綜合分析網(wǎng)架網(wǎng)殼設(shè)計(jì)中常見的幾個(gè)問題論文
摘要：在當(dāng)今的建筑工程中，網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用在建筑建設(shè)中，它既是承載建筑結(jié)構(gòu)符合的結(jié)構(gòu)體系，也是一種超靜定空間的結(jié)構(gòu)體系。網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在當(dāng)前的建筑工程設(shè)計(jì)中是相對(duì)最常見的，它主要是對(duì)建筑中的各種結(jié)構(gòu)、模板等各種問題以及參數(shù)進(jìn)行探討分析，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的計(jì)算與控制等問題而產(chǎn)生的原因提出設(shè)計(jì)重點(diǎn)。本文就網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用，概述了常見的幾個(gè)問題，以供大家參考。
關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì);網(wǎng)架結(jié)構(gòu);網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);支承結(jié)構(gòu)
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以性能高、承載力大、適應(yīng)力強(qiáng)、抗震性好等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用與建筑工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，在實(shí)際工作中，網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)以制作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、完全系數(shù)高等特點(diǎn)被設(shè)計(jì)師廣泛設(shè)計(jì)在建筑結(jié)構(gòu)工程中。因?yàn)樗且环N超靜定空間的結(jié)構(gòu)體系。下面我們通過網(wǎng)架網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為常見的幾個(gè)問題進(jìn)行分析與探討，以此來提醒工程設(shè)計(jì)師，并引起注意。
1網(wǎng)架(網(wǎng)殼)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中支座參數(shù)選定
由于現(xiàn)行《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(J GJ 7- 91)沒有規(guī)定必須把網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)連成一體整體分析計(jì)算，國(guó)內(nèi)多數(shù)網(wǎng)架專用程序都是把網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)分開來計(jì)算，這顯然是不妥的。約束條件的不同，使得桿件的內(nèi)力也不同，從而導(dǎo)致了用鋼量的不同，采用固定計(jì)算出的網(wǎng)架用鋼量最少，彈性次之，自由邊界最大。但在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，由于網(wǎng)架的優(yōu)化設(shè)計(jì)往往是以經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(用鋼量)作為目標(biāo)函數(shù)的，再加上從事網(wǎng)架設(shè)計(jì)人員多數(shù)專門僅僅設(shè)計(jì)網(wǎng)架。
因此網(wǎng)架和下部結(jié)構(gòu)分開來計(jì)算時(shí)，通常假定網(wǎng)架支座剛度為無窮大，所有支座剛度相同(類似于結(jié)構(gòu)力學(xué)中簡(jiǎn)支板的支座假定)，算出支座反力后再由其他設(shè)計(jì)者加到下部結(jié)構(gòu)上。下部結(jié)構(gòu)可能是柱，也可能是梁，也可能是其他結(jié)構(gòu)形式，不僅剛度是有限的，而且具體工程剛度差異可能很大。在這種假定條件下，算出來的網(wǎng)架內(nèi)力和支座反力及下部結(jié)構(gòu)內(nèi)力與采用網(wǎng)架支座剛度為實(shí)際剛度且上、下部結(jié)構(gòu)共同工作的力學(xué)模型所計(jì)算出來的結(jié)果肯定是不相同的，因?yàn)槌o定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和反力分配與結(jié)構(gòu)剛度分配有關(guān)。
經(jīng)過計(jì)算機(jī)分析的結(jié)果表明，建筑工程中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)如果分開來計(jì)算的話，是造成一個(gè)相對(duì)不合理的結(jié)果。由于建筑鋼網(wǎng)架是一種超靜定空間結(jié)構(gòu)體系，就目前來說是一個(gè)非常理想的彈力塑造性很好的材料，當(dāng)個(gè)別的鋼桿件出現(xiàn)超載并達(dá)到極限時(shí)，剛才就會(huì)立刻將塑性內(nèi)力進(jìn)行重新分布，從而使鋼桿件不會(huì)斷裂破壞，進(jìn)而讓建筑工程施工過程中出事故的幾率減小，著恰好也是鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的非常重要的優(yōu)點(diǎn)之一，但是網(wǎng)架結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)不應(yīng)該分開來計(jì)算。這種做法是正確的。
在設(shè)計(jì)師對(duì)這種網(wǎng)架結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)計(jì)算的過程中，不管是利用計(jì)算機(jī)或者其他什么軟件，對(duì)于邊緣的處理包括了三種形式：固定、自由、彈性。根據(jù)建筑工程的實(shí)際情況來看，支座參數(shù)應(yīng)該利用網(wǎng)架的領(lǐng)過、受力均勻等情況來對(duì)其施加約束。不僅如此，還要考慮的因素有：網(wǎng)架的形式、承受負(fù)荷的能力以及支撐點(diǎn)(如柱、墻等)的形式等等。
當(dāng)支承結(jié)構(gòu)在某方向上的剛度不夠大時(shí)，無論采用何種類型的支座，邊界條件均應(yīng)按彈性處理，參數(shù)應(yīng)為-1，其支座剛度視具體工程而定。下面舉例說明：當(dāng)端節(jié)點(diǎn)支座處于剛度很大的墩體上時(shí)，可以認(rèn)為是固定，即xyz三個(gè)方向不能移動(dòng)，邊界條件處理為OX，OY，02;當(dāng)支座處于獨(dú)立柱上時(shí)(柱間沒有支撐，如加油站、收費(fèi)站等)，z豎直方向?yàn)楣潭�，其他兩個(gè)方向?yàn)閺椥�，彈性系�?shù)取決于柱的長(zhǎng)細(xì)比，具體為3EIPH3，注意I值為兩個(gè)Ix及Iy時(shí)，邊界條件為3EIxPH3。3EIyPH302;對(duì)于柱間設(shè)有墻體支撐的周邊支承情況，如廠房，要看具體情況，一般多采用單面弧形支座，這時(shí)沿切線方向(即沿墻體方向)和豎直方向可以假定為固定，沿法向處理為自由，即為1X，OY，oz和ox.1Y.02(水平面兩個(gè)方向)。值得注意的是，如果柱間沒有墻體，沿切向剛度不是很大，仍然要按照彈性來處理。另外，需要特別提醒的是支座支承在梁上，并且梁的剛度不大時(shí)，沿切線方向
(即沿梁方向)可以假定為固定豎直方向和沿法向均應(yīng)處理為彈性，即為OX，KYKZ和KX.OY.K2(7J(平面兩個(gè)方向)，此時(shí)K可近似取為梁在相應(yīng)方向的抗彎剛度�？傊�，網(wǎng)架設(shè)計(jì)時(shí)選用的約束條件，一定要與實(shí)際的支座和計(jì)算的假定相符。
2網(wǎng)架(網(wǎng)殼)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中撓度、位移控制鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的破壞并不是因?yàn)槠鋸?qiáng)度不夠而造成的，而是由于在施工過程中很多時(shí)候網(wǎng)架的不夠穩(wěn)定而造成的，所以在建筑工程施工過程中，跨中的撓度是非常重要而不可忽視的。在建筑中，控制網(wǎng)架結(jié)構(gòu)位移的方法有很多種：(一)從設(shè)計(jì)的角度來看，一般分為4種，網(wǎng)格的尺寸大小、支座設(shè)定參數(shù)、矢高以及預(yù)應(yīng)力的大小，其中網(wǎng)格尺寸的大小、矢高以及支座設(shè)定參數(shù)是相互影響、相互作用、相互協(xié)調(diào)的關(guān)系。豎向位移的控制，可以通過調(diào)動(dòng)網(wǎng)格來使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形成拱形結(jié)構(gòu);或者是增加矢高的高度，但是在一般情況下，這樣設(shè)置往往會(huì)導(dǎo)致不能控制支座，從而導(dǎo)致支座反力越來越大的后果。網(wǎng)架需要水平位移時(shí)，可以通過支座的水平移動(dòng)來使網(wǎng)架結(jié)構(gòu)移動(dòng)，不然會(huì)在過程中產(chǎn)生非常大的水平推力，這樣對(duì)下部結(jié)構(gòu)的位移是相當(dāng)不利的。(二)按照規(guī)范要求來控制撓度值來看，這樣處理支座位移就相對(duì)而言簡(jiǎn)單容易一些，它是通過選擇不同的支座形式，例如橡膠等，按照其規(guī)范要求的范圍內(nèi)來控制撓度值，但是需要注意的是，無論我們?cè)谶x擇什么樣的支座形式，都必須計(jì)算出支座反力，并控制其在支撐能力的范圍之內(nèi)。
3網(wǎng)架(網(wǎng)殼)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中錐頭相碰
錐頭相碰時(shí)，網(wǎng)架的桿件無法安裝。此問題多出現(xiàn)在從事網(wǎng)架設(shè)計(jì)時(shí)間不長(zhǎng)的設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的圖紙中，究其原因乃是設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，使網(wǎng)架的桿件夾角偏小(小于30。)，解決該問題的辦法有：
(1)增大球的直徑(此方法在球很大時(shí)，不宜采用);
(2)調(diào)整桿件的角度(此方法較好);
(3)切削錐頭(此方法在受力不大時(shí)采用，因?yàn)榍邢麇F頭降低了承載力)。設(shè)計(jì)中盡量不要出現(xiàn)大球，因?yàn)榇笄驎?huì)增加含鋼量，且安裝起來也相對(duì)麻煩。如果是結(jié)構(gòu)的問題可調(diào)整方案，變化一下結(jié)構(gòu)形式，改變一下網(wǎng)格或矢高也很有效果。實(shí)在不行就把桿件抽掉，至于切削錐頭筆者認(rèn)為那只能是亡羊補(bǔ)牢的做法，不可取。
4結(jié)論
在建筑過程中，在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)施工過程中，不管是結(jié)構(gòu)選型、計(jì)算繪圖，還是安裝制作、使用的每一個(gè)步驟中，都應(yīng)該嚴(yán)格管理與監(jiān)督，因?yàn)檫@些都是對(duì)整個(gè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)質(zhì)量存在著一定的影響與作用的，其中結(jié)構(gòu)的選型與計(jì)算繪圖是最為重要的。在設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)網(wǎng)架的過程中，不但要將網(wǎng)架本身的因素考慮在其中，還要將支座等各種因素考慮在其中，能夠計(jì)算出這些支撐體是否能夠承載一定的負(fù)荷。然而，在網(wǎng)架的設(shè)計(jì)過程中計(jì)算出的支座的反力一定要和其他負(fù)荷載體相互聯(lián)系、組合，這樣組合出來的承載負(fù)荷的力應(yīng)該在支撐體承載的范圍內(nèi)，這一點(diǎn)往往會(huì)被設(shè)計(jì)師忽略。
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