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网架是房屋整体结构中的一个重要组成部分

网架结构是高次超静定结构,基于杆系有限元理论的空间分析方法已经在网架设计过程中应用得相当成熟。但部分设计人员在网架设计过程中往往重视上部杆系结构的空间计算,而忽视了对网架受力影响很大的支座力学模型的合理选取或者合理构造[1],造成理论计算模式和施工图设计力学模型脱节。这种由于支座边界条件的不合理设计造成的工程质量事故已不鲜见网架是房屋整体结构中的一个重要组成部分,除保证自身受力外,还对下部结构起到连接和支撑作用,在没有正确的边界力学模型保证下,网架和下部结构分开计算与整体协同计算的结果是不相同的。结合笔者在审图过程中发现的若干工程案例,本文对目前网架支座及支承框架设计存在的问题进行了分析和讨论,以祈引起设计人员的注意。
  1.网架和下部结构分开设计存在的问题由于《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)没有规定必须把网架和下部结构连成整体分析计算,国内多数网架专用程序都是把网架和下部结构分开来计算。目前设计中存在下列几个问题。
  2 大跨度网架、弧形网架及网壳结构难以将网架和下部结构合理隔离网架和下部结构分开设计通常是根据支承框架柱刚度和网架支座形式将网架边界条件处理为固定、自由和弹性三种情况输入程序计算网架,算出支座反力后再加到下部结构上进行下部结构设计。当网架与支承结构的传力关系复杂、网架边界支承刚度难以通过假定计算确定时,这种计算方式显然是不妥的。特别是大跨度网架、弧形网架及网壳结构,传力点往往集中在少数几个边界点,边界受力异常复杂,更是难以采用传统的刚接或者铰接假定来处理,由于边界处理错误造成的工程事故在国内已不鲜见。

沁阳文化中心网架工程
  3 网架公司没有采用合理正确的下部结构支承刚度目前网架支座设计的一类错误是支座刚度估算错误。当假定网架支座为三向不动铰时,计算出的网架支座水平反力往往偏大。根据荷载以及边界支承布置不同,中小跨度板网架支座水平反力可达40~300kN;网壳和弧形网架支座水平反力可达500~1500kN,过大的支承反力使下部支承框架柱设计偏大或难以设计。一般情况下,无论是上部网架支座或下部支承结构的刚度都不会是无穷大,在网架支座水平反力作用下,支承结构会产生水平位移,这种位移实际上把约束势能转化成为反力做功,使得变形终态的实际支座反力比三向不动铰支座计算出来的小,内力重分布的作用使得网架各杆件计算受力也与实际情况有差异。一般而言,由于变形增大,靠近跨中区域的杆件内力会有所增大,这将形成不安全机制,影响结构长期正常工作。
  4 土建设计单位未按网架支座反力对下部结构进行复核目前设计中多数土建设计单位先根据以往的设计经验或与相关网架公司方案设计得到的支座反力作为输入条件进行下部结构设计。由于难以充分考虑施工图设计阶段的复杂荷载或者结构空间效应产生的荷载作用,采用的网架支座反力往往不准确,而且对后续施工图阶段网架设计数据难以保持跟踪,及时对支承结构设计输入条件进行更新校核,这样就造成了下部结构浪费或存在安全隐患。

 5.网架支座选型存在的问题目前小跨度网架常采用平板压力支座,这种支座产生的水平位移和角位移都较小,对结构整体受力影响不大。对于中等跨度网架和网壳结构仍有些工程采用平板压力支座,由于网架产生的水平推力较大,使支座受力复杂,还可能影响到网架的安全。网架支座一般有固定、自由和弹性三种形式,采取哪种支座形式,应根据工程具体情况确定。支座的选取不仅影响到网架的安全、经济,还直接影响到下部支承结构设计的难易程度,但是有一个原则,即网架设计支座的力学模式必须和施工图设计的支座构造保持一致。

 

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