将台花园单层网壳屋面整体结构计算报告Word文档格式.docx
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约束竖向平动位移
图1.3.1~1.3.4给出了结构的有限元模型图。
图1.3.1结构整体模型
图1.3.2壳体杆件及柱单元
图1.3.3结构单线模型
图1.3.4主梁(拱)单元
3.3模型说明
模型参考提供的最新SAP模型,在此进行如下说明:
1)与上一版模型相比,增大了部分拉索的预应力。
2)西立面钢柱增加了部分斜撑,结构支座情况有所变动。
3)SAP模型中,与主梁水沟段连接的次梁端部释放主轴弯矩。
ANSYS在此处通过耦合三方向平动位移实现连接,相当于释放三向弯矩。
4.复核内容
主要包括以下三部分:
1)整体静力分析
2)非线性整体稳定性分析
3)优化建议
第二部分结构的静力性能
1.计算工况
选取以下工况进行计算。
表2.1.1计算工况
工况
DL
LL
WC+
WC-
WR+
WR-
SD
TD+
TD-
TEMP
1
正常使用极限状态
FC1
0.83
FC2
FC3
FC4
FC5
FC6
FC11
0.6
FC12
FC13
FC14
FC15
FC16
FC17
FC18
FC19
FC20
FC21
FC22
承载能力极限状态
SC2
1.2
1.4
SC6
1.35
0.98
SC7
SC33-1
0.7
SC34-1
SC35-1
2.壳体结构变形分析
屋面最大柱间跨度68.37m,网壳最大跨度约为74.6m,竖向拉索最大长度为22.7m。
表2.1.2为结构在各种工况作用下的最大变形情况。
表2.1.2结构最大变形
荷载工况
结构最大变形
出现部位
壳体最大变形
拱序号
50.61
屋面网壳
4
159.42
7
DL+LL
191.79
DL+SD
202.12
361.86
立面幕墙
162.36
379.71
172.96
378.39
68.64
6
383.40
79.72
182.49
192.83
338.08
192.43
347.98
202.28
353.36
97.56
350.23
107.45
211.47
201.14
228.03
207.02
216.92
143.10
228.36
148.99
190.05
193.56
200.26
204.73
2.1屋面网壳最大变形
由于在不同工况作用下屋面网壳最大变形处位置不同,因此对应的跨度有所不同,根据《网壳结构技术规程》,网壳结构的最大位移计算值不应超过短向跨度的1/400。
在此结构中,认为与最大变形处相距最近的拱跨度为其短向跨度。
将网壳在各种工况作用下的最大变形与变形控制比较列表如表2.1.3所示。
表2.1.3屋面网壳最大变形及超标情况
最大变形/mm
跨度/m
变形控制/mm
是否满足要求
变形超标
变形/跨度
68.37
170.925
是
1/1158
35.87
89.675
否
77.8%
1/225
113.9%
1/187
125.4%
1/177
81.7%
1/221
92.9%
1/208
52.34
130.85
1/763
1/450
103.5%
1/197
115.0%
1/186
114.6%
125.6%
1/178
1/534
1/487
124.3%
130.9%
1/173
59.6%
1/251
66.1%
1/241
111.9%
1/189
115.8%
1/185
123.3%
1/179
128.3%
1/175
可见屋面网壳结构的变形部分超标,FC16作用下最大超标130.9%,变形与跨度比值最大为1/173。
由表2.1.3可以计算得到:
恒载作用下屋面网壳结构的最大变形为159.42/35870=1/225;
活载作用下屋面网壳结构的最大变形为191.79-159.42=32.37mm,与跨度的比值为32.37/35870=1/1108;
雪载作用下屋面网壳结构的最大变形为202.12-159.42=42.70mm,与跨度的比值为42.7/35870=1/840。
由以上可见,在组合工况中,恒荷载作用下的变形占了整个变形的大部分,恒载作用下结构的变形与跨度比值为1/225,不满足要求,这可以通过预起拱方法解决。
活载作用下结构的变形与跨度比值为1/1108,满足要求,雪荷载作用下结构与跨度的比值为1/840,满足要求。
2.2立面幕墙最大变形
按照规范幕墙的变形控制为:
拉索最大长度22.7m,fmax=22700/55=412.72mm。
计算所得幕墙最大变形为FC4工况作用下,大小为386.40mm。
可见幕墙变形满足要求。
2.3典型荷载与标准值组合工况下的变形云图
1)预应力TEMP
图2.2.1预应力作用下结构变形云图
2)恒载DL+TEMP
图2.2.2恒载(DL+TEMP)作用下结构变形云图
3)恒载+活载
图2.2.31.0恒载+1.0活载作用下结构变形云图
4)恒载+雪载
图2.2.41.0恒载+1.0雪载作用下结构变形云图
5)工况FC1
图2.2.5FC1作用下结构变形云图
6)工况FC2
图2.2.6FC2作用下结构变形云图
7)工况FC3
图2.2.7FC3作用下结构变形云图
8)工况FC4
图2.2.8FC4作用下结构变形云图
9)工况FC5
图2.2.9FC5作用下结构变形云图
10)工况FC6
图2.2.10FC6作用下结构变形云图
11)工况FC11
图2.2.11FC11作用下结构变形云图
12)工况FC12
图2.2.12FC12作用下结构变形云图
13)工况FC13
图2.2.13FC13作用下结构变形云图
14)工况FC14
图2.2.14FC14作用下结构变形云图
15)工况FC15
图2.2.15FC15作用下结构变形云图
16)工况FC16
图2.2.16FC16作用下结构变形云图
17)工况FC17
图2.2.17FC17作用下结构变形云图
18)工况FC18
图2.2.18FC18作用下结构变形云图
19)工况FC19
图2.2.19FC19作用下结构变形云图
20)工况FC20
图2.2.20FC20作用下结构变形云图
21)工况FC21
图2.2.21FC21作用下结构变形云图
22)工况FC22
图2.2.22FC22作用下结构变形云图
3.柱顶变形结果校核
比较了增加斜撑后柱顶的变形情况。
根据前面计算结果,较为不利的情况有FC1、FC2、FC12、FC20四种工况。
因而针对这四种工况进行柱顶侧移分析。
表2.3.1柱顶侧移最大值(mm)
柱顶节点
UX
UY
UZ
水平位移f
柱高H
Δ/H
备注
18
11.01
-11.09
0.30
15.62
5031.0
1/322
西立面钢柱
20
-3.31
-11.44
1.42
13.25
4715.0
1/356
22
-8.05
-10.20
0.82
12.99
4331.0
1/333
24
19.84
6.81
-1.40
20.98
4252.0
1/203
26
25.55
13.71
-0.49
29.00
4047.0
1/140
28
22.47
29.74
-1.27
37.28
3648.0
1/98
30
24.85
37.36
-1.48
44.87
4067.0
1/91
32
-13.19
-8.12
1.02
15.48
4019.0
1/260
34
-15.95
-4.68
0.36
16.63
3904.0
1/235
36
-18.52
-0.96
1.08
18.54
4027.0
1/217
38
-18.86
3.02
0.70
19.10
4372.0
1/229
546
-18.33
7.05
1.27
19.64
4932.0
1499
25.91
41.37
-1.88
48.81
2879.0
1/59
2
46.12
26.49
-6.61
53.19
22661.4
1/426
正面钢柱
50.41
25.41
-7.61
56.45
22399.0
1/397
53.96
26.46
-6.84
60.10
21709.6
1/361
8
63.61
13.62
1.38
65.05
20695.4
1/318
10
66.10
18.81
1.52
68.73
19705.6
1/287
12
60.69
22.53
1.54
64.74
19262.7
1/298
14
47.33
22.50
2.49
52.40
19791.5
1/378
16
34.24
19.80
2.79
39.55
21602.3
1/546
1335
27.26
18.73
4.92
33.08
23434.5
1/708
1492
14.03
15.19
0.32
20.68
7720.0
1/373
新增钢柱
1494
7.40
19.08
2.16
20.46
8220.4
1/402
1496
1.93
18.04
1.25
18.14
8609.4
1/475
1232
12.54
18.44
0.01
22.30
1727.0
1/77
柱顶侧移最大节点为1499,为柱高的1/59,对应钢柱为西立面角柱4586。
4.静力性能强度分析
4.1杆件最大应力
表2.4.1给出了梁柱单元在各种工况作用下最大应力值。
表2.4.1杆件最大应力值(MPa)
Q235
Q345
LG75
最大应力
屈服强度
是否超标
106
235
未超标
391
345
超标
388
414
114
458
427
96.8
434
405
104
364
152
407
379
76.6
286
336
由上表可见,Q345钢及部分拉杆有部分屈服,Q235钢保持在弹性范围以内。
应力超标拉杆与角柱相连,见图2.4.1。
屋面网壳杆件(Q345)应力超标区域主要发生在第一榀主梁与次梁铰接的节点处及第七榀主梁与次梁交接的部分节点处。
以工况SC6及SC7为例,见图2.4.2。
图2.4.1拉杆应力超标示意图
(a)工况SC6
(b)工况SC7
图2.4..2Q345应力超标示意图(Pa)
4.2拉索最大拉力
表2.4.2给出了三种型号的拉索在各种工况作用下最大拉力值,可见拉索拉力均满足设计要求。
表2.4.2拉索拉力最大值(kN)
LS28
LS40
LS80
最大拉力
设计承载力
352.13
438
821.89
921
1440
3873
351.64
843.90
1240
358.26
835.74
1350
384.44
797.94
1420
379.26
786.33
1300
391.15
772.71
1820
4.3Φ40拉索内力图
图2.4.1~图2.4.6给出了Φ40拉索在各种工况作用下的内力图。
图2.4.1SC2作用下Φ40内力图
图2.4.2SC6作用下Φ40内力图
图2.4.3SC7作用下Φ40内力图
图2.4.4SC33-1作用下Φ40内力图
图2.4.5SC34-1作用下Φ40内力图
图2.4.6SC35-1作用下Φ40内力图
第三部分结构的整体稳定分析
《网壳结构技术规程规定》规定,球面网壳的全过程分析可按满跨均布荷载进行,圆柱面网壳和椭圆抛物面网壳宜补充考虑半跨活荷载分布。
并在条文说明中指出,网壳稳定承载力以“恒载+活载”来衡量;
对椭圆抛物面和两端支撑的圆柱面网壳,应在计算中考虑活载的半跨分布对网壳稳定性承载力的影响。
根据上述规范规定,结合本工程实际情况,考虑以下四种加载方式进行全过程分析,来考察结构的稳定承载力:
NS1——初始状态1.0预应力;
加载至10*(1.0恒载+1.0活载)
NS2——初始状态1.0预应力;
加载至10*(1.0恒载+1.0雪载)
NS3——初始状态1.0预应力;
加载至10*(1.0恒载+1.0半跨活载)
NS4——初始状态1.0预应力;
加载至10*(1.0恒载+1.0半跨雪载)
其中,为考虑最不利情况,半跨活荷载施加在结构的下凹区域,如图3.1.1红色部分所示。
图3.1.1结构半跨荷载施加区域示意图
2.特征值屈曲
结构在四种工况作用下的第一阶特征值屈曲系数见表3.2.1。
第一阶特征值屈曲模态如图3.2.1~3.2.4所示。
表3.2.1结构第一阶特征值屈曲系数
NS1
NS2
NS3
NS4
系数
8.7450
8.5959
9.2237
8.8828
图3.2.1结构第一阶特征值屈曲模态(NS1)
图3.2.2结构第一阶特征值屈曲模态(NS2)
图3.2.3结构第一阶特征值屈曲模态(NS3
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