諶 文，鄭 敏

(1.北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢分公司，武漢 430205；2.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院，武漢 430205)

網(wǎng)架-混凝土結(jié)構(gòu)共同工作效應(yīng)的研究

諶 文1，鄭 敏2

(1.北方工程設(shè)計(jì)研究院有限公司武漢分公司，武漢 430205；2.湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院，武漢 430205)

以某禮堂網(wǎng)架-混凝土結(jié)構(gòu)為例，比較了是否考慮網(wǎng)架和混凝土共同作用兩種計(jì)算結(jié)果，得到網(wǎng)架和混凝土的共同作用程度。同時(shí)分析了網(wǎng)架和混凝土的阻尼不同取法對(duì)地震響應(yīng)的影響程度。分析表明：設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮鋼結(jié)構(gòu)-混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同工作效應(yīng)，阻尼是否統(tǒng)一取值對(duì)地震響應(yīng)影響不大。

網(wǎng)架; 混凝土結(jié)構(gòu); 共同作用

隨著社會(huì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，人們對(duì)大空間的追求越來(lái)越迫切，大跨度結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。為了充分利用混凝土和鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，大跨度結(jié)構(gòu)的一種普遍做法是將鋼結(jié)構(gòu)部分支承在下部混凝土結(jié)構(gòu)上，這樣的情況在體育館，游泳池，集會(huì)廳等工程中不乏少數(shù)。為簡(jiǎn)化分析，常把此類(lèi)體系的屋蓋結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)體系分開(kāi)考慮。實(shí)際上，鋼結(jié)構(gòu)支承于混凝土結(jié)構(gòu)之上，由于作為鋼結(jié)構(gòu)支座的下部混凝土結(jié)構(gòu)的剛度有限，同時(shí)還存在著混凝土材料的收縮、徐變、支座的變位等因素，使得分開(kāi)計(jì)算所得結(jié)果不能真實(shí)反映下部混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的連接支座約束對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及安全性能的影響，從而造成整體結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下的變形受力性能與上下部結(jié)構(gòu)單獨(dú)分析時(shí)的結(jié)果存在差異。因此，有必要對(duì)這種計(jì)算方法進(jìn)行評(píng)估，找出合理的計(jì)算方法，降低誤差。

該文以某禮堂網(wǎng)架-混凝土結(jié)構(gòu)為例，比較了是否考慮網(wǎng)架和混凝土共同作用兩種計(jì)算結(jié)果，得到網(wǎng)架和混凝土的共同作用程度。同時(shí)分析了網(wǎng)架和混凝土的阻尼不同取法對(duì)地震響應(yīng)的影響程度。

1 工程概況

該工程共2層，檐口高度為9.000 m，由于集會(huì)廳跨度較大，達(dá)到32.2 m，故屋蓋采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架高度1.800 m，其中上、下弦均采用φ140×10無(wú)縫鋼管，腹桿采用φ114×4的無(wú)縫鋼管，材質(zhì)為Q345。6度設(shè)防烈度，第一組，場(chǎng)地類(lèi)別III類(lèi)。具體詳見(jiàn)圖1，圖2。

2 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

目前很多工程在設(shè)計(jì)中將屋蓋與下部結(jié)構(gòu)分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算分析，常用3D3S，MIDAS GEN，SAP2000，ANSYS,ABAQUS對(duì)鋼屋蓋進(jìn)行有限元分析，用PKPM，ETABS，MIDAS BUILDING對(duì)屋蓋下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本工程分別采用3D3S，STWJ(PKPM模塊)，YJK軟件計(jì)算分析鋼屋蓋部分，分別用PMSAP，YJK軟件計(jì)算混凝土部分。

對(duì)于網(wǎng)架等空間結(jié)構(gòu)，一般應(yīng)設(shè)置支座，并通過(guò)支座和下面的普通樓層連接，建模時(shí)在支座處用一根斜桿模擬支座。當(dāng)采用模擬施工時(shí)，必須注意施工次序是否正確。YJK軟件在布置荷載時(shí)，引入了蒙皮導(dǎo)荷的概念(蒙皮導(dǎo)荷是指沿著桿件或者墻面邊界形成一個(gè)面，在該面上賦值面荷載)，軟件可將面荷載沿著該面的投影方向或法向進(jìn)行荷載導(dǎo)算，將荷載導(dǎo)算到面的周邊節(jié)點(diǎn)上。

3 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

3.1 屋蓋與下部結(jié)構(gòu)模型計(jì)算

先計(jì)算屋蓋，通過(guò)屋蓋計(jì)算得到的支座反力施加給下部結(jié)構(gòu)，進(jìn)行下部結(jié)構(gòu)的計(jì)算(分開(kāi)計(jì)算)；然后進(jìn)行屋蓋和下部結(jié)構(gòu)整體建模計(jì)算(整體計(jì)算)。下面分析分開(kāi)計(jì)算和整體計(jì)算下屋蓋和下部結(jié)構(gòu)在小震作用的變形和反力。

圖3、圖4為屋蓋豎向變形云圖，分開(kāi)計(jì)算時(shí)屋蓋的最大豎向位移為56.060 mm，整體計(jì)算時(shí)屋蓋的最大豎向位移為61.143 mm，相差8.31%。

由表1可知，分開(kāi)計(jì)算與整體計(jì)算的X向基底反力相差16%，Y向基底反力相差40%，Z向基底反力相差25%。分開(kāi)計(jì)算比整體計(jì)算的屋蓋的最大豎向位移和屋蓋桁架的最大應(yīng)力均小，而分開(kāi)計(jì)算比整體計(jì)算的基底反力大，說(shuō)明分開(kāi)計(jì)算對(duì)屋蓋偏不利，對(duì)下部結(jié)構(gòu)偏安全。

表1 分開(kāi)計(jì)算和整體計(jì)算結(jié)果比較

3.2 屋蓋與下部結(jié)構(gòu)阻尼比設(shè)置

由3.1可知，結(jié)構(gòu)應(yīng)按整體計(jì)算，下面所作計(jì)算均為在整體計(jì)算下的結(jié)果。為研究阻尼比不同取法對(duì)地震響應(yīng)的影響。分別計(jì)算了屋蓋和下部結(jié)構(gòu)設(shè)置相同的阻尼比和不同阻尼比的兩種情況：屋蓋和下部結(jié)構(gòu)設(shè)置相同的阻尼比0.03；屋蓋和下部結(jié)構(gòu)設(shè)置不同的阻尼比，其中屋蓋鋼結(jié)構(gòu)阻尼比為0.02，下部混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比為0.05。圖5、圖6和表2分別給出屋蓋和下部結(jié)構(gòu)在小震作用下的變形和反力。

全模型同阻尼比時(shí)屋蓋的最大水平位移為5.193 mm，不同阻尼比時(shí)屋蓋的最大水平位移為5.476 mm，相差5.0%。

由表2可知，同阻尼比與不同阻尼比的X向基底反力相差0.1%，Y向基底反力相差0.1%。結(jié)構(gòu)整體上部與下部設(shè)置不同阻尼比對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不大。

表2 阻尼比不同取法計(jì)算結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，考慮下部混凝土框架結(jié)構(gòu)的作用后，上部鋼結(jié)構(gòu)的位移和內(nèi)力均有較大的增長(zhǎng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重視這種鋼結(jié)構(gòu)-混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的作用。阻尼比是否統(tǒng)一取值對(duì)地震響應(yīng)的影響不大。

[1] GB 50011—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[2] JGJ 7—2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3] GB 50017—2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.

[4] 尹德鈺.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

[5] 沈祖炎，陳揚(yáng)驛.網(wǎng)架與網(wǎng)殼[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.

[6] 張毅剛.大跨空間結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[7] 董石麟.大跨度空間結(jié)構(gòu)的工程實(shí)踐與學(xué)科發(fā)展[J].空間結(jié)構(gòu)，2005，11(4)：3-10.

[8] 嚴(yán) 慧.斜拉網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)特性及其設(shè)計(jì)應(yīng)用研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，1996，(1)：14-20.

Study of Space Truss-concrete Structures Interaction

SHEN Wen1，ZHENG Min2

(1.Wuhan Branch,Northern Engineering Design and Research Institute Ltd,Wuhan 430205,China;2.Hubei University of Economics, Wuhan 430205,China )

A certain hall grid-concrete structure as an example, the interaction between the grid and the concrete was studied based on two calculation results of whether the interaction between the grid and the concrete was considered.Simultaneous the influence of the two different extraction method for damping to seismic response was studied.The analysis shows that: the interaction between the truss and the concrete should be fully taken into account in the design, and the two different extraction method for damping had a little effects on seismic response.

space truss structure; concrete structure; interaction

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.017

2015-01-05.

諶 文(1977-)，工程師，碩士.E-mail:sheng_wen26@126.com

鄭 敏(1981-)，講師，博士.E-mail:zheng_min1221@126.com