考虑屋面覆盖的螺栓球节点空间网格结构整体建模及性能分析

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zel1988
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在结构设计中一般均是仅考虑主体结构,不考虑屋面围护结构对主体结构受力性能的影响。但实际上,屋面覆盖等对主体结构受力性能的影响是客观存在的,甚至达到了不可忽略的程度。目前有关屋面覆盖影响的研究主要集中于轻钢结构,对于空间网格结构,考虑屋面覆盖影响的研究很少。然而在空间网格结构中,由于檩条、屋面板等附属结构构件的截面较大,并且与主体结构有着较为可靠的连接,屋面覆盖必然会影响主体结构的受力性能。为此,本文以螺栓球节点平板网架与单层柱面网壳为研究对象,深入分析屋面覆盖对空间网格结构受力性能的影响,主要研究内容及成果如下:  (1)为了分析屋面覆盖等附属构件对主体结构的影响,研究了包括屋面覆盖构件的结构整体有限元建立方法。通过精细化建模分析螺栓球节点的抗弯刚度,并利用短杆模型进行合理简化,同时考虑屋面板、檩条、支托等屋面构件之间的连接,实现了较为合理的考虑屋面覆盖的空间网格结构整体有限元建模。  (2)在考虑屋面覆盖的螺栓球网架整体建模方法的基础上,建立了平面尺寸为30m×30m的平板网架,分析了两种荷载工况作用下屋面覆盖对不同支承形式网架静力性能的影响。结果表明,檩条及屋面板等非结构屋面覆盖构件能够提高整体结构的竖向刚度,使得结构挠度及弦杆内力明显减小。尤其当主檩条位于网架受力方向时,其刚度贡献更为明显。在对网架及檩条的设计中应引起注意。  (3)针对30m×30m的平板网架,研究了屋面覆盖对网架结构自振特性以及抗震性能的影响。结果表明考虑檩条作用后,整体结构以竖向振动为主的振型的频率明显增大;考虑屋面板作用后,以水平侧移或扭转为主的振型的频率会增大。檩条对网架结构的抗震性能有一定影响,并且主檩的作用大于次檩。  (4)分析了檩条对螺栓球节点单层柱面网壳与刚接节点单层柱面网壳稳定性能的影响。结果表明,考虑檩条作用后,结构在不同荷载组合下的极限荷载得到不同程度的提高。与螺栓球节点单层柱面网壳相比,檩条对刚接节点单层柱面网壳稳定性能的影响较小,但仍不可忽略。从网壳结构稳定性和极限承载力角度来讲,闭口截面檩条比开口截面檩条的影响更大。  上述研究表明,屋面覆盖等附属构件对主体结构的影响是明显的(或有一定影响),不仅在结构主体及檩条设计中应引起注意,在对结构进行稳定性能、极限承载力以及抗连续倒塌性能分析时也应给予充分的考虑。
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