网架-混凝土混合空间结构建模分析及存在的问题

于岩磊

(中国建筑西北设计研究院有限公司,西安 710018)

摘 要: 网架-混凝土混合空间结构建模分析有两种方法,一种是分离式,即网架和下部支承结构分开建模;一种是整体式,即网架和下部支承结构协同建模。首先指出已有结构建模分析方法存在的问题,提出基于全设计指标的建模分析概念,给出两种建模方式,在评价全设计指标满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》的前提下,进行构件配筋设计。

关键词: 网架;混合结构;协同分析;全设计指标

常规建筑结构层概念相对比较明确,人居于层与层的空间内进行生活、工作、学习等活动。随着人类文明的发展,人类活动内容越来越丰富,对建筑物也提出了开阔大空间的使用要求,如体育馆、风雨操场、游泳馆、艺术馆、展览馆、博物馆等,于是衍生出一种屋盖为空间网格结构,下部支承结构为混凝土结构的混合结构体系[1]。此类建筑物体型多变,层概念不明确,常出现大开洞、层间板、层间梁、斜梁、斜板或跃层柱等构件,甚至有的结构楼层只有梁构件,而无楼板。

GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》[2]第3.4.3.1条对层概念清晰明确的建筑结构给出了建筑形体和构件布置规则性评判的具体指标,包括层位移比、层刚度比、层抗剪承载力比等,本意是为了保障楼层之间的人类安全。而对于大跨屋盖结构规则性判断,在第3.4.3.2条中指明应符合GB 50011—2010有关章节的规定,而在后续章节内容中又并未对该类结构规则性判断提出更明确的指标或统计办法,比如,常规建筑结构层位移比计算时,有两个基本假定,第一个是采用规定水平力进行计算,而规定水平力等于各楼层剪力差的绝对值,若层概念不清晰,则无法准确获取楼层剪力,第二个是刚性楼板假定,对于斜板或无板时,程序无法满足刚性板假定的计算条件。所以,目前工程设计中,对于此类建筑物规则性判断只能在参照常规结构评判方式的前提下灵活处理,对此类混合结构进行建模分析,也一直是工程设计领域的热点和难点。

文献[3]中某工程下部为5个单体混凝土框架剪力墙结构(均为4层),5个单体之间距离在77~120 m,此范围上方采用网架连成一体,采用MIDAS/Gen软件建立单体模型和整体模型,单体模型包括网架模型和下部5个单体结构模型,网架模型中采用固定铰支座模拟平板压力支座,对比分析了支承结构的层位移、层剪力及剪重比,上部网架的振型及杆件应力比,得出结论是下部结构可采用单体模型建模计算,上部网架不可单独建模分析。文献[4]采用拟夹层板理论来建立网架等效模型,用SAP 2000软件建模分析了结构周期、柱内力、柱顶位移、柱底弯矩等内容,等代换算时假设上弦层、腹杆层、下弦层杆件分别为一种规格截面,而实际工程中,网架杆件种类繁多,对其等效刚度进行繁琐的计算,无疑是设计师不希望面对的问题。文献[5]采用100 mm高钢短柱模拟网架平板支座,钢短柱截面尺寸根据平板支座侧移刚度来换算,建立ANSYS整体模型,分析了周期、层位移、柱内力等内容。文献[6]模拟70 m跨的加油站,采用时程分析法,考虑多维多点的地震输入,分别建立整体模型和不考虑下部支承作用的网架模型,网架模型中采用固定铰支座,得出网架不能单独建模分析的结论。文献[7]采用YJK软件、MIDAS/Gen软件分别建立网架和下部支承结构的单体模型和整体模型,在下部结构简化模型中采用钢梁加1 mm厚薄钢板模拟网架,在整体模型中采用100 mm高刚性杆模拟网架支座,刚性杆上端铰接,下端固接,对比了周期、层剪力、柱内力等内容,结果表明:钢梁加1 mm厚薄钢板模拟网架,对下部混凝土结构而言,是偏于保守的;当网架跨度较小且下部混凝土支承刚度较大时,进行下部混凝土结构设计时可采用钢梁模拟网架。文献[8]将下部支承结构对网架的支承作用简化为弹簧和附加质量,采用Newmark算法对某40 m跨K8型单层球面网壳结构进行动力时程分析,得出不同支座刚度下的网壳杆件内力情况。文献[9]采用STAAD软件对75.2 m跨的网架与下部混凝土框架结构进行地震反应谱、动力时程和温度作用分析,整体建模时采用1 m长的钢柱模拟橡胶板式支座,分析内容包括网架节点位移、杆件内力和网架用钢量等。文献[10]对某大跨体育馆(屋盖为多跨连续平板网架,最大跨度60.8 m),采用MIDAS/Gen软件建立3种模拟,分别是网架模型、用刚性板模拟网架的混凝土结构简化模型和网架与下部结构整体模型,在整体模型中,采用钢短柱模拟橡胶板式支座和球铰支座,对周期、网架竖向变形、网架支座内力和网架杆件内力进行了对比分析,得出结论是:在合理考虑下部支承结构及支座刚度之后,网架可单独建模分析;用刚性板简化的下部结构和整体建模的混合结构两者周期相差较大(超过40%),简化模型的整体刚度较大。文献[11]对某48 m跨的单体结构,采用MIDAS/Gen软件建立网架与混凝土整体模型,采用弹性连接模拟网架支座节点,研究了周期、支座反力、层位移和层位移角等内容。文献[12]对某屋盖网架分别按刚性板、全开洞和弹性膜进行简化建模,采用SAP 2000软件建立简化模型和整体模型,对比了周期、振型、基底剪力、倾覆弯矩、柱顶位移、柱内剪力等内容,得出结论:采用刚性板、全开洞的简化分析,会导致部分混凝土构件偏不安全;网架单独建模时,将网架两端设为固定铰或简支形式,会导致支座附近杆件内力偏不安全;刚性板简化模型整体刚度偏大,总体水平地震作用偏大,柱分配的剪力与弹性板假定的计算结果差异较大。文献[13]采用PMSAP软件和ANSYS软件将网架简化为刚性板、钢梁,对比了模态参数、柱顶位移、柱底弯矩和剪力、层位移角、位移比等内容,研究认为刚性板模型计算刚度偏大,钢梁等代模型误差较小,具有一定的可行性。

在诸多已有文献中,采用的分析软件总体可分为两类,一类是工程设计类软件,如PKPM系列、YJK等,此类软件特点是采用层概念建模,可以完成相关规范要求的所有设计内容,如设计指标的评判、抗震系数的调整、上部结构的构件设计及基础设计等,另一类是有限元分析软件,包括MIDAS/Gen,SAP 2000,ANSYS,STAAD等,有限元软件的主要用途是复核工程设计软件计算的某项结果,如构件内力及承载力、整体结构振动形态(周期和振型)、地震剪力等内容,对设计标准要求的设计指标却无法予以全面评价估量。已有文献中,也少有从全设计指标的角度来研究如何建立一个可靠准确的分析模型,因此,如何利用工程设计类软件完成这一任务,仍是设计环节的重中之重。

1 存在的问题

以下部支承结构为混凝土框架结构为例,要完成此类混合结构设计的建模分析,需要关注的全设计指标有:周期比、层刚度比、层抗剪承载力比、层间位移角、层位移比(层间位移比)、剪重比、刚重比、弹塑性层间位移角等,在上述指标满足GB 50011—2010规范要求的前提下,再进行构件配筋设计。其中,层刚度比、层抗剪承载力之比关系到薄弱层的判断,而对于薄弱层地震作用的调整系数,无疑又直接关系到构件承载力设计,剪重比是否满足要求也涉及地震作用的调整,层位移比(层间位移比)数值大小则关系是否计算双向地震作用。对于复杂或超大跨等超限结构,上述指标数值又关系到抗震性能化目标的确定。

对于此类混合结构建模分析,常规做法是,先采用分离式建模,即分别建立网架和下部支承结构模型,对网架进行分析时,考虑下部支承结构约束刚度设置网架支座节点的支座形式和约束刚度;对下部支承结构建模时,将网架简化为钢梁或刚性板等,进行设计指标的评判和构件配筋设计。然后,再将网架和下部支承结构组装在一起进行协同建模,复核构件承载力,如网架支座附近混凝土构件的配筋及网架杆件的应力比等。

上述常规做法及前文所述文献的研究,尚存在以下问题:

1)对于混凝土结构,GB 50011—2010[2]规定对于抗震设防烈度为6度不规则建筑和6度以上的所有建筑物均应进行抗震验算,且以水平地震作用为主,只有大跨度、长悬挑、连体结构或9度地区才需进行竖向地震作用计算,而对于网架屋盖结构,GB 50011—2010[2]或JGJ 7—2010《空间网格结构技术规程》[14]规定需进行地震验算的条件如表1所示。

表1 不同设防烈度下网架抗震验算
Table 1 Requirements of seismic checking for space truss under different fortification intensities

地震作用6度7度8度L≤60mL>60m9度竖向地震——√√√水平地震———√√

注:L为跨度,“—”为不考虑地震作用验算。

由表1可见:网架在设防烈度为6度和7度地区无需进行地震作用计算,8度地区跨度小于60 m的网架只需进行竖向地震作用计算,无需进行水平地震作用计算。可见,网架与混凝土结构两者需进行地震作用计算的要求和内容并不同步,此时若采用整体建模并按混凝土结构抗震验算要求所得的网架计算结果与网架单独建模并未考虑地震作用计算(也是满足GB 50011—2010要求的)结果进行对比,得出网架屋盖不能单独建模分析的结论自然是不恰当的,诸如文献[3,9-10]等。

2)进行网架-混凝土框架结构协同建模分析时,主体结构仍属框架结构,此时,规范GB 50011—2010及设计软件主要采用底部剪力法进行水平地震作用计算,该方法将楼层简化为质量块,对楼层侧向刚度采用楼层地震剪力与层间位移之比的计算方法,层刚度比计算式如下[2,15]

(1)

式中:γ1为楼层侧向刚度比;Vi,Vi+1分别为第i层和第i+1层的地震剪力标准值;Δi,Δi+1分别为第i层和第i+1层在地震剪力标准值作用下的层间位移。

屋盖网架结构由上弦杆件层、腹杆杆件层、下弦杆件层组成,其构造方式不同于普通混凝土梁板构件组成的楼层,若将网架单独作为一层进行组装计算,其侧向刚度若仍采用式(1)来计算,其可靠性有待商榷,再者,模型中网架层因没有布置竖向构件其层高设为多高同样模棱两可。此时,整体模型计算结果中与顶层有关的统计结果均“失真”,如层刚度比、层抗剪承载力、层位移比(层间位移比)、层间位移角等。

3)诸多文献中,在网架单独建模分析时,支座约束形式和刚度大小并未真实体现下部支承结构的约束反作用,导致网架分析结果不合理,具体体现在:a.下部支承结构存在悬臂柱时,将网架支座的约束方式设置为周边固定铰支座;b.支座选用滑动支座,支座刚度仅考虑将刚度设为0(或很小的数值)一种情况;c.支座为橡胶支座,支座刚度未考虑橡胶垫板刚度和支承结构刚度的组合刚度,也未考虑橡胶垫板因老化或橡胶垫板无法满足抗滑移要求而退出工作后,支座刚度退化为仅下部支承结构的侧向刚度。实际网架支座无论采用何种构造方式,在考虑下部结构的支承作用之后,该支座均有一定“弹性”属性,“弹性”来源于三种情况:一种是采用橡胶材料的支座,橡胶垫板本身具有的弹性刚度,第二种是支承结构或构件本身具有侧移变形的能力,第三种是可滑动支座与支承结构之间滑移量超过支座预留开孔大小时,支承结构将起到限位约束作用,此时支座刚度不再是0,而变为下部支承构件的侧移刚度。因此,任何支座形式的网架单独建模分析时,支座约束刚度至少要取两种情况进行包络设计。

4)根据《建筑工程设计文件编制深度规定》(2017版)第4.4.10条规定,屋盖钢网架作为专项设计需进行二阶段设计,即施工图设计阶段和加工图设计阶段。在施工图设计阶段,网架与下部支承结构由设计单位完成设计,而钢结构加工图通常由具有钢结构专项设计资质的加工制作单位根据施工图设计条件和要求重新建模,二次深化设计单位并不具备下部支承结构的建模条件,无法完成网架与下部支承结构协同建模来进行网架的补充验算,因此,网架设计仍应以单独建模分析为主,并有效地考虑下部支承结构的约束作用。

2 基于全设计指标的建模分析

本文基于设计分析类软件,探讨网架-混凝土框架结构建模方式,可完成全设计指标评判和构件配筋设计。第一种建模方式:采用一定高度的小立柱来模拟实际网架的支座节点,小立柱杆件属性定义为刚性杆,截面尺寸为100 mm×100 mm,小立柱高度取为网架支座高度与网架平均厚度一半之和。在网架覆盖的范围内,以周边小立柱柱顶节点建立交叉轴网,并沿轴线布置刚性梁,截面尺寸为100 mm×100 mm,在刚性梁范围内布置楼板,当程序自动计算楼板自重时,楼板厚度需按网架实际重量来换算。进行全设计指标评判时,将小立柱和楼板作为一层合并于支承结构顶层中,此时顶层层高变为下部混凝土结构原顶层层高与小立柱高度之和,进行混凝土构件配筋设计时,对该模型与顶层层高为混凝土结构原顶层层高(即不计小立柱高度)的模型两者计算结果取包络设计。

该建模方式参考了网架结构计算方法中的拟板法,即将网架等代为一块平板,两者平面尺寸一致时,面内刚度近似相同。由于网架整体面内刚度相对于框架柱的侧向刚度而言,可视为无穷大,进行全设计指标评价时,楼板属性可设置为分块刚性板,而非全楼强制刚性楼板,进行构件配筋设计时,楼板属性定义方式:大开洞附近楼板设置为弹性膜,其余楼板为分块刚性板。值得一提的是,目前设计分析类软件对斜板强制认定为弹性膜。

第二种建模方式是将网架和混凝土结构协同建模。由于网架屋盖通过支座与顶层混凝土构件连为一体,网架本身的刚度和承载力对支承结构有影响时,应直接体现在顶层混凝土支承构件上,因此,建模分析时,应将网架并入下部支承混凝土结构顶层中,而不应单独作为一个标准层,此时,顶层层高取值变为下部混凝土顶层构件高度与网架平均厚度一半(含支座高度)之和。

对上述混合结构的建模分析尚有以下几个问题需要注意。

2.1 阻尼比的选取

对下部支承结构为混凝土结构进行整体建模分析时,对阻尼比规范给出两种取值方式,第一种是统一阻尼比,网架与下部支承结构整体建模分析时,GB 50011—2010第10.2.8条给出统一阻尼比取值范围为0.025~0.035,取值大小依据下部支承结构的刚度强弱,若下部支承结构刚度较弱时,如支承构件为空旷的悬臂柱时,统一阻尼比可取0.025[16],若下部支承结构刚度较强,如支承结构为多跨的框架或框架剪力墙结构时,统一阻尼比可取0.035,而JGJ 7—2010第4.4.10条给出统一阻尼比为0.03。第二种是振型阻尼比,对每一阶振型,不同构件单元对于振型阻尼比的贡献与单元应变能有关,而不同材料的应变能具有明显差异性,因此需对不同材料的阻尼比予以指定,一般钢构件取0.02,混凝土构件取0.05。理论上,振型阻尼比是一种更为准确的计算方式。需要注意的是,上述阻尼比大小仅适用于多遇地震作用计算。 通常情况下,对于网架与混凝土结构协同建模时,应首选振型阻尼比,其次是统一阻尼比[17]

当下部支承结构为规则结构且上部网架体型较为简单时,可采用简化建模分析而无需进行整体结构的协同建模分析[2],此时采用刚性板或等代钢梁方式对网架进行简化,单独对下部支承结构进行建模分析,此时阻尼比应采用统一阻尼比,取值为0.025~0.035,虽然模型中并无网架参与计算,但模型中的结构却要承担实际存在的网架对整体结构阻尼比的影响,因此若阻尼比仍按混凝土结构取值为0.05,计算地震作用明显偏小,竖向构件配筋结果偏不安全,结果误差可达15%~30%。

2.2 网架侧移刚度计算

第二种建模方式中,由于设计类软件无法计算网架面内刚度,含网架的顶层侧向刚度应取为网架本身面内刚度与混凝土框架构件部分侧移刚度之和,以此结果来进行层刚度比的评判。网架单元侧移刚度计算简图见图1。网架面内刚度计算方法为:以正放四角锥网架为例,取一个网格单元,约束下弦层节点,在上弦层节点水平方向施加单位力,计算上弦层节点的位移,两者之比即为一个网格单元的侧向刚度。计算公式如下:

图1 网架单元侧移刚度计算简图
Fig.1 Calculation diagram of the lateral stiffness of space truss

(2)

式中:I0为等效杆件截面惯性矩。实际工程中可采用网架设计类软件完成上述网架侧向刚度的计算。

2.3 楼层抗剪承载力

由于层抗剪承载力只考虑层间竖向构件贡献,如柱、墙、斜撑等,而不计层内水平构件贡献,如梁、板等。混凝土框架结构楼层抗剪承载力按下式计算[18]

0.16fckbh0/(λ+1.5)+fyvkAsvh0/s+0.056N}

(3)

式中:∑Vc为层间框架柱抗剪承载力之和;Hn为柱净高;分别为柱上下端受弯承载力;fck为混凝土轴心抗拉强度标准值;fyvk为箍筋抗拉强度标准值;N为重力荷载代表值作用下的柱轴向压力;Asv为配置在同一截面内箍筋各肢的截面面积。

网架抗剪承载力计算只考虑斜向杆件的贡献,斜向杆件包括腹杆杆件和不在水平面上的上弦或下弦杆件,按杆件受拉承载力和受压承载力两者取小并投影到竖向方向。由于网架计算时假定杆件两端均为铰接,此时杆件为轴向受力杆件,其承载力计算式为:

V=min{fkAn,φfkA}

(4)

式中:fk为钢材轴心抗拉、抗压强度标准值;An为构件净截面;A为构件毛截面;φ为轴压构件的稳定系数。

2.4 支座刚度的模拟

常用的网架支座形式有平板支座、橡胶支座、球铰支座等,对上述支座形式进行结构全设计指标的评判时,均可采用本文第一种建模方式进行建模。进行协同建模时,对网架支座的模拟应设置与设计相符的单元属性,即按实际支座的刚度大小,设置模型中支座杆件弹簧刚度的数值。

2.5 扭转不规则的评判方法

对空旷的混合结构按常规结构要求进行层位移比及层间位移比的统计和评判意义不大,具体原因在本文引言部分已阐述。因此,本文建议采用结构的整体扭转效应代替楼层扭转效应来评判结构扭转规则性,具体评判方式及指标如下:在非强制刚性楼板假定且考虑扭转耦联的分析结果中,提取振型前两阶平动周期中的扭转系数(该系数在设计类软件的计算结果中可简易查询到),以此来控制结构的整体扭转情况,若前两阶平动周期中的扭转系数不小于0.20时,则属于扭转不规则,此时应考虑双向地震作用,且规定扭转系数不宜大于0.30,不应大于0.40。

3 工程实例

3.1 项目介绍

图2 体育馆效果
Fig.2 Rendering of the gymnasium

a—东西向;b—南北向。
图3 体育馆剖面
Fig.3 Section of the gymnasium

某学校体育馆建筑面积2 200 m2,如图2所示。下部为混凝土框架结构,屋面为钢网架,跨度28.8 m,最大悬挑6.7 m,网格形式采用正方四角锥,屋面排水采用网架结构找坡,网架厚度1.8 m,结构剖面见图3,柱顶标高14.000~16.300 m。抗震设防烈度为7度(0.10g),场地类别II类。网架上弦恒荷载和活荷载均为0.5 kN/m2,网架下弦恒荷载和活荷载均为0.2 kN/m2。温度作用范围为±30°,基本风压0.35 kN/m2。网架支座采用平板压力支座。

3.2 分析模型

模型1,按本文第一种建模方式简化网架,阻尼比采用统一阻尼比取值0.03,模型见图4。模型2,按本文第二种建模方式建立网架和混凝土结构协同模型,并把网架并入支承结构顶层中,阻尼比采用振型阻尼比,模型见图5。两个模型均建4个标准层。

图4 简化模型
Fig.4 Simplified model

图5 协同模型
Fig.5 Cooperative model

3.3 结果对比

3.3.1 质量、周期

分别提取两个模型的结构质量(恒载+活载)和前3阶振型的周期,如表2所示。

表2 结构质量、周期
Table 2 Mass and period of the structure

模型编号质量/t周期/s第1阶第2阶第3阶模型13632.50.73300.67960.6052模型23634.70.79940.70740.6577

从表2可以看出,在结构质量相同的前提下,模型2前3阶周期均比模型1的长,说明模型1整体刚度要大于模型2整体刚度。由于刚度和周期的平方呈反比,经换算可知:模型1整体刚度比模型2整体刚度大了15%左右。

3.3.2 层间位移角

分别提取两个模型的层间位移角,如图6所示。

图6 层间位移角
Fig.6 Story drift angle

由图6可知,两个模型中顶层的层高设置不同,导致层间位移角结果差别较大,其余楼层层高相同,模型1各层层间位移角均比模型2各层层间位移角要大,说明模型1计算所得楼层层间位移要大于模型2的楼层层间位移。

3.3.3 层刚度

分别提取两个模型的层刚度,如表3所示。

表3 层刚度
Table 3 Story stiffness

方向模型不同楼层的层刚度/(105kN·m-1)1层2层3层4层X向Y向模型14.69993.63633.75337.6236模型24.66093.29362.77877.3988模型15.01234.34034.871611.3690模型24.97274.21754.28309.0120

文献[2]采用地震作用下楼层剪力与层间位移的比值来计算常规楼层的层刚度,该计算方法与结构变形有关,不同的楼层剪力或层间位移,所得层刚度的结果是不同的。由表3可知,模型1的层刚度均大于模型2的层刚度,这与3.3.1节结论一致。

3.3.4 层抗剪承载力

分别提取两个模型的层抗剪承载力,见表4。

表4 层抗剪承载力

Table 4 Story shear bearing capacity

方向模型不同楼层的层抗剪承载力/103kN1层2层3层4层X向Y向模型19.90647.77346.46045.7181模型27.57467.54536.468621.8110模型110.43608.07107.12949.6881模型27.72577.99587.157324.2790

由表4可知,模型2把网架不在平面内的杆件均按斜撑构件计入楼层抗剪承载力,若按模型2结果进行楼层抗剪承载力比值的评判,则会得出下一层为薄弱层的结论,其余楼层中,模型1各层的层抗剪承载力均比模型2各层的层抗剪承载力要大。

3.3.5 扭转不规则

按常规方法计算所得层位移比(或层间位移比)存在大于1.5甚至是大于2的情况,远超规范GB 50010—2011限值,结果无法采用。根据本文提出的评判扭转不规则的方法,分别提取两个模型前2阶振型中的平动系数和扭转系数,见表5。

表5 振型扭转系数
Table 5 Torsion coefficients of mode shapes

模型编号平动系数扭转系数第1阶(X+Y)第2阶(X+Y)第1阶第2阶模型11.00+0.000.00+1.000.000.00模型21.00+0.000.00+1.000.000.00

由表5可知,两个模型前2阶振型均为完全平动,无扭转振动成分,说明整体结构属于扭转规则结构。

3.3.6 剪重比

分别提取两个模型的剪重比,如图7所示。

图7 剪重比
Fig.7 Shear-weight ratio

由图7可知,两个模型的剪重比均满足规范GB 50011—2010限值1.6%的要求,模型1各层剪重比要大于模型2各层剪重比,由于两个模型中楼层的重力荷载代表值相同,说明模型1中楼层剪力要大于模型2中楼层剪力。

3.3.7 刚重比

分别提取两个模型的刚重比,如图8所示。

图8 刚重比
Fig.8 Rigid-weight ratio

由图8可知,两个模型的刚重比均满足规范限值20的要求,模型1首层刚重比计算结果与模型2首层计算结果较为接近,其余楼层中,模型1各层刚重比均比模型2各层刚重比要大。

3.3.8 弹塑性层间位移角

分别提取两个模型在罕遇地震作用下楼层的弹塑性层间位移角,如图9所示。

图9 弹塑性层间位移角
Fig.9 Elastic-plastic story drift angle

由图9可知,两个模型的弹塑性层间位移角均满足规范[2]限值1/50的要求,底部2层弹塑性层间位移角模型1的计算结果要大于模型2的计算结果,而顶部2层模型1的计算结果要小于模型2的计算结果,尤其是顶层计算结果相差较大,这与层间位移角的对比结果是一致的。

3.3.9 构件配筋设计

对比两个模型构件配筋的计算结果,对1~3层框架梁模型1的配筋结果起控制作用,对4层框架梁模型2的配筋结果起控制作用,配筋结果相差可达29%。对框架柱而言,模型1配筋结果起控制作用,柱纵筋值和节点核心区箍筋值相差可达50%。上述有差别的构件主要集中于支承网架的柱及与之相连的框架梁。

4 结束语

1)网架与混凝土结构地震作用验算的标准不同,对网架设计应以单独建模分析为主,但网架支座约束刚度的设置需有效地考虑下部支承结构的约束作用。

2)对混合结构评判设计指标时,宜采用简化网架的建模方式。对混凝土构件进行承载力配筋设计时,可采用混合结构协同建模补充验算,取包络设计。当未进行协同建模补充验算时,多遇地震作用计算,结构阻尼比应选统一阻尼比,阻尼比取值应为0.025~0.035。

3)在工程设计类软件中,建立网架与混凝土结构协同模型,宜将网架并入到支承结构顶层中。

4)简化建模计算,对混凝土构件配筋设计时,顶层层高需取两种情况分别计算并取包络设计,一种是根据混凝土柱顶标高算出的层高,一种是加上网架平均厚度的一半(含支座高度)。

5)不宜采用层位移比(或层间位移比)对空旷的混合结构进行扭转规则指标的评判,可采用结构的整体扭转效应代替楼层扭转效应来评判结构扭转规则性,即提取前两阶平动振型中的扭转系数来控制结构的整体扭转情况。

参考文献

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MODELLING ANALYSIS AND ITS PROBLEMS OF HYBRID STRUCTURE COMPOSED OF SPACE TRUSS AND CONCRETE

YU Yanlei

(China Northwest Building Design Research Institute, Xi’an 710018, China)

Abstract There are two modelling analysis methods for hybrid structure composed of space truss and concrete, one method is that the space truss and concrete supporting structure are considered separately, another method is collaborative modelling of the space truss and concrete supporting structure. The problems of the modelling analysis of the hybrid structure were introduced firstly. Based on the conception that complete design index met the specification requirements of GB 50011—2010, two modelling analysis methods of the hybrid structure were discussed for judging design index and designing reinforcing bar of the concrete members.

Keywords space truss; hybrid structure; cooperative analysis; complete design index

DOI: 10.13204/j.gyjz202005026

作 者:于岩磊,男,1981年出生,博士,高级工程师。

电子信箱:yyl_606@yeah.net

收稿日期:2019-12-28