空间网架

空间网架-混凝土框架混合结构3D3S整体

建模分析

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更新时间： 2014年10月10日 本周下载： 1

论文摘要

空间网架-混凝土框架混合结构是一种由不同材料结构组合而成的混合结构体系，上部屋盖往往采用钢网架结构，下部则多采用钢筋混凝土结构。这种体系由于存在大跨、空旷内部，建筑功能十分灵活，可以设计成影剧院、体育馆等结构形式，因此越来越受到人们的欢迎。但这种体系由钢结构和钢筋混凝土结构组成，两者间相互作用关系比较复杂，在计算中采用分开设计将低估钢结构的地震作用，其地震作用放大系数也难以估计，所以有必要对下部混凝土框架和上部钢屋盖进行整体分析。

本文采用3D3S多高层（高级版）模块对一网架-混凝土框架混合结构进行整体建模分析，考察了在地震、风荷载等作用下钢网架和混凝土框架混合结构的整体性能，为类似项目设计提供参考。 工程概况 1

某小型体育馆下部采用钢筋混凝土框架，上部采用平板钢网架。结构安全等级为二级，抗震设防类别为丙类，抗震设防烈度为8度。总建筑面积约10200m2，总高22.4m。采用3D3S多高层模块建立的三维模型如图1所示。其中，下部为钢筋混凝土框架，上部为钢结构网架。荷载只考虑网架的恒载

0.3kN/m2、活载0.3kN/m2及上弦平面的风荷载0.5kN/m2。上部采用正放四角锥网架，跨度为29.4m×36m，三维模型如图2所示。

图1 某体育馆模型

图2 网架三维模型

问题探讨 2 2.1阻尼比

一般来说，网架-混凝土框架混合结构是由两种不同的材料构成，上部网架是钢结构，阻尼比一般为0.02；下部框架为混凝土结构，阻尼比一般为0.05。因此在地震的作用下，地震能量的耗散机理是不同的，很难找出一种完善的解释多种结构因素的阻尼理论。《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010对于屋盖钢结构和下部混凝土支承结构协同分析时，阻尼比可取0.025～0.035。本项目的阻尼比取为0.03，地震荷载参数如图3所示。

图3 地震荷载参数

2.2协同工作

通常网架的边界约束根据网架的支承情况、支承刚度和支座节点的实际构造决定，支座一般有自由、弹性、固定三种形式。采取哪种支座形式,应根据工程具体实际情况来确定。支座的选取直接影响到网架的安全、经济,更重要的是网架产生的水平推力与支座形式密切相关，也直接影响到下部支承结构设计的难易程度。本文采用的工程实例为网架直接支承在混凝土框架柱上，设计时考虑网架与支承框架协同工作较好，无需特别处理。若网架下部支承在橡胶支座上，

则建模时需添加弹簧单元模拟橡胶支座的刚度。橡胶支座的刚度计算参见《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010。 计算结果探讨 3

图4为混合结构前三振型图，对应周期分别为0.884s、0.869s和0.809s。若上部网架不与下部结构在一起建模，分开独立建模，并以固定支座模拟下部混凝土结构，则上部网架的前三振型周期分别为0.234s、0.207s、0.119s， 可以看出这两种模型处理方法计算的结构特性相差巨大。若要分开计算上部钢网架的结构特性，建议计算出下部网架的刚度，并定义成弹性支座才能获得较为精确的计算结果。

为了考察两种模拟方法在相同地震作用下的内力大小，选取上弦中部杆件在相同地震组合下的杆件轴力大小，分别如图5、6所示。从图中可以看出，组合建模下上弦中部杆件的轴力设计值为206.8kN，而在分开建模的相同位置的杆件的轴力只有137.3kN，两者的荷载及工况是一样的，但计算结果却差距较大，表明分开建模的地震作用被低估，按此设计的结果并不安全。

因此，对于空间网架-混凝土框架混合结构的计算分析，如有条件建议一起建模分析，才能比较精确地得到内力和周期的计算结果。

文/徐双正 上海同磊土木工程技术公司3D3S技术部

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/cp6x.html