迭层空腹桁架转换结构受力性能分析

迭层空腹桁架转换结构受力性能分析

随着高层建筑的发展，将多层建筑转化为建筑的趋势已成为现代建筑的一大趋势。通过柱的传力轨迹（墙）柱的形状（墙），传能具有直、明、清晰的传能特征，便于计算、分析和设计。同时，结构简单易用。根据北京、上海、天津、福州、沈阳、西安、广州、深圳、珠海、南海、惠州等68栋建筑进行了屋顶结构改造。根据建筑测量，59栋采用了屋顶结构改造，占86.8%。然而，当屋顶层结构转变较大时，承包层传递的垂直载荷较大，因此屋顶层的截面规模过大，无法在理论上执行转换梁的设计，但在实践中不可能执行。另一方面，使用大型管道和其他设备系统的安装极大地削弱了屋顶层建筑空间的充分利用。因此，在本文中，我们详细分析了支撑层iv层的结构变化特征，并提出了支撑层iv的结构设计建议。1在交替层的支撑作用下，航空走廊的压力特征1.1迭层空腹桁架受力性能与普通桁架的比较由多个单层空腹桁架迭合组成的结构,称为迭层空腹桁架结构.算例1钢筋砼等节间迭层空腹桁架,如图1所示.上、中弦截面尺寸均为0.9m×1.0m,下弦杆截面尺寸为0.9m×1.4m,竖腹杆截面尺寸为0.9m×0.9m,混强度等级为C60,荷载取上、中弦均布荷载q1=40kN/m,下弦均布荷载q2=60kN/m,净跨ln=24m,计算结果见表1.算例2将上、中弦杆截面尺寸改为0.9m×1.2m方案,其余均同算例1.算例3将上、中弦杆截面尺寸改为0.9m×1.4m方案,其余均同算例1.通过对受均布荷载的简支桁架的内力分析,得出如下结论:迭层空腹桁架的受力性能与普通桁架相比较,有类似之处亦有不同之处.1)上、中、下弦杆轴力跨中最大,逐步向支座递减,各弦杆同时还受有剪力,这是因为迭层空腹桁架没有承受剪力的斜腹杆所致,剪力跨中最小,逐步向支座方向递增.上、下弦杆弯矩变化类似剪力变化,跨中最小,逐步向支座方向递增.由此可见,迭层空腹桁架上、下弦杆分别为偏心受压和偏心受拉杆件,上、下弦杆的弯矩呈锯齿状分布,可在下弦杆施加预应力来提高其抗裂能力.同时,端跨弦杆剪力较大,可配置部分型钢来抗剪,从而提出部分型钢的概念.2)迭层空腹桁架的竖向腹杆剪力分布类似于上、下弦杆,即中部较小,逐步向支座方向递增,因此各节间的腹杆截面取值不同,两端腹杆较中部为大.可在两端腹杆配置型钢来抗剪.由算例2、算例3计算结果同算例1结果比较可见,增大上、中弦杆截面高度,适当减少下弦杆截面高度,迭层空腹桁架具有如下特点:①可以降低下弦弯矩值和剪力值,本例弯矩降幅值达20%.②可以较大幅度地将上部传来的轴力分配到其他直腹杆上去.③可以将上部轴力更多地传递给框架柱,同时使弦杆正负最大弯矩之比缩小,使桁架受力更为合理,而且下弦杆竖向位移减小,这说明随着上、中弦杆刚度增加,共同工作作用增强.1.2单跨迭层空腹桁架算例4见图2(a),仅调节弦杆节间跨度,将端节间从6m调到5m,而中间节间跨度从6m调到7m,称这种结构形式为不等节间迭层空腹桁架,其它参数同算例1.算例5见图2(b),将端节间跨度调到4m,中间节间跨度调到8m,其它参数同.算例4和算例5计算结果也见表1.从算例4和算例5可知:1)对于承受均布荷载的单跨迭层空腹桁架,靠近支座处腹杆加密的桁架与腹杆均匀布置的桁架对比,前者可降低下弦杆的弯矩、轴力值,即受力更为合理.2)随着边跨减小,中跨增大,弦杆的最大弯矩、剪力位置向跨中转移,支座处弯矩、剪力反而不是最大.同时,弦杆最大正负弯矩绝对值之比减小,内力分布较为均匀,但下弦杆跨中位移增大.2计算结果图2由前述算例可知,对于承受均布荷载的单跨迭层空腹桁架,靠近支座处腹杆加密的桁架与腹杆均匀布置的桁架对比,前者可降低下弦杆的弯矩、轴力值,即受力更为合理.而对于主要承受跨中集中力的连续迭层空腹桁架,是否存在同样的结论,还需进行计算.算例6如图3所示,为一等节间迭层连续空腹桁架,上、中弦杆截面为0.25m×0.6m,所有腹杆截面均为0.3m×0.6m,下弦截面为0.3m×0.8m,集中荷载P=1500kN,其余尺寸如图3所示.算例7调整节间间距,将靠近集中荷载作用处的竖腹杆都向集中荷载处移动0.5m,其余参数均不变.内力计算结果见表2.通过对算例6、算例7静力计算分析,得出如下结论:承受跨中集中力的连续跨迭层空腹桁架,其受力性能与均布荷载的简支单跨迭层空腹桁架有较大不同,其整体受力性能与连续梁相似.1)上、下弦杆轴力跨中最大,逐步向支座递减.上、下弦杆也受有剪力,上弦杆剪力在跨中靠近集中力作用处较大,而支座处较小;下弦杆则相反,跨中较小,支座处较大.上、下弦杆弯矩明显地表现出连续梁的受力特征,即下弦杆跨中弯矩大,支座处小,上弦杆支座处弯矩大,跨中小.2)竖向腹杆中,边跨端支座上腹杆存在较大剪力,其余腹杆剪力较小.集中力作用处下的腹杆和支座处的腹杆存在较大轴力,其余腹杆轴力较小.因此,上述两处腹杆的截面应加大或配置型钢.3)对比算例6和算例7的计算结果,腹杆均匀布置与不均匀布置时,下弦杆弯矩变化较少,但竖腹杆轴力算例6比算例7大,尤其是集中荷载作用处的竖腹杆的轴力大很多,究其原因,算例7的竖腹杆更靠近集中力作用处布置,能更好地分散集中力,更能发挥作用.3大空间楼盖转换结构山东省世界贸易中心二期工程,是一栋集办公、娱乐、大型会展中心于一体的综合建筑,由美国曹康建筑设计事务所提供建筑方案.该建筑地下2层,地上8层.在第6层设置一无柱大空间会展中心,平面尺寸为31.0m×27.3m.六层大空间以上2层(第7、8层)为普通办公写字间,屋面设计为露天网球场.该建筑采用框架结构,按常规需在六层楼盖设置转换结构.如设置转换梁,在这样大的跨度下,传统的一次转换梁方案转换梁截面高度近3m左右,是建筑设计等方面所不能接受的.设计人员提出了充分考虑大空间上部七、八2层框架结构作为一个整体空腹桁架,来实现上部结构的整体转换,并在六层大空间楼盖转换梁(相当于整体转换空腹桁架的下弦杆)中采用预应力技术,以保证整体转换结构正常使用极限状态要求.两端支座节点及从支座算起的第1根竖腹杆与下弦杆相连接的节点承受较大剪力,因此在这些节点的水平和竖向杆件中部分采用钢骨砼,以增强节点和各杆端的抗剪抗弯能力.最后成功地实现了整体转换结构体系的设计,实现了转换结构下部的较大空间,而且转换层也实现了一定的较大空间,较好地保证了建筑净空并使建筑设计布置灵活.4采用迭层空腹桁架代替转换大模型1)钢筋混凝土迭层空腹桁架作为结构转换层具有很大的刚度,不但能很好满足建筑上对空间及穿越管道设备的要求,还能降低梁上柱的纵向位移,降低截面弯矩.同时它相当于在框架中设置一个水平加强层,可降低水平荷载作用下结构顶点位移.2)迭层空腹桁架的工作机制是由多根截面较大的弦杆共同承担上部竖向荷载的工作机制,采用迭层空腹桁架代替转换大梁的方案是可行的,这样可降低单根转换大梁上所承托的荷载,起到二道设防的作用,同时可避免