图弹性支撑与理想支撑
网架结构一般支撑在柱顶或圈梁等下部支撑结构上。支撑节点是指位于支撑结构上的网格节点。它不仅必须连接在网格支撑处相遇的杆,而且还要支撑整个网格并将作用在网格上的载荷传递到下部支撑结构。因此,支撑节点是网架结构与下部支撑结构之间的纽带,也是整个结构的重要组成部分。合理的支撑节点必须受力明确、传力简单、安全可靠。同时还应具有结构简单合理、生产简单方便、经济性好等特点。
网架结构的支撑节点应能保证支撑反力的安全可靠的传递,因此必须具有足够的强度和刚度。在竖向荷载作用下,支撑节点一般处于受压状态。然而,在一些倾斜的网格中,局部支撑节点可能承受拉力,有时还承受水平力。支撑件的设计应使座椅节点的结构适应其受力特性。同时,支撑节点的结构也应尽可能符合计算假设,充分体现设计意图。由于网格结构是高阶超静定杆件体系,支撑节点的约束条件对网格节点位移和杆件内力影响较大;施工与设计约束条件的差异将直接导致构件的内力。支架与支架反作用力的变化有时会引起杆内力的变化。因此,网架结构支撑节点的设计应引起足够的重视。
网架结构设计是否安全、经济,最关键的因素首先在于所选的支撑结构、支撑类型和边界条件是否合理。为此,在具体设计中,我们尽量避免将上部网架结构和下部支撑系统分开分析。 、设计,特别是当网架支撑相对于下部结构的位移难以通过弹性约束方法模拟时,应将支撑结构与上部网架整体建模并一起分析钢结构网架支座,以使计算结果更加准确。求实。