桁架结构在龙卷风作用下的荷载分析

桁架结构在龙卷风作用下的荷载分析（精选3篇）

篇1：桁架结构在龙卷风作用下的荷载分析

桁架结构在龙卷风作用下的荷载分析

风是空间桁架的主要控制荷载,龙卷风作为一种破坏力巨大、风场结构复杂的.暴风.初步从涡运动理论、实测数据统计分析、半经验公式和龙卷风风险度模型等几方面解析龙卷风风场结构,结合实例建立龙卷风的风场数值模型.分析桁架结构在龙卷风作用下的受力情况,并提出在龙卷风作用下桁架结构的荷载处理方法和加载方法.

作 者：周辉律 作者单位：深圳市万厦装饰工程有限公司,广东,深圳,518033刊 名：中国科技博览英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN年，卷(期)：2010“”(12)分类号：V321.2+27关键词：空间桁架 龙卷风 风场数值模型 加载方法

篇2：桁架结构在龙卷风作用下的荷载分析

板柱结构 (即无梁楼盖结构) 是一种不设梁, 楼板直接支撑在柱上的结构体系。相对于梁板结构可降低层高, 节省建筑空间。应用于地下结构时, 降低层高, 减少土方开挖, 地下水位较高时可以降低降水费用和抗浮措施费用。用于地上结构时, 可以在限高的情况下增加楼层数量, 降低后期装修费用等。由于以上原因, 板柱结构在建筑结构设计中被广泛采用。板柱结构荷载直接由楼板向柱传递, 由于柱子截面尺寸普遍不大, 应力集中现象比较严重, 容易引起冲切破坏, 所以, 设计过程中应针对节点位置进行详细计算。

2 板柱结构在竖向荷载作用下常见的计算方法

关于板柱结构的设计, 普遍存在以下几种常见的设计方法:

2.1 弯矩系数法

或称为经验系数法或直接设计法。弯矩系数法需要满足以下条件方可使用:每个方向至少要有3个连续跨;同一方向的最大跨度和最小跨度之比不大于1.2;任意区格的长边与短边之比不大于1.5;活荷载与恒荷载之比不大于3。

按经验系数法分析无梁楼盖内力时, 应分别在x方向及y方向单独计算总静力设计弯矩M0x、M0y。计算时, 竖向均布荷载设计值都应该按照满负荷取用。

式中, q、g为竖向荷载设计值, lx、ly为x方向及y方向的跨度, bce为柱帽的有效宽度。

计算多跨板带的中间跨时, 柱上板带的支座弯矩和跨中弯矩分别为为0.50M0、0.18M0, 跨中板带的支座弯矩和跨中弯矩分别为0.17M0、0.15M0, 由于弯矩系数法的应用条件限制较多, 对结构布置要求比较严格, 所以仅仅对于常规的规则结构比较适用。

2.2 等代框架法

即将整个结构沿纵、横柱列方向分别划分为具有“框架梁”和“框架柱”的纵、横向框架。计算时, 如有柱帽, 应同时考虑柱帽对框架内力计算的影响。等代框架梁的截面尺寸与跨度取值原则为:计算竖向荷载作用时, 框架梁宽度尺寸为框架柱两侧跨度中心线间距离;计算水平荷载作用时, 框架梁宽度尺寸为框架柱两侧跨度中心线间距离的一半;框架梁高度尺寸为板厚;等代框架梁跨度取值为计算方向框架跨度减去柱帽有效宽度的2/3。

按照等代框架法计算得到的弯矩M支座、M跨中经过分配后, 即可得到柱上板带和跨中板带的弯矩值。

柱上板带的支座弯矩一般取值为0.75M支座;跨中弯矩为0.55M跨中。

跨中板带的支座弯矩一般取值为0.25M支座;跨中弯矩为0.45M跨中。

等代框架法不受跨度和荷载等因素的限制, 在目前的板柱结构设计中应用较为广泛。

2.3 有限元法

由于现在通用结构计算程序应用广泛, 给板柱结构的设计提供了更为精确地计算手段, 采用具有板壳单元的有限元程序, 计算得到板内的应力和内力分布, 根据应力和内力分布情况进行配筋设计, 在保证结构安全的前提下可以得到更为精确地设计结果。但由于受程序的限制和工作量的影响, 主要应用于比较复杂的结构。

3 不同计算方法对应计算结果的比较

某工程中的双层地下车库, 由于需要满足塔楼嵌固要求, 一层采用梁板结构, 为了减少开挖量和降低地下水浮力作用, 负一层地面采用无梁楼盖结构, 柱网规整, 多为8100mm×8100mm, 柱截面600mm×600mm, 板厚250mm, 柱帽1100mm×1100mm×250mm (厚) , 负2层层高3600mm, 负1层层高4200mm。鉴于地下车库面积较大, 且符合上述3种设计方法的要求, 出于对经济性的考虑, 对本工程截取出一部分, 采用以上3种方法分别进行计算, 对比不同计算方法所得结果的区别, 以便综合考虑各种因素, 确定合理的设计方案。计算结果见下表1。

通过对以上数据的比较可知:弯矩系数法和等代框架法的计算结果非常接近, 等代框架法等够考虑柱子对板内弯矩分配的影响, 对于跨度不等的结构更为适用。对于柱上板带, 有限元法计算得到的计算值较大;跨中板带的跨中弯矩与弯矩系数法和等代框架法比较接近, 但是支座负弯矩较小。3种计算方法所得到的总的弯矩是基本持平的, 区别仅在于分配弯矩采用的方式不同。

4 计算方法选用原则

弯矩系数法使用过程简单, 在满足使用条件的前提下, 可用于简单规则结构的设计和方案阶段的估算。

等代框架法在目前板柱结构的设计中使用较多, 它不受结构布置的限制, 使用灵活, 虽然在计算过程采取了很多简化措施, 但计算精度完全能满足现阶段工程设计的需要, 为板柱结构设计提供了一个简便有效的设计手段。适用于常规的板柱结构设计和经验系数法无法适用的工程。

有限元法具备分析精度高、适用范围广泛的特点, 而且荷载可以根据需要进行较为自由的布置与调整, 较为真实的反应出结构的受力状态。但是由于有限元法计算得到的是板壳单元的内力与应力分布, 和杆系单元不同, 在设计过程中需要对计算结果进行积分计算, 以便转化为结构构件内力用于设计。过程复杂, 能直接使用的程序不多, 所以应用起来计算量大, 过程繁琐。因此, 在设计比较复杂的板柱结构时, 可采用有限元法进行计算, 以便能得到一个合理的设计结果。

参考文献

[1]中华人民共和国原城乡建设环境保护部.GBJ130-90钢筋混凝土升板结构技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 1991.

[2]朱聘儒.双向板无梁楼盖[M].北京:中国建筑工业出版社, 1999.

篇3：桁架结构在龙卷风作用下的荷载分析

应用有限元软件ABAQUS, 分析比较5组试件它们在加与不加斜向加劲肋的情况下, 施加水平荷载后, 框架刚度、水平承载力、滞回效应等力学性能的变化。

1 有限元模型概述

1.1 材料定义

分析用钢材为Q235级钢, 考虑了钢材材性的应变强化, 应用等向强化模型, 所有钢材材性均为名义值。屈服强度fy=235MPa, 抗拉强度fu=375MPa, 弹性模量E=2.06×105, 泊松比μ=0.3, 极限应变εu=0.2。

1.2 试件设计

分析模型如图1所示, 其中H=3600mm, L=6300mm, B=2475~2850m m, 试件中构件的的连接均采用刚接, 构件尺寸如表1所示。

根据《高层民用建筑钢结构技术规程》, 取Mp/Vp=878.5m m, e取Mp/Vp的0.341、0.512、0.683、0.854、1.02倍, 如表2所示。横向加劲肋取 (90×10) mm, 间距取150mm, 斜向加劲肋取 (50×6) mm。

1.3 加载方式

有限元分析中, 在图1所示的加载位置施加水平位移荷载。

根据《建筑抗震试验方法规程》 (JBJ 101-96) 的要求, 并参考ECCS的完全加载制度, 采用以下加载制度:先单向加载于框架顶部, 根据荷载-位移曲线, 求出耗能梁段的弹性水平位移Δy和对应的水平力Fy, 再按Δy、2Δy、3Δy、……的方式施加循环荷载, 每级一周, 直到试件破坏。

2 非线性有限元分析

在循环荷载作用下, 4组模型的刚度退化曲线如下图所示, 从刚度退化曲线可以看出, 加与不加斜加劲肋的弹性刚度基本接近, 加了后的弹性刚度稍微大一点, 等耗能梁段进入塑性后, 加斜加劲肋后, 框架的刚度退化得要比不加慢一些。

3 结论

通过对4组试件的分析, 得出以下几点结论:

不管耗能梁段的长度如何, 加与不加斜加劲肋的弹性刚度基本接近, 加了后的弹性刚度稍微大一点;等耗能梁段进入塑性后, 加斜加劲肋后, 框架的刚度退化得要比不加慢一些, 这说明在耗能梁段上加斜向加劲肋是有利于偏心支撑钢框架抗震的。

摘要：根据水平荷载作用下偏心支撑钢框架结构耗能梁段发生破坏的特点, 设计了耗能梁段长度不同的4组试件, 应用有限元软件ABAQ US分析了在耗能梁段上加与不加斜加劲肋的两种情况, 作用水平循环荷载后的滞回性能。分析结果表明, 在耗能梁段上加斜加劲肋后, 框架塑性阶段的刚度退化得要慢一些, 延性增加。

关键词：偏心支撑钢框架,耗能梁段,加劲肋,刚度退化曲线,循环荷载

参考文献

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[10]李新华, 舒赣平.偏心支撑钢框架设计探讨[J].工业建筑, 2001.