桁架結構精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的桁架結構主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：桁架結構范文

關鍵詞：桁架結構；支座形式；承載力

桁架結構桿件受力形態簡單，以單向壓拉為主，通過對桁架各桿件的合理布置，可以調整結構的內力分布，使得桁架結構具有較大的承載能力以及剛度。因此桁架結構被廣泛運用于大跨度廠房以及體育館等建筑工程中。本文通過有限元模擬不同支座形式下的桁架結構的承載能力，所得結論可為建筑工程屋架的相關設計提供參考依據。

1 計算模型

某鋼桁架結構總跨度20m，桁架最高點為5m，桁架節點均采用外徑為16cm，內徑為10cm的圓形鋼管焊接而成，本例采用的單元為beam189單元，對于材料屬性的結構參數以鋼材定義，其中彈性模量定義為180Gpa，泊松比為0.28，材料密度為7850kg/m3。定義好材料屬性以后，建立桁架的三維模型，所建立的模型有限元如圖1所示，對模型加載自重作用，并在底梁的每個節點施加豎向向下的300 kN的荷載。

2 不同支座的桁架應力影響分析

對有限元模型進行支座約束，本例采用簡支支座處理以及固定端支座處梁兩種方式對桁架結構的端節點進行約束。

根據圖2可以看出，雖然在兩種支座形式下結構的應力分布均呈現出對稱分布，但是各個桿件的分布形式相差較大，在簡支支座中，應力最大值出現在上弦桿處，為67.9Mpa，應力最小值出現在斜腹桿處，最小值為0.1127Mpa，下弦桿所承受的應力在上弦桿與腹桿之間。

當支座形式為固定支座時，應力最大值出現在仍出現在上弦桿處，其應力最大值與簡支梁相差不大，為62.2Mpa，而應力最小值則出現在下弦桿與斜腹桿的焊接節點上，最小值為0.012Mpa，說明固定支座在一定程度上使得下弦桿所受到的應力變小了，斜腹桿所受應力任然較小。

3 不同支座的桁架變形影響分析

根據圖2可以看出，支座形式的不同對桁架結構的變形產生了較大的影響。由于支座形式以及約束形式分布對稱，因此兩種支座形式下的變形是對稱分布的。在兩種不同的結構形式下，其位移最小值均出現在桁架結構的左端點處，由于支點約束均未出現位移，簡支支座的位移最大值出現在下弦桿處，位移值為2.38cm，固定支座的位移值出現在下弦桿與斜腹桿的焊接點處，位移值為1.61cm，整體上看，簡支支座的斜腹桿變形較大，而上弦桿變形較小，而固定支座的斜腹桿變形較小而上弦桿變形較大。

4 結語

通過對不同支座形式的桁架結構的應力變形的比較分析，可以發現當支座形式為簡支支座的時候，桁架結構應力極值與固定支座的應力極值相差不多，但是下弦桿承受的應力要遠大于固定支座時；而桁架結構在簡支支座時的位移極值也遠大于在固定支座的時候。因此當桁架結構采用固定支座時，會具有較大的承載能力。

參考文獻

第2篇：桁架結構范文

關鍵詞:大跨度;鋼管桁架結構;屋蓋結構;探析

前言

空間鋼管桁架結構體系是大跨空間結構中的一個重要成員。鄭州大學新校區 體育 館由三組環向桁架、三組徑向桁架和三組撐桿為主要構件組成,外環、外部徑向桁架與中環構成結構的主要受力骨架,通過封閉外環的設計,使其形成一個受拉的環箍,限制了外部徑向桁架滑動支座端的徑向位移,從而減小了整個結構的豎向撓度,在此滿足規范要求的同時,使結構用鋼量達到最佳 經濟 指標。該屋蓋平面的水平投影為軸對稱的花瓣形,在半徑約7m和15m及處設置三道封閉的環桁架,沿徑向設置24道空間桁架,并以環桁架為分界沿圓周方向錯開布置,徑向桁架被劃分為外、中、內三部分。整個結構外觀簡潔,輕逸,受力合理,傳力直觀,整體性能好。對它進行探索有助于了解結構性能,指導設計施工,并為類似結構的應用提供依據。

1. 管桁架結構概述

近年來,鋼管結構不僅在海洋工程、橋梁工程中得到了廣泛應用,而且在 工業 及民用建筑中的應用日益廣泛,鋼管結構在我國建筑結構中的應用也越來越多,如寶鋼三期工程中采用方管桁架,吉林滑冰練習館、哈爾濱冰雪展覽館、上海“東方明珠”電視塔和長春南嶺萬人體育館均采用方鋼管作為主要結構構件,廣州體育館屋蓋采用了方鋼管和圓鋼管,上海虹口體育場采用圓鋼管作為屋面承力體系,成都雙流機場屋蓋采用了圓鋼管作為主要受力構件。在公共建筑領域,鋼管結構中獨特的結構形式層出不窮,如悉尼水上運動中心,美國迦登格羅芙水晶教堂;單層大空間建筑領域,除了在超級市場、貨棧和倉庫中繼續廣泛應用外,還出現了一些超大型結構,如新加坡章楦機場機庫,大阪國際機場候機廳;另外還有輕型大跨結構,如人行天橋和起重機結構;其他特殊用途的結構,如天線桅桿和航天發射架等。2001年建成的建筑面積7250的北京植物園展覽溫室是國內首次采用相貫節點的曲線鋼管桁架結構。鋼結構用材為16Mn,鋼管最大規格為299mmx12mm,鋼結構總噸位720t。上海體育館的膜結構屋蓋主要由鋼管相貫而成的32榀桁架、環梁組成,呈南北對稱的馬鞍形狀,最大跨度288.4m,標高31.74-70.54m,主桁架最大鋼管直徑508mm,采用直接焊接K型節點。最長的懸挑梁74.162m,材料采用英鋼50D。南京國際展覽中心的二層展廳是一個長243m、寬75m的無柱大空間,屋面呈弧形,南北兩端主入口各有15m懸挑,西側又有14m懸挑。采用的是鋼管拱架、檁架的結構方案。

2. 鋼管桁架結構的形式及特點

2.1 管桁架的分類:根據受力特性和桿件布置不同,可分為平面管桁結構和空間管桁結構。平面管桁結構的上弦、下弦和腹桿都在同一平面內,結構平面外剛度較差,一般需要通過側向支撐保證結構的側向穩定。在現有管桁結構的工程中,多采用Warren桁架和Pratt桁架形式,Warren桁架一般是最經濟的布置,與Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半數量的腹桿與節點,且腹桿下料長度統一,這樣可極大地節約材料與加工工時。Vierendeel桁架主要應用于建筑功能或使用功能不容許布置支撐斜桿時的情況。

2.2 連接件的截面形式常用的桿件截面形式為圓形、矩形、方形等,按連接構件的不同截面可分為以下幾種桁架形式:

C-C型桁架:即弦桿和腹桿均為圓管相貫的桁架結構;

R-R型桁架:即弦桿和腹桿均為方鋼管或矩形管相貫的桁架結構;

R-C型桁架:即矩形截面弦桿與圓形截面腹桿直接相貫焊接的桁架結構。

2.3 桁架的外形

從桁架外形(即從弦桿類型來分)方面可分為:直線型與曲線型管桁結構。隨著社會對美學要求的不斷提高,為了滿足空間造型的多樣性,管桁結構多做成各種曲線形狀,豐富結構的立體效果。當設計曲線型管桁結構時,有時為了降低加工成本,桿件仍然加工成直桿,由折線近似代替曲線。如果要求較高,可以采用彎管機將鋼管彎成曲管,這樣建筑效果更好。

2.4 管桁架的優點

鋼管結構因其具有優美的外觀、合理的受力特點以及優越的經濟性,在 現代 工業廠房、倉庫、體育館、展覽館、會場、航站樓、車站及辦公樓、商住樓、賓館等建筑中得到了廣泛的應用,如上海體育場、上海科技城、首都機場新航站樓、廣州新白云及長航站樓、廣州國際會展中心、上海新國際博覽中心、南京國際會展中心、南京奧林匹克體育場、江蘇省南通市體育會展中心等大型工程中均采用了鋼管結構。工程實際表明,鋼管結構既可以很好地滿足建筑要求,又能夠使結構達到安全、適用、經濟等性能指標,符合鋼結構的最新設計觀念。

鋼管截面具有一系列獨特的優越性能,主要有以下幾個方面:

①圓管和方管的管壁一般較薄,截面回轉半徑較大,故抗壓和抗扭性能好。對稱截面形式使得截面慣性矩對各軸相同,有利于單一桿件的穩定設計。截面的閉合提高了抗扭剛度,對板件局部穩定性而言,閉合截面也優于有懸挑板件的開口截面。在許多場合下,建筑師也愿意利用鋼管外觀簡潔的特點表達其建筑意圖。

②在截面積相同的型鋼中,鋼管外表面積最小,這就使得鋼管與大氣的接觸面積最小,加之鋼管往往會兩端封閉,內部不會生銹,這就大大減少了防腐防火涂層的材料消耗和涂裝工作量。而且鋼管結構較易于清刷、油漆,故維護更為方便。

③鋼管截面的流體動力特性好。承受風力或水流等荷載作用時,荷載對鋼管結構的作用效應比其它截面形式結構的效應要低得多。

④鋼管加工便利。隨著多維數控切割技術的 發展 ,鋼管的相貫線切割已經不再是難題,國內許多鋼結構加工廠家已經掌握了這項技術。

結語:利用空間鋼管桁架作為屋蓋結構具有很多優點,不僅滿足了本 體育 館大跨度的要求,而且作為一種結構體系,它符合了大跨空間結構的發展需要,營造了美學與力學的完美結合的設計理念。此類結構形式得到了廣泛的工程實踐應用,具有強勁的發展勢頭。

參考文獻

第3篇：桁架結構范文

關鍵詞：混合鋼結構；管桁架；索網；初始態；找形；有限元；SAP 2000；3D3S

中圖分類號：TU311.4；TP319；TB115文獻標志碼：A

Computation and analysis on hybrid steel structure of tubular truss-cable net

LUO Xiaoqun, WANG Zhongquan, ZHANG Qilin

(College of Civil Eng., Tongji Univ., Shanghai 200092, China)

Abstract：To implement the form-finding better for hybrid structure of tubular truss-cable net, two different methods of initial status form-finding analysis are used in software SAP 2000 and 3D3S to compare the effect on the results. The nonlinear finite element method is used in SAP 2000, and a method mixed with force density method and finite element method is used in 3D3S. The initial status, load and dynamics analysis are carried out. The results of the two methods are compared which show that both methods have little error and are all feasible simplified computing methods.

Key words：hybrid steel structure; tubular truss; cable net; initial status; form-finding; finite element; SAP 2000; 3D3S

0引言

索網結構和管桁架結構在建筑結構工程中被廣泛應用.前者是典型的柔性結構，通常由徑向和緯向的張拉索構件編織成連續的網狀結構，其形狀與索構件中的預張力密切相關，索內復雜的預張力關系決定并維持索網穩定的構型.相比較而言，空間管桁架結構剛性較大，可以作為索網結構邊緣支承，承擔索網結構端部拉力.

索網結構設計的1個關鍵步驟是找形，即找到1個合理的索網構型以及與該構型相匹配的預張力狀態.找形的結果由索網結構的控制邊界形狀以及索的預張力水平確定.對于相同的索網拓撲形狀，不同的預張力水平將導致不同的預張力構型，并導致支承管桁架結構中不同的初始預張力分布.

索網結構的找形方法很多，比如力密度法[1]、動力松弛法[2]和有限單元法[3].本文采用SAP 2000和3D3S兩套通用分析軟件，完成管桁架―索網結構的找形、動力分析和載荷態分析，比較兩套軟件分析結果的異同.

1分析的基本原理

1.13D3S軟件的找形原理

對于管桁架―索網結構，3D3S軟件采用力密度法與索梁體系近似協調有限元方法完成結構的找形.首先，將支承的管桁架結構作為邊界，對索網結構進行力密度找形.

圖1所示為節點k連接Mk根索構件，對該節點建立平衡方程[4，5]∑Mkj=1xkX1-xk′X1Ljj=

將索網結構中所有內節點按式（1）組裝，得到力密度矩陣方程[P(qj)]N×N｛X｝N=｛B(qj)｝N(2)式中：X表示未知索網結構內節點坐標向量；B為由力密度qj確定的系數矩陣，P是由邊界節點坐標和連接在支承結構的索構件力密度確定的N×N階的矩陣.

完成索網結構找形后，可以針對管桁架結構完成索梁體系的近似位移協調原則找形[6].根據近似位移協調原則直接在給定的初始狀態幾何上，將索網結構對支承結構的支座反力反向施加給管桁架結構，由此得到的結構內力分布就是管桁架結構的自平衡預應力分布.該過程可以采用線性有限單元法很方便地實現.按近似位移協調原則求出的預應力分布在給定的初始狀態幾何位置上是嚴格平衡的，這種平衡建立在零狀態和初狀態幾何差異為零的基礎上.

1.2SAP 2000軟件的找形原理

SAP 2000是通用有限元分析軟件，需要采用合適的模擬方法將管桁架―索網結構作為一個整體進行找形分析.

由于索網結構的柔性，一般的有限元分析將索節點考慮為機構，因此導致計算失敗.在SAP 2000中，可以用修正截面屬性的框架單元模擬索，將框架單元繞2軸和繞3軸的慣性矩設為極小值，使得單元的抗彎剛度極小[7].

SAP 2000軟件的非線性分析包括材料非線性、幾何非線性、邊界條件和限制等.對于管桁架―索網結構的找形分析，需要用到幾何非線性的P-Δ和大變形分析[8，9].

2工程分析

如圖2所示的鋼結構由1個空間曲線桁架拱連接的兩片風帆狀的雙向交叉網格管桁架結構組成.兩片雙曲單層索網結構連接在拱及網格桁架的邊緣構件上.圖2（a）表示結構軸測圖，圖2（b）顯示桁架拱、風帆管桁架邊緣構件以及索網結構.結構的總高

2.1初始態分析

設計預拉力：橫向索80 kN，縱向索160 kN.

SAP 2000軟件通過給索施加初應變來模擬預張力.由于鋼結構殼體與索網共同作用，各索段的預拉力并不均勻，通過調整初應變值，使同一走向的所有索段初始預拉力的平均值等于設計預拉力.

3D3S軟件采用力密度法對索網體系找形，并將索網對帆體鋼結構的作用反向施加到鋼結構上，對帆體鋼結構進行索梁體系初始態找形.

從初始態找形的管桁架―索網構型來比較(見圖3和4)，SAP 2000和3D3S二軟件計算位移變形規律相同.

從初始態找形的管桁架―索網構型比較預張力分布，采用SAP 2000軟件找形，初始態索力分布基本均勻，如圖5（a）所示緯向最小索力45.4 kN，徑向最大索力266.4 kN.3D3S采用力密度法完成索網結構找形，可以保證索網內初始索拉力分布比較均勻，如圖5（b）所示模型緯向最小索力77.9 kN，徑向最大索力163.8 kN.

SAP 2000采用通用有限元非線性迭代模擬找形過程，3D3S采用經典的力密度法完成找形過程.二者的計算結果均符合結構本身的結構特征和規律.3D3S的找形方法更能保證索網內的索力及預張力的分布均勻，因而從模型預張力分布及形狀控制上均優于SAP 2000.

2.2動力分析

2.3結構載荷態分析

結構載荷態分析考慮管桁架恒載0.8 kN/m2，索網玻璃幕墻恒載0.6 kN/m2，活載0.5 kN/m2.載荷效應組合為1.2恒載+1.4活載.在初始態分析結果基礎上，采用非線性有限元完成分析.

圖7顯示SAP 2000和3D3S軟件計算的位移云圖.表3為SAP 2000和3D3S軟件計算的控制點位移比較，位移相符；表4為二軟件的索力極值，考慮初始態的差異，在載荷態中承擔的索力大致相同.

3結論

采用不同的軟件，選取不同的找形方法對管桁架―索網結構進行初始態找形，并分析結構的動力特性和載荷態受力分析.由于兩種方法與施工實際符合程度的不同，初始態找形的結果稍有差異，并影響到其后的結構內力數值大小；從結構的特性分析，兩種軟件的分析結果是可行有效的.

參考文獻：

[1]SHECK H J, The force density method for form-finding and computation of general networks[J]. Computer Methods in Applied Mechanics & Eng, 1974(3): 135-149.

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[3]BLETZINGER K U, RAMM E. A general finite element approach to the form-finding of tensile structures by the updated reference strategy[J]. International J Space Structures, 1999, 14(2): 131-145.

[4]ESTRADA G G, BUNGARTZ H J, MOHRDIECK C. Numerical form-finding of tensegrity structures[J]. International J Solids & Structures, 2006, 43(22-23): 6 855-6 868.

[5]MOLLAERT M. The form-finding of mixed structures[C] // NOOSHIN H. Third International Conference on Space Structures. London: Routledge, 1990.

[6]張其林. 索和膜結構[M]. 上海: 同濟大學出版社, 2002.

[7]中國建筑標準設計研究院. SAP 2000中文版使用指南[K]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[8]WILSON E L. 結構靜力與動力分析[M]. 北京金土木軟件技術有限公司，中國建筑標準設計研究院，譯. 北京: 中國建筑工業出版社, 2006.

第4篇：桁架結構范文

近年來，大跨度結構不僅在體育建筑中得到了廣泛應用，而且在各種商用建筑(如超級市場、貨棧和倉庫)中的應用日益廣泛，大跨度結構在我國建筑結構中的應用也越來越多，如我局在武昌火車站改擴建工程中總長度為245?8m西站房，在蘇州火車站無站臺柱雨棚屋面及主站房和高架候車室屋面均采用了縱橫鋼桁架結構體系，除了在這些領域繼續廣泛應用外，還出現了一些超大型結構，如新加坡章楦機場機庫，大阪國際機場候機廳；另外還有輕型大跨結構，如人行天橋和起重機結構；其他特殊用途的結構，如天線桅桿和航天發射架等。在這些工程中，平面桁架系網架能夠展示其結構的優美造型，流暢的線條，更易于實現設計師對建筑藝術的追求，得到了人們的青睞。但在施工過程中往往由于結構跨度大，導致施工難度大，因此對方案的設計及施工要求也越來越高。現對一些施工中的方法作如下淺述：

2施工方法的選擇

大跨度空間結構的施工安裝基本上兩大類，即高空拼裝和地面拼裝后起吊。高空拼裝即解決如何在高空有效施工的問題，而后一種則強調應采用的機具和工藝。

傳統大跨度結構的施工方法一般有：高空散裝法、分條或分塊安裝法、高空滑移法、整體吊裝法、整體提升法、整體頂升法等。而現代大跨度結構因為體型復雜，且大量使用新材料、新技術，傳統安裝方法往往不能順利完成任務，有時甚至無法完成任務。通過大量的工程實踐，國內外涌現出許多具有創新性的施工技術，如高空曲線滑移技術、網殼結構折疊展開式整體提升技術、滑架法施工技術等。現代大跨度結構的安裝方法往往是幾種基本方法的巧妙組合或者再創造。同時由于機械設備、計算理論和計算機技術的快速發展，為大跨度結構安裝方法的創新提供了有力支持，使得大跨度安裝的方式更趨于多元化。

3桿件的選擇

3.1桿件材料選擇：

桁架多采用的鋼材為Q235和Q345，截面形式主要有圓管、單角鋼、雙角鋼、H型鋼、方管等。目前國內應用最廣泛的是圓鋼管和雙角鋼桿件。

3.2桿件截面要求：

（1）在施工時要對桿件的截面進行有效選擇，圓鋼不宜小于48mm×3mm，角鋼不宜小于L45mm×3mm或L56mm×36mm×3mm，

（2）在選擇截面時，應避免最大截面弦桿與最小截面腹桿同交于一個節點

（3）桁架結構所選截面規格不宜太多，以方便加工與安裝

（4）桿件宜選用壁厚較薄的截面，以便獲得較大的回轉半徑，有利于壓桿穩定

（5）選用市場常供的鋼型號

（6）考慮桿件材料負公差的影響，宜留有適當余地

4 節點的設計與構造

4.1節點設計的要求：

安全可靠，傳力明確簡潔；構造簡單，制作方便，安裝方便；用鋼量少，造價低；構造合理，使各節點的受力狀態符合設計計算假定，以免產生附加的偏心力矩。

4.2節點的連接形式：

（1）一是螺栓連接：即在屋面梁上翼緣或支座上直接開圓孔，桁架端部連接板上橢圓孔，一般采用M16的普通螺栓連接；二是焊接連接：即桁架端部連接板直接坐落在屋面梁上翼緣或支座上，采用人工現場焊接，采用四面圍焊，焊縫高度一般為8mm。

（2）焊接連接：

結構構件對接焊縫按要求，為全熔透焊縫，應達到2級焊縫要求。現場焊接采用手工電弧焊，焊工持證并具有多年檢驗，現場要對焊工進行針對性培訓、交底，焊機、焊條烘箱、砂輪磨光機、碳弧氣刨要配備充足。

焊接前：應烘焙焊條，并將坡口內，外壁15―20mm范圍內仔細清理。除去油、銹、污物，檢查坡口角度、鈍邊、間隙是否符合，該桁架采用腹桿與弦桿直接焊接的相貫節點，弦桿截面貫通，腹桿焊接于弦桿之上，主管與支管連接呈T、Y、K等相貫節點形式，支管端為馬鞍形曲線，該曲線及坡口在廠內由數控多軸自動馬鞍形曲線管子切割機一次完成。

焊接時，擺動幅度要小，并根據工藝評定文件要求，進行多道、多層焊接，嚴格清除焊道與焊層的焊渣、夾渣、氧化物。

同一條焊縫應連續施焊一次完成，不能一次完成的，應預熱后再施焊。焊接時，采用對稱焊接，變形大的部位先焊，焊接順序不能集中，在節點間間隔跳開焊接。每個節點采用對稱分布施焊，嚴格控制層間溫度。平衡熱量減少變形，如桁架三個拼接點，由中間向兩端施焊，先同時施焊至弦桿，再焊接桿、斜桿，將結構焊接變形及焊后殘余應力降至最低。

設計要求的二級焊縫和相貫節點全熔透焊縫，進行超聲波探傷檢驗，對不符合要求的，根據缺陷的位置、深度，用砂輪打磨或碳弧氣刨清除缺陷，有裂紋時，先在裂紋兩端鉆裂孔，并清除裂紋兩端各50mm長的母材。焊接修補的預熱溫度比同條件焊接預熱高25°―50°C，返修焊接部位要一次完成。同一部位，焊補不超過2次。返工后應再次進行探傷試驗，確認合格。

（3）螺栓連接：

永久螺栓的螺栓頭和螺母的下面應放置平墊圈，螺母下的墊圈不宜多余2個，螺栓頭下的墊圈不宜少于1個；螺栓頭與螺母應與結構構件的表面及墊圈密貼；對于傾斜面的螺栓連接，應采用斜墊片墊平，使螺母和螺栓的頭部支承面垂直與螺桿，避免緊固螺栓時螺桿收到彎曲力；永久螺栓與錨固螺栓應根據施工圖紙中的設計規定，采用有放松裝置的螺母或彈簧墊圈；使用的螺栓等級和材質應符合施工圖紙的要求。

（4）螺栓球節點：

螺栓球連接由螺栓、鋼球、螺釘（或銷子）、套筒和錐頭（或封板）等零件組成。它具有節點適應性強，標準化程度高，安裝運輸方便等特點。它有利于桁架的的標準化設計和工業化生產，提高了工作效率，還可以與多根桿件相連，節點沒有偏心，受力良好。它的缺點就是構造復雜，機械加工量大。在工程中得到了廣泛的應用。

5吊裝構件

5.1整體提升：

對于大跨度的桁架結構，由于其構件大，重量大，在吊裝時通常考慮的是雙機抬吊法，在施工過程中，要對桁架兩側進行加固，否則可能會由于在轉動就位時產生側向的水平彎矩，因而導致構件的側向失穩。如果采用單機跨中整體吊裝法施工，由于應用了平衡梁，在該桁架中多處垂直受力，從而避免了桁架中產生水平應力的趨向，因此可以省去許多的加固措施。

5.2整體頂升

與整體提升不同頂升是將起重設備直接放在桁架的支座下面，起重設備一般采用大噸位的千斤頂。這種吊裝方法通常適用于四點或六點支承桁架，在頂升過程中每根柱子都集中了很大的荷載，因此為了安全起見，施工的額定負荷能力需乘以折減系數。由于它可以把屋面板、檁條、吊頂以及通風、電氣設備提前裝好，因而也減少了很多施工費用，也得到了很多的應用。

6涂裝施工及抗震設計：

6.1涂裝規范：

為貫徹和執行國家安全生產的方針政策和法規，保障建筑涂裝施工作業安全，防止施工作業事故發生，在涂裝施工時必須遵守《中華人民共和國安全生產法》、《建設工程安全生產管理條例》、《建筑涂飾工程施工及驗收規程》（JGJ/T29 - 2003）和《涂裝作業安全規程 安全管理通則》（GB7691 - 2003）等有關法律法規，結合國家建設部的行業標準《建筑涂飾工程施工及驗收規程》（JGJ/T29 - 2003）和國家標準《涂裝作業安全規程 安全管理通則》（GB7691 - 2003）。

在完成結構的基本拼裝后，對鋼管上損壞的涂裝層和焊接接頭處，采用打磨機，除銹至st3級，再進行涂裝防銹漆。涂裝完成后，使用測厚儀檢查，并目視手摸檢查，顏色、外觀（表面平整，無明顯凹陷，粘結牢固，無粉化松散、乳突）要符合規范要求。

6.2抗震設計：

空間結構由于其自重輕、剛度好，所以受到的震害要小于其他類型的結構，但從其他國家和地區的經驗來看，有幾點是必須注意的：

（1） 要特別注意支承部分的設計和施工，相當多的地震是由于支座螺栓或地基的失效造成的

（2） 保持屋蓋吊頂和懸吊物的抗震性，避免其塌落而影響整個桁架結構的使用。

第5篇：桁架結構范文

關鍵詞：ANSYS；空間桁架結構；優化設計

中圖分類號：U 652.7文獻標識碼：A文章編號：1673-0992（2011）1-0388-01

正文：

桁架結構中的桁架是指桁架梁，是格構化的一種梁式結構。空間桁架結構有著造價低、自重輕以及施工簡單的優點，因此在航空航天、車輛、橋梁建設等各種工程領域都得到了廣泛的應用。拓撲優化方法主要包括離散體的拓撲優化和連續體的拓撲優化兩種重要的方法，當前空間桁架結構的拓撲優化方法主要采用離散體的拓撲優化方法，也就是說在已經存在的桿件的結構基礎上確定桿件的存在與否。

一、ANSYS拓撲優化的建模研究

ANSYS軟件是以有限元分析為基礎的大型商用CAE軟件，它是是結合熱、流體、電磁于一體的大型通用有限元分析軟件，能夠為用戶提供自動完成循環功能。ANSYS APDL編程語言簡單，非常具有人性化，是機械機構優化的最優方案。ANSYS軟件一般可以分為前處理模塊、分析處理模塊和后處理模塊三個重要的方面，具有強大的實體建模、結構分析、網絡劃分以及后處理圖形等基本功能。

ANSYS拓撲優化功能可以用于求的最優機構，從而能夠獲得最大剛性、最大自斟頻率和最小體積，能夠更大限度的滿足桁架結構的優化。拓撲優化的基本原理是在滿足結構體積減小量的條件下從而使得結構的柔度極小化。在這里，極小化的結構柔度實際就是要求機構的剛度最大化，優化過程是通過自動改變設計的變量，即單元偽密度（η）來實現的。在單元的偽密度中，η=0的材料為可以刪除的部分，單元偽密碼η=1的材料為保留的部分。

基于ANSYS的空間桁架結構的拓撲優化功能，模型中主要包括以下幾種單元類型：二維平面單元PLANE2和PLANE82，可以用于平面應力或者抽對稱問題；三位塊單位SOLID92和SOLID95以及殼單元SHELL93.基于ANSYS的空間桁架結構的優化中，ANSYS程序只對單元類型編號等于1的單元網格進行拓撲優化，對于單元類型編號≥2的單元網格部分不進行拓撲優化，所以說，在ANSYS下劃分模型網絡的時候，必須確保拓撲優化區域的單元類型編號為1.ANSYS優化模型根據與其連接部分機構尺寸條件建立，臂架結構頂部采用鋼板結構焊接的形式，我們可以把它確定為非優化的區域，板厚可以設置為二十毫米，優化區域是有3個空間三維連接體的結構構成。

二、基于APDL開發的拓撲優化程序

基于SIMP插值和優化準則發的變密度法拓撲優化程序在計算方法上采用了有線單元的方法，通過優化區域離散后每個單元對應的彈性模量左右優化變量，通過優化準則來不斷調成機構中單元彈性模量，從而有效地改變結構總體剛度矩陣，最終達到了尋找滿足約束條件的最優解的目的。基于APDL開發的變密度法拓撲優化程序充分利用ANSYS軟件強大的前后處理功能，通過內嵌優化準則來實現結構優化。拓撲優化程序一般情況下有三個重要部分組成：優化模型的建立、優化計算以及優化結果的顯示。

空間桁架結構優化模型的建立主要是借助于ANSYS強大的前處理功能。借此構建幾何模型，采用精細網絡對優化模型進行相應的離散，進而施加相應的載荷和邊界條件，并可以通過對單元設定不同的屬性來區分優化域和非優化域。通過ANSYS的前處理功能，基于變密度法的連續體機構拓撲優化中主要通過更改單元的彈性模量來世先優化變量對結構的影響，因而在優化模型建立的時候，需要對單元的彈性模量預期對應的優化變量之間建立相互對應的內在關系。其中，機構優化單元的彈性模量與優化變量之間是通過命令來實現的：*DO,i,1,n,1

MPDATA,EX,I,,(x(i，1) * * p* delte)

*ENDDO

在上邊這個命令公式中，n指的是優化域中單元的數目，x(i，1)指的是第i個單元對應的優化變量，p指的是基于SIMP插值的懲罰因子，delte指的是彈性模量差值。

拓撲優化程序的第二個重要部分組成是結構優化計算。基于體積約束的機構應變能最小化的的連續體結構拓撲優化中，優化計算內容主要是單元靈敏度的計算、基于優化準則法的變量更新模式和為減少網絡依賴性采用的單元靈敏度過濾的計算三方面。單元彈性模量修改后的應變能力可以通過ANSYS后處理的單元表來讀取，最后并存放于數組energy中。基于APDL開發的拓撲優化程序的第三個組成部分就是結構的優化結果顯示。對于優化結果的處理我們可以充分利用ANSYS后處理的強大功能，對密度較小的單位進行過濾。

三、基于ANSYS拓撲優化及結果

ANSYS程序提供了一個專門的拓撲函數VOLUME，它不僅可以作為目標函數，同時也可以作為約束條件。ANSYS程序提供了優化準則法和連續凸函數尋優法兩種拓撲優化方法。優化準則法只能適用于以體積作為約束條件的問題，連續凸函數可以用于所有目標函數和約束問題的組合問題。ANSYS在進行拓撲優化的時候，沒有能夠考慮桿件的細長比例，所以說為了美觀和滿足桿的長細比例，可以在優化結果的調整時增加或者更改桿的位置。

同時，ANSYS在進行了多種工況加權求和的時候，加權關系可以用自己預定定義的數組，也可以取加權系數均為工況總數的倒數。在得到的拓撲優化結果的基礎之上，桁架結構再利用APDL命令進一步提取和輸出節點坐標，得出各個節桿的節距，能夠實現在滿足一定強度條件下桿的截面尺寸優化。

本文將先進的結構拓撲優化思想和成熟的有限元分析軟件ANSYS有機結合起來，基于ANSYS中開發語言APDL編制結構拓撲優化程序，充分利用ANSYS的強大的處理能力，促進了ANSYS軟件在空間桁架結構優化設計。在空間桁架結構的拓撲優化設計中，利用ANSYS軟件的拓撲優化功能，實現了空間桁架的最優拓撲結構。通過ANSYS軟件的餓拓撲優化分析，在滿足強度條件的基礎上，確定了空間桁架的節距，為空間桁架桿件的尺寸優化提出了最理想和最優化的設計。

參考文獻：

[1]姜冬菊，張子明. 桁架結構拓撲和布局優化發展綜述【J】.水利水電科技進展，2006年第26期

第6篇：桁架結構范文

[關鍵詞]大跨度 巨型桁架 整體提升 提升平臺設計 下吊點設置

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：

1 引言

集群千斤頂液壓整體提升技術是近年來在我國施工行業逐步發展起來的新興的大型構件整體安裝技術，多采用“鋼絞線懸掛承重、液壓提升千斤頂集群、計算機控制同步”的方法。該技術已成功地應用到國內影響較大的代表性、標志性工程當中。由于該技術的巨大提升能力及優越性能，因而受到工程界的廣泛關注，并被建設部列為重點推廣的建筑業施工新技術。這種新穎的起重技術在長距離、大噸位提升方面的特點和優越性，是傳統的卷揚機鋼絲繩滑輪組起重技術不能比擬的。

2 工程概況

上海張江集電港綜合展覽中心地下1層，地上五層，建筑高度23.1米，為外框鋼框架支撐+屋面大跨度巨型鋼桁架結構，見圖1。屋面大跨度巨型鋼桁架主要包括南北方向3榀，分布在8軸、10軸、12軸，間距16.80m，桁架跨度58.8m，高度10.139m，上弦桿表面標高為23.139m。3榀大跨度巨型桁架支承在周邊鋼框架柱上（截面口1500x1500x40x40），支座為抗震球形鋼支座。3榀巨型桁架及之間的連梁重1750t。

圖1 結構剖面圖

3 工程特點及難點

結合該工程大跨度、巨型桁架的特點，通過對各種施工方案對比分析，選用整體提升進行施工。施工難點主要包括以下幾個方面：

① 通過對整個提升體的提升過程驗算，周圍鋼框架結構存在超應力桿件需臨時加固；② 大跨度屋蓋結構為全焊接連接，桿件截面大，板件厚，焊接工作量大；③ 巨型桁架跨度58.8m，高10.643m，跨度大，高度高，安裝難；④ 巨型桁架地面組裝過程中應考慮預起拱，根據設計要求，桁架下弦起拱高度最大值40mm；⑤ 工程體量較大，施工工期非常緊，如何在合同工期保質保量的完成工程的施工，是本工程的重點之一；⑥桁架采用整體提升，同步控制是重點。

4 方案優點

整體提升目前已廣泛適用于現代鋼結構施工中，其優點有：①主要的拼裝、焊接及油漆等工作在拼裝胎架上進行，施工效率高，施工質量易于保證；②提升單元上的附屬次結構件可在地面安裝或帶上，可最大限度地減少高空吊裝工作量，縮短安裝施工周期；③采用“液壓同步提升施工技術”吊裝屋面鋼結構，技術成熟，有大量類似工程成功經驗可供借鑒，吊裝過程的安全性有保證；④液壓提升設備設施體積、重量較小，機動能力強，倒運和安裝方便；⑤提升上吊點等臨時結構利用巨型桁架預裝段和鋼框架結構設置，加之液壓同步提升動荷載極小的優點，可以使提升臨時設施用量降至最小。

5整體提升施工工藝

5.1提升吊點設置

屋蓋鋼結構單元主要由3榀巨型桁架及連梁組成，桁架兩端支承在框架柱GJZ07頂端。由于框架柱GJZ07與周圍鋼框架聯系在一起形成穩定的受力體系，因此提升吊點利用框架柱GJZ07頂部桁架上弦桿先裝段設置，見圖2。提升吊點設置位置的后方用臨時斜向拉桿與下一層框架立柱連接，起到平衡提升附加彎矩的作用，使得提升附加彎矩由整個鋼框架共同承擔。

圖2 提升吊點布置

5.2、提升平臺設計

提升平臺的設置非常關鍵，直接影響到結構提升的質量和安全。本項目利用巨型桁架上弦桿先裝段，對其兩側局部上翼緣加寬，并設置豎向加勁板，形成對稱布置的兩個提升臨時牛腿為提升平臺。上弦桿內部對應位置用鋼板加固。液壓提升器安裝在臨時牛腿上，提升專用鋼絞線通過牛腿上翼緣開孔穿過，見圖3。

5.3、提升下吊點設置

與上吊點提升平臺的設計方法一樣，在巨型桁架下弦桿靠近下翼緣的位置設置臨時牛腿結構，與上吊點中心線對應。提升下吊點專用地錨結構安裝在臨時牛腿結構下表面。專用鋼絞線連接在液壓提升器和提升地錨之間，兩端分別錨固，用于直接傳遞垂直提升反力。提升下吊點設置型式如圖4所示：

圖3 提升下吊點剖面圖圖4 提升平臺剖面圖

5.4 提升方案設計

本屋面大跨度桁架結構采用整體提升施工方案，提升高度19.03m，根據工況所需鋼結構提升過程中做3次空中停留，具體步驟如下：

第一步：巨型桁架及之間結構在設計安裝位置正下方、地下室底板胎架上散件拼裝成整體提升單元；同時安裝提升專用平臺及在其上安裝液壓同步提升系統設備；

第二步：在與上吊點垂直對應的巨型桁架下弦桿上設置提升用下吊點，并對下吊點附近進行局部加固處理；并安裝鋼絞線將提升平臺上的液壓提升設備與對應下吊點連接。

第三步：液壓提升系統預加載，整體提升屋面鋼結構單元離開拼裝胎架200mm高度，空中停留、觀測約12小時；

第四步：在確保提升系統設備、臨時設施（提升平臺、下吊點及加固措施）及永久結構（框架結構、屋面提升單元）等安全的情況下，繼續同步提升屋面鋼結構單元見圖5；

第五步：屋面桁架單元提升至設計標高附近，對其空中姿態進行微調，再進行巨型桁架各層弦桿對口、焊接；

第六步：安裝巨型桁架兩端斜腹桿后裝段，使巨型桁架結構與兩側已安裝巨型桁架分段形成整體穩定受力體系；

第七步：液壓提升系統同步卸載作業，至鋼絞線完全松弛，使屋面鋼結構單元自身重量轉移到巨型桁架兩端支座上；

圖5桁架提升過程中

5.5分級加載

通過試提升過程中對桁架結構、提升設施、提升設備系統的觀察和監測，確認符合模擬工況計算和設計條件，保證提升過程的安全。初始提升時各吊點提升器伸缸壓力應緩慢分級增加，最初加壓為所需壓力的40%， 60%，80%，90%，在一切都穩定的情況下，加到100%，即桁架試提升離開拼裝胎架。在分級加載過程中，每一步分級加載完畢，暫停并檢查上吊點平臺（牛腿、斜拉桿）、下吊點等加載前后的變形情況，以及鋼框架柱的穩定性等情況。待一切正常，繼續下一步分級加載。

當分級加載至桁架即將離開拼裝胎架時，可能存在各點不同時離地的情況，此時應降低提升速度，并密切觀查各點離地情況，必要時做“單點動”提升，確保桁架離地平穩，各點同步。

6液壓提升系統配置

液壓同步提升承重系統主要由液壓提升器、提升地錨和專用鋼絞線組成。結合以往提升經驗及桁架受力特性，在每榀桁架每端均設置2臺提升器，見圖6。本工程中，鋼桁架模擬提升工況計算得出各吊點提升反力最大約為380噸，最小約310噸。據此配備12臺YS-SJ-400規格的液壓提升器，配置4臺YS-PP-60型液壓泵源系統，南北兩面各2臺。

圖6 液壓提升器

7計算機同步控制

為確保鋼桁架結構及周圍框架結構提升過程的安全，采用“吊點油壓均衡，結構姿態調整，位移同步控制，分級卸載就位”的同步提升和卸載落位控制策略，具體操作如下：12個同步提升吊點處均設置一套位移同步傳感器，計算機控制系統根據這12套傳感器的位移檢測信號及其差值，構成“傳感器－計算機－泵源比例閥－液壓提升器－鋼桁架結構”閉環系統，控制整個提升過程的同步性。每一吊點處的液壓提升器并聯，使這些吊點以恒定的載荷力向上提升，保證桁架整個提升過程的同步性。

8 結論

1）本工程的整體提升充分利用了周圍鋼框架柱結構設置提升平臺，安全可靠，并利于施工成本的控制；

2）對于提升下吊點等重要構件要進行有限元局部應力驗算，保證傳力合理，變形可控，為是否進行局部加固或擴大應力范圍提供依據；

3）根據本工程構件大、跨度大的特點，采用集群千斤頂液壓整體提升技術施工，安全、高效，比原定工期縮短20天，并確保了工程質量，同時為此類大跨度桁架屋蓋結構的施工提供了一定的參考。

參考文獻

第7篇：桁架結構范文

【關鍵詞】高層建筑；桁架導軌式爬架；施工工藝應用

【 abstract 】 truss guide rail type climb frame referred to climb frame, improve the appearance of the scaffold high-rise building scaffold outside the construction technology level, it solved the console scaffolding cost is high, pick the scaffold and hang the scaffold can't lift, hanging basket to not to be used for construction project construction. This paper mainly discusses the application of it in the project.

【 key words 】 high-rise buildings; Truss guide rail type climb frame; Construction technology application

中圖分類號：TU97文獻標識碼：A 文章編號：

引言

安全是建筑施工中人們長期關注的焦點，它不但關系到操作人員的生命安全，而且也是施工企業管理水平的體現。建筑外防護架在選擇時不但要考慮到上述兩個方面的影響，而且在經濟上也應是切實可行的。本文以一個高層住宅建筑工程項目為實例，就此類項目的結構期間外架進行了認真的分析和研究，介紹爬架的升降原理，較為詳細的介紹了爬架安裝、拆除及施工工藝。某住宅樓地下2層，地上30層，總高90.9 m。該工程在進行充分論證后，決定采用桁架導軌式爬架作為工程的外防護架。

爬架是高層建筑外架工程的成套施工設備，它只需搭設一定高度（一般3至4層樓層高）便可滿足施工要求。它在每個提升點（機位）處設置了足夠強度和剛度的豎向主框架，在架體底部設置了底部承力桁架，以承受和傳遞豎向和水平荷載，確保了架體的整體性；它獨創了導軌、導輪機構，有效地解決了防傾覆問題, 保證了架體升降平穩；獨創的防墜落控制系統，不論何種原因產生動力失效時, 均能迅速將架體鎖定在固定的防墜桿上。由于有三組懸梁同建筑結構（三層）之間有連接, 抗風載能力強。爬架主要由架體、導桿、撐腳、斜拉鋼索及提升裝置等組成。架體為框架結構，導桿安裝于外墻面與架體之間撐腳的一端與架體相連，另一端支撐于架體下方的樓板梁外緣處，斜拉鋼索連接在架體與樓板梁之間，多個外墻爬架互相排列在建筑物外周即可作為腳手架使用。該爬架不但安全穩定性好，提升操縱簡單，施工效率高，特別體現了綜合效果與利益上，與別的腳手架相比，具有明顯的優勢和降低施工本錢的效果。

1、桁架導軌式爬架簡介

1.1爬升原理

在建筑結構四周分布爬升機構，附著裝置安裝于結構剪力墻或能承受荷載的梁上，架體利用導軌通過導輪攀附安裝于附著裝置外側，提升葫蘆固定安裝于主框架之懸梁上隨爬架一并升降，提升葫蘆下掛鉤鉤于提升鋼絲繩上并吃力預緊，提升鋼絲繩的另一端通過固定在主框架上的繩輪固定在最低部附著懸梁上，這樣，可以實現架體依靠導輪組沿導軌的上下相對運動，從而實現導軌式爬架的升降運動。

1.2性能指標（見表1.1）

1.3性能特點

同一附著點多層多點附墻；

具備防外傾及導向功能；

具備防止墜落裝置；

具備豎向主框架及水平承力框架；

爬架一次性安裝，操作簡便，材料成本低。

2、桁架導軌式爬架安裝

2.1安裝流程

擺放提升機位底座、安裝主框架Ⅰ搭接主框架Ⅱ、2-4步腳手架及張掛外排密目安全網安裝第二懸梁、導輪及垂直拉筋隨結構接高主框架3、搭設腳手架、鋪設中間層或臨時腳手板安裝第三懸梁、導輪及垂直拉筋與建筑結構做臨時架體拉接、張掛外排密目安全網鋪設底層安全網及腳手板、制做翻板主框架、架體及單排架搭設至設計高度、鋪設頂層腳手板、擋腳板張掛外排密目安全網至架頂安裝提升鋼絲繩擺放電控柜、分布電纜線、安裝電動葫蘆、接線、調試電器系統預緊電動葫蘆、檢查驗收、同步提升一層安裝全部完畢，進入提升循環

2.2爬架安裝平臺搭設

根據本工程具體情況：在1層開始搭設平臺；平臺由原防護架改造而成，如原防護架寬度不足，外側搭設挑架。平臺操作面分別位于2層頂板下返L=600mm。平臺上鋪設腳手板。（見圖2.1）

圖2.1爬架平臺安裝示意圖

2.3提升機位擺放

將主框架I擺放于平臺，應于建筑結構垂直，偏差±10mm；其立桿中心與預埋兩孔中心偏差±10mm、其離墻距離偏差±20mm。

2.4豎向主框架安裝

按照爬架立面設計高度和選用的主框架單元節進行組裝，主框架單元節點連接方式均為法蘭式。

2.5水平桁架安裝

水平桁架構件包括中間框架、橫桿、斜桿、立桿。中間框架為焊接剛性框架，橫桿、斜桿為6.3#槽鋼或48鋼管桿件。水平桁架單元跨模數為0.9m、1.2m、1.5m、1.8m。（見圖2.2）

圖2.2水平桁架安裝示意圖

2.6附著支承結構的安裝

2.6.1穿墻螺栓及懸梁

檢測預埋孔位置正確后，安裝穿墻螺栓。墻體內側安裝墊板，預緊雙螺母或梯形螺紋單螺母；墻體外側安裝懸梁，懸梁中心線與導軌及預埋孔中心線對齊，水平偏差≤50mm。懸梁和墊板必須貼實墻體后，方可擰緊穿墻螺栓、螺母。墻厚變薄三角螺紋穿墻螺栓螺紋長度不夠時，在墻體內側一端加裝墊板、套管。穿墻螺栓禁止漏裝、虛裝；后墊板墊實結構；螺母必須擰緊，禁止松動（三角螺紋螺母為雙螺母）。

2.6.2斜拉鋼絲繩的安裝

非剪力墻部位時每根懸梁加一組斜拉鋼絲繩（每機位三組），拉于懸梁的軸上，并用M24花籃螺栓擰緊。

2.6.3繩卡的安裝

繩卡安裝方向一致，U形螺栓壓在短繩端，繩卡間距為120—150毫米。繩卡螺母應擰緊，鋼絲繩第一次承力后必須再擰緊一次。

2.7導輪的安裝

每套爬升機構共安裝三個導輪，每個懸梁一個。

導輪安裝要求：按實際情況利用腰形孔用二個直徑20插銷進行按裝；禁止耷頭、偏移、扭曲，水平偏差±5mm。

2.8提升上吊點的安裝

每套爬升機構安裝一套提升上吊點。提升上吊點安裝于主框架懸梁上，受力軸線與主框架同合。

2.9附著構件安裝

到位后調整附著構件與導輪位置最短將（上升時最上兩組懸梁下降時最下兩組懸梁位。

第8篇：桁架結構范文

關鍵詞：豎向Push-ove，鋼桁架，轉換層

中圖分類號：

Vertical Static Elasto-Plastic Analysis of a high-rise building containing a steel truss transfer floor

YE Xiaogang

.Ningbo Urban Construction Design and Research Institute,Ningbo 315012Abstract:Abstract:A FEA model was established for a large-span steel truss transfer floor. Through the Vertical Push-over analysis, the mechanical behavior of the steel truss transfer floor subject to vertical loading was disclosed. The load pattern of a simulated vertical load was investigated and compared with the model test results. It shows that the vertical load pattern of a steel truss can be imitated by the first-order vibration modes; the results of the Vertical Push-over analysis coincides with the model test..

Keywords: Vertical Push-over; transfer story structure;steel struss

中圖分類號:F121.3文獻標識碼：A文章編號

1 前 言

Push-over分析方法是對結構施加能近似反映地震動對結構作用的單調增長的水平荷載，逐步進行彈塑性分析，直到結構達到目標位移或形成倒塌機制狀態。迄今為止，有關Push-over分析方法的研究成果是求解結構在水平地震作用下的彈塑性反應，本文基于Push-over分析方法的基本思想，將其推廣應用于帶轉換層結構的豎向彈塑性地震反應分析。為此，需要解決兩個主要問題：（1）模擬豎向地震作用的荷載分布模式；（2）豎向Push-over分析方法與豎向靜力試驗一致性的比較。

2.1 模擬豎向地震作用的荷載分布模式

帶轉換層結構的豎向Push-over分析的關鍵在于選擇一種合適的豎向力分布模式，以便使Push-over分析的結果能夠最大限度地體現結構在實際地震作用下的內力和變形的分布。一般所選擇的荷載模式要能夠體現和包絡設計地震作用下結構上慣性力的分布。當結構處于彈性反應階段，地震慣性力的分布主要受地震頻譜特性和結構動力特性的影響，而當結構進入非線性反應階段以后，慣性力的分布形式還將隨著非線性變形的程度和地震的時間過程而發生變化。已有的研究成果表明[1] [2]，對于受高階振型影響較弱，而在不變荷載形式作用下可產生唯一屈服機制的結構，一般可以假定結構的地震力分布模式在地震反應過程中保持不變，分析得到的結構最大變形和預期的設計地震中的最大變形相差不大。對于帶大跨鋼桁架轉換層的結構，通過前面的研究可以得出，其豎向地震反應以一階振型為主，因而可以取豎向一階振型作為模擬豎向地震荷載的分布模式。

2.2 構件塑性鉸特性計算

塑性鉸特性是用構件的恢復力模型來描述的。恢復力是結構或構件在外荷載除去后恢復原來形狀的能力，恢復力特性曲線表明結構和構件在受擾產生變形時，企圖恢復原來狀態的抗力與變形的關系。為了簡化計算，常將曲線形狀的恢復力特性曲線用分段直線來代替。經過多年的試驗和理論研究，國內、外學者已經提出了許多種恢復力計算模型。一般應用較廣且計算較簡便的有：（1）雙線型（包括不退化雙線型、退化雙線型、Clough模型）；（2）三線型（包括武藤清模型、D-TRI模型）。D-TRI模型（Degrading Tri-Linear）考慮了剛度退化，能較好地描述鋼筋（鋼骨）混凝土構件受力全過程。

圖1 D-TRI恢復力模型

某大樓A座，主要包括三種類型的構件，一種為處于三層的型鋼混凝土轉換梁，一種為處于十層轉換鋼桁架構件，一種為普通的鋼筋混凝土構件。對于鋼桁架構件，考慮到桿件長度比較大，桿件主要以承受拉壓軸力為主，其承受彎矩可以忽略，因而一般采用軸力塑性鉸（Axial P Hinge）表示鋼桁架桿件的恢復力特性。恢復力骨架線控制點主要依賴于構件的單軸力學性能，因而根據鋼材料本構關系和構件的截面屬性很容易計算確定骨架線中各承載力參數。采用如圖1所示的D-TRI恢復力模型計算混凝土構件和型鋼混凝土梁的彈塑性受力性能，其具體計算方法見文獻[3]。

3 方法驗證

對鋼桁架轉換層結構進行Push-over分析，并將分析結果與豎向荷載試驗得到的試驗結果對比，以檢驗Push-over分析方法用于鋼桁架轉換層結構中的可行性。

4.1 試驗模型介紹

豎向靜力試驗模型為一個1:7.5的縮尺模型，具有兩榀鋼桁架的轉換層結構，模型中的梁、柱截面的具體構造見圖2所示。

圖 2 鋼桁架轉換層結構豎向荷載試驗模型

4.2Push-over分析采用的計算模型

為保證Push-over計算模型和豎向靜力試驗模型的相似性，考慮以下幾點：

（1）梁、柱單元均采用桿元模型，認為桿件豎向塑性變形全部集中于預先設定的“可能塑性鉸”，其余部分只有彈性變形；

（2）在進行框架抗震設計時，必須遵循“強柱弱梁、更強節點”的設計原則，所以認為轉換鋼桁架及混凝土框架的節點不發生破壞；

（3）桿元的可能壓彎、彎曲塑性鉸均假定出現在距桿端0.05L和0.95L位置，軸壓、剪切塑性鉸假定出現在0.5L位置；

（4）豎向靜力試驗時，施加豎向荷載的裝置會約束柱頂轉動，所以計算模型需約束頂層框架柱柱頂的轉動自由度；

（5）不考慮鋼筋發生的粘結破壞和滑移；不考慮箍筋存在對截面延性的影響；

（6）考慮二次矩影響，即考慮“P-Δ”效應；

第9篇：桁架結構范文

關鍵詞：管桁架；焊縫缺陷；質量管理

中圖分類號：U671.84 文獻標識碼：A

1 工程概況

赤峰體育中心二期工程是2014年第十三屆運動會的主場館，屋面鋼結構工程由場館的鋼桁架棚架以及體育館頂的網架結構組成。建筑主體由一系列輻射式鋼桁架圍繞坐席區旋轉而成，空間結構科學簡潔，建筑和結構完整統一，設計新穎，結構獨特，為國內外特有建筑。場館設計宛如一條哈達飄落，高低起伏變化的外觀緩和了建筑的體量感，并賦予了民族特點和具有震撼力的形體，桁架棚架圍繞著體育場和體育館，將兩個場館連在一起，由11個獨立桁架區組成，84模塊（一榀或兩榀桁架為一個模塊），每個區桁架坐落在標高約為6m的混凝土柱上（或頂板上），桁架為平面懸挑桁架。懸挑部分最長達到31m左右，懸挑榀桁架重量在3.3t～30.9 t之間。

2 本工程鋼結構焊接特點

本工程主結構鋼結構的焊接工作量大部分在工廠內完成，鋼結構現場焊接主要為拼裝焊接，連接方式全部采用焊接連接，所以在焊接上有三大特點：

（1）焊縫形式多：①鋼管對接；②相貫線焊縫；

（2）焊接量大：桁架由11個獨立桁架區組成，共84個模塊，每個模塊焊縫約 162條。

（3））焊接質量要求要高：構件拼接（接長）、直縫焊接鋼管、支座節點、管桁架節點、坡口等強焊縫均為全熔透一級焊縫，超聲波100%檢測。

（4）因直接相貫節點焊縫是一條三維空間曲線，又因現場焊時所在位置的多樣性，對于其焊縫的焊接，并不等同于普通構件的單一焊接方式，它是一種在同一焊縫上要同時經歷平焊、立焊甚至仰焊和府焊的幾種焊接方式組合的混合體，這無疑就對焊接操做者提出了更高的要求。

3 管桁架相貫線節點焊縫質量缺陷分析

一個焊接產品從備料到制造完成整個生產過程，要經過許多生產環節，只要有一個環節出問題，就可能出現各類缺陷，因而影響焊接質量，根據目前現場管桁架焊縫質量檢查，桁架腹桿相貫線節點焊縫因其復雜性和特殊性，全過程只要稍稍控制不嚴，更容易產生焊接缺陷，相貫線節點焊接過程中常見的缺陷大致分為兩大類，即外部缺陷和內部缺陷。外部缺陷是可用肉眼觀察到或可用無損檢測方法檢測到的焊縫外部缺陷，包括焊縫形狀、尺寸、焊接接頭外部成型方面的缺陷。內部缺陷指焊縫和焊接接頭內部的工藝缺陷。

3.1 外部缺陷的類型及特點

3.1.1 外形及尺寸不良缺陷

（1）由于本工程桁架采取工廠預拼裝，散件運輸、現場拼裝、現場分段吊裝的施工方案進行拼裝，現場拼裝的焊縫寬度大小在很大程度上影響焊縫的質量。

（2）缺少培訓，無相貫線相應焊接經驗。現場對八名全位置焊工進行現場模擬考試，發現有四名焊工的焊縫存在不同程度的缺陷，特別是在相貫線焊接部位。因直接相貫節點焊縫是一條三維空間曲線，又因現場焊時所在位置的多樣性，八名焊工雖然經過培訓，取得了合格證，但現場相貫線焊接的操作難度比培訓時要大得多，真正符合實際條件的技能培訓不夠，這是影響實際焊接質量的重要原因。

（3）焊工起弧、收弧、填弧施焊方法不當。焊接過程中，由于不設置引弧板、收弧板，直接在母材上引弧和收弧，隨意焊接，會造成電弧擦傷母材，在引弧或收弧周圍產生弧坑、裂紋、未熔合、夾渣、氣孔等缺陷，構件焊接完畢，引弧板和收弧板應采用氣割切除或機械切割的方法除掉，割除后將邊緣修磨平整，嚴禁用錘擊掉。通過專家組對焊工焊接過程中的方法觀察，5名專門焊工中有3名施焊手法及施焊方法不完全正確。

（4）未執行多層多道焊工藝。本工程的管壁厚在10mm-25mm之間，雖然不是厚管，但也應該執行多層多道焊，不能一次焊滿，但通過檢查現場不能很好的執行。

3.1.2 坡口缺陷。坡口缺陷主要是坡口的角度、間隙、鈍邊不符合要求及沿長度方向高度、寬度發生變化，以及坡口表面有深的切痕，龜裂或有熔渣、銹等污物，此類缺陷更容易發生在具有復雜相貫線的直接相貫節點焊縫中。

3.1.3 咬邊。沿著焊縫與母材交界部位燒熔形成凹陷或溝槽的現象，稱之為咬邊。由于焊縫與母材交界處被熔去一定深度，而填充金屬又未能及時補充，即形成咬邊，焊接時電流過大且焊速高時，以及焊條角度不當時，都可能產生這種缺陷。

3.2 內部缺陷的類型及特點內部缺陷發生在焊縫內部和母材熱影響區中，主要以未焊透、未熔合、夾渣、表面氣孔等形式表現出來。

（1）未焊透。熔焊時，焊接接頭根部未完全焊透的現象，稱為未焊透。未焊透意味著焊接接頭受力截面減少，嚴重影響焊接接頭強度，而且，它是應力最容易集中的地方。在鋼管相貫節點焊縫中，是不允許有未焊透缺陷存在的。這種缺陷無法用肉眼發現，一般要經X 光、超聲波等探傷才能發現。形成未焊透的主要原因，是焊接電流太小，焊速過高或坡口角度太小，鈍邊太厚以及焊條直徑過大等。

（2）未熔合。熔焊時，焊道與母材之間或焊道與焊道之間，未能完全熔化的部分稱為未熔合。熔池金屬在電弧力作用下被排向尾部而形成溝槽，當電弧向前移動時，溝槽中又填以熔池金屬，如果這時槽壁處的液態金屬層已凝固，填入的熔池金屬的熱量又不能使之再次熔化，就形成未熔合。另外，當焊件坡口表面沒有很好地清除氧化膜、油污等，或者焊接時該處流入熔渣，妨礙了金屬間的熔合，或由于運條手法不當，電弧偏在坡口一邊等，都會造成邊緣未熔合。

（3）夾渣。焊接時，電流過小，焊速過快，致使焊縫金屬冷卻太快，夾渣來不及浮出；運條不正確，熔渣不易浮出，多層焊時前層焊縫的熔渣未清除干凈等都能造成夾渣。

（4）表面氣孔。表面氣孔指的是焊接物的表面存在氣孔。產生這種現象的主要原因是：第一，焊條或者焊劑潮濕；第二，在焊接物體中的金屬與材料的坡口中殘留的油、水、污漬沒有處理干凈。第三，在焊接中的電弧過長，熔池的面積過大；第四，在焊接中使用的焊接電流過大，而焊條本身所具有的保護作用被大大的削弱。

4 鋼結構焊接的質量管理

針對本項目鋼結構工程焊接質量的缺陷，根據現場實際情況，我們采取了如下措施，最終使管桁架焊縫的焊接質量得到了保證。

4.1 做好鋼結構工程設計交底及圖紙會審

鋼結構設計交底及圖紙會審時， 除施工圖紙上出現的“錯、漏、碰、缺”具體問題外， 根據鋼結構有關標準規范的規定， 施工圖中應明確以下內容： 1） 應明確設計使用年限、安全等級。2） 應明確規定結構件使用鋼材和焊接材料的類型和焊縫質量等級， 有特殊要求時， 應標明無損探傷的類別和抽查的百分比。3） 應標明鋼材和焊接材料的品種、性能及相應的國家現行標準， 并應對焊接方法、焊縫坡口形式和尺寸、焊后熱處理要求等做出明確規定， 并標注工廠制作或廠地安裝焊縫符號。

4.2 現場管理嚴把質量關

鋼材、焊條等材料出廠質量證明書等資料必須齊全，堅持鋼材、焊條在現場見證取樣制度，對不符合設計質量要求的材料嚴禁使用。堅持檢查焊工合格證及其施焊認可范圍、有效期。對現場不按工藝要求施工的人員堅決給予辭退。

4.3 控制好出廠構配件成形質量，加強現場管桁架拼裝質量

相貫節點因為支管的數量、角度、尺寸的不同使得各支管端部的相貫線成為形態各異的三維曲線，因而相貫線的加工要求高的切割精度和焊接技術。 加強構配件進場質量控制，對進場構配件應做認真檢查，確保所有桿件均按施工圖控制尺寸，采用正確的加工工藝和拼裝方法，嚴格控制累計偏差值。拼裝過程中相貫線各桿件的力線應匯交于節點中心，并完全處于自由狀態，不允許有外力強制固定。組裝構件控制基準、中心線應明確表示，并與平臺基準線相一致，必須保證定對中心線、水平度、以及端面垂直度，拼裝支承的平面應保證其水平度， 并應符合支承的強度要求，在安裝桁架的組裝全過程中，一般不得對構件進行修正、切割或捶擊等，確保管桁架的現場拼裝質量。

4.4 對焊工進行針對性的培訓

直接相貫節點焊縫部位根據主管與支管的夾角不同，分為趾部區、側部區、跟部區和過渡區。直接相貫節點焊縫可以采用全焊透對接焊縫及對接與角接組合焊縫；開坡口的部分焊透對接焊縫及對接與角接組合焊縫；也可全部采用角焊縫焊接，針對相貫線焊縫，項目部聘請專家對這部分內容給予講課、現場指導。

4.5 加強技術交流，做好樣板引路

選用技術高負責任的焊工做榜樣，教學施工，聘請專家現場進行指導。要求施焊前做樣板，樣板驗收合格后方可進行施工，加強班前交底及焊前檢查，所有焊縫必須經焊工班長檢查合格方可進行下到焊縫的施工。

4.6 加強標準意識，完善工藝

一個產品沒有標準就沒有質量可言。對于焊接工程而言，主要指的是焊接的材料使用標準、存放管理標準以及工藝標準等等。標準化的數據管理可以選拔優秀的人才，并且激勵工人在生產施工中時刻以標準作為準則和依據。

5 結語

通過對赤峰體育中心二期工程的工程實例，對管桁架鋼結構缺陷類型及防治措施有了初步的了解，但根據每個工程實際情況不同，可能有其它的缺陷類型，但總的來說，不管什么類型，它們總是在一定的內因或外因的條件下形成。內因是指選材不當、設計不當、制造不良等，外因主要指外界荷載、溫度、氣候等工作條件的變化以及操作工藝和操作過程的適當與否等。為免除或盡量減少焊接缺陷的產生，我們首先應在充分了解母材及所用焊條的材料性能的基礎上，再根據現場情況進行正確匹配設計和工藝設計，嚴格按照國家有關規范、規程的要求進行焊接操作，以生產出優良的焊接產品。

參考文獻