支座數(shù)量對(duì)某八邊形三向網(wǎng)架的影響分析

白宏思

（新疆大學(xué)建筑工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830047）

1 引言

三向網(wǎng)架是由三個(gè)方向桁架按60°角相互交叉組成，這類網(wǎng)架的上下弦平面呈三角形?？臻g剛度大，受力性能好，支座受力較均勻。三向網(wǎng)架適用于較大跨度，且建筑平面為三角形、六邊形、多邊形和圓形[1,2,3]。

然而在實(shí)際工程中受制于建筑造型，較難滿足三個(gè)方向桁架按60°角相互相交，并不滿足三向網(wǎng)架定義。這種非嚴(yán)格意義上的三向網(wǎng)架受力性能如何，少見分析。故針對(duì)某一實(shí)際工程，對(duì)此類型的網(wǎng)架進(jìn)行分析，以供類似工程設(shè)計(jì)參考。

2 工程概況

本網(wǎng)架由兩部分組成，下部為正八邊形，邊長(zhǎng)為13.8m，斜交方向最長(zhǎng)為36.06m，網(wǎng)架高2.5m，起坡高度為4.5m（坡度1：3）；上部為八邊形棱柱，八邊形邊長(zhǎng)為2.3m，斜交方向最長(zhǎng)為4.18m，高8.0m。具體尺寸見圖1所示。

工程所在地抗震設(shè)防烈度為8度，地震峰值加速度0.3g，

考慮到前述三向網(wǎng)架的剛度大，受力性能好，采用下弦周邊點(diǎn)支承。雖然該網(wǎng)架的跨度不大，但是考慮到起坡4.5m，故支座布置方案有兩種，一種是在八邊形的八個(gè)角上各布置一個(gè)支座，共八個(gè)支座；另一種是除八個(gè)角上布置支座外，還在八邊形每邊的中點(diǎn)布置一個(gè)支座，共十六個(gè)支座（見圖2）。

本文主要就這兩種模型對(duì)網(wǎng)架性能進(jìn)行分析。為便于描述，采用八個(gè)支座的方案定為模型1，采用十六支座的方案定為模型2。

3 網(wǎng)架特征值分析

考慮到網(wǎng)架不同階段的支承條件不同[3,4]，網(wǎng)架支座處水平剛度（Kx和Ky）分別取0.3kN/mm和3kN/mm。至于支座處豎向剛度，根據(jù)文獻(xiàn)4提供的計(jì)算方法確定為6300kN/mm?，F(xiàn)對(duì)模型1和模型2分別按不同支承條件計(jì)算，計(jì)算所得的網(wǎng)架自振頻率見表1。地震分組為第三組。工程所在地場(chǎng)地類別為Ⅱ類。

表1 網(wǎng)架自振頻率比較表 （rad/s）

從表中可以看出，支座剛度在0.3kN/mm和3kN/mm兩者之間變化時(shí)，模型的自振頻率并未發(fā)生改變。支座數(shù)量增多，網(wǎng)架的特征周期變大。

4 反應(yīng)譜分析

采用設(shè)計(jì)反應(yīng)譜[5]對(duì)網(wǎng)架進(jìn)行分析，考慮三向地震作用。因網(wǎng)架支承在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)上，網(wǎng)架的阻尼比取0.03。

經(jīng)計(jì)算分析，網(wǎng)架支座處位移和內(nèi)力見表2。從表中可以看出，模型1支座處的位移和內(nèi)力均比模型2的大。對(duì)于支座處水平力（Fx，F(xiàn)y），在支座剛度為0.3kN/mm時(shí)，模型1、2的差別很?。辉谥ё鶆偠葹?kN/mm時(shí)，模型1、2的差別很大，模型1的支座水平力大于模型2。對(duì)于支座處的豎向力（Fz），考慮到支座數(shù)量的差別，模型1、2的差別也很小。對(duì)于模型2而言，支座剛度的變化對(duì)支座處位移和內(nèi)力均沒有影響。

表2 支座處位移內(nèi)力對(duì)比表

考察了支座附近部分下弦桿的內(nèi)力（見表3），從表中可以看出，模型1的下弦桿件內(nèi)力基本大于模型2中桿件內(nèi)力，但是在兩平面交線上的部分桿件內(nèi)力小于模型2中的桿件內(nèi)力。

表3 支座附近桿件內(nèi)力對(duì)比表 （kN）

網(wǎng)架上部為突出的塔架，為此考察了網(wǎng)架上部塔架結(jié)構(gòu)位移（見表4）。模型1的位移雖然大于模型2的位移，但兩者水平位移相近。對(duì)比同一模型中上部塔架結(jié)構(gòu)頂端和根部的差值，塔架的相對(duì)位移很小。對(duì)于豎向位移的限值，根據(jù)文獻(xiàn)4取短跨的1/250，為33316/250=132mm，均大于模型1、2的值。表明模型1、2的豎向位移都是可接受的。

表4 網(wǎng)架上部塔架結(jié)構(gòu)位移對(duì)比表 (mm)

5 結(jié)論

八支座模型（模型1）在支座處位移和內(nèi)力，弦桿內(nèi)力和上部塔架結(jié)構(gòu)位移等方面的值均是可接受的，但大部分大于十六支座模型（模型2）中的值。在八支座模型內(nèi)力小于十六支座的項(xiàng)目上，兩者的差別不大，且該項(xiàng)目值不大。

就本工程而言，八支座模型對(duì)網(wǎng)架支座剛度變化敏感，十六支座模型對(duì)網(wǎng)架支座剛度變化不敏感。

[2]黃呈偉．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]．北京：科學(xué)出版社，2005．

[3]王秀麗．大跨度空間結(jié)構(gòu)分析與概念設(shè)計(jì)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008．

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ7-2010）[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010．

[5]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部．建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50011-2010）[S]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[1]沈祖炎，陳揚(yáng)驥．網(wǎng)架與網(wǎng)殼[M]．上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1997．