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标题: 空间管桁架上弦计算长度问题探讨 [打印本页]

作者: qwh 时间: 2008-4-2 21:59 标题: 空间管桁架上弦计算长度问题探讨

关于管桁架的设计问题，我已经憋了很长时间了，一直没有闹明白。大家在看我的帖子之前先去下我上传的附件，附件中是几个论文，是专门论述管桁架的设计的，论文用CAJViewer全文浏览器打开，如果没有这个程序的请到天空或者华军去下载。
   关键问题：上弦杆计算长度的取值！
   本文讨论的管桁架就是那种倒三角拱的计算，这种结构一般都用在体育馆或者公共建筑，当然，有不少人用到什么大棚等结构中。这种结构只能建立空间模型整体计算，在我上穿的论文中的思路，基本上都是使用了屈曲分析，然后倒推计算长度，或者把管桁架等刚度为箱型封闭截面，先去求临界线荷载，把实际荷载和临界线荷载的比值作为无量纲参数来计算平面外的稳定，问题是临界线荷载也需要非线性分析，这样说白了，就是不能手工计算。以上为我看到的论文中的资料。上面的方法是完全回避计算长度的概念，进行分析。
      第2种方法就是干脆不用上面这种复杂的分析，为了明确上面的上弦杆的计算长度，就直接取平面外支撑的距离，忽视上弦杆间斜腹杆和上下弦之间的斜腹杆的约束作用，但是这样的做法导致支撑很多，桁架系杆也很多，并且这样做用钢量很大。
第3种方法是最近我看到了一本很多专家和学家合写的一本书《钢结构设计计算示例》中，有一个计算空间桁架的案例，在第149页，上面对上弦杆件的稳定计算，对平面外计算长度取节间距离为3M，问题是他的这个结构的支撑间距是9M，为什么要取节间距离为3M那？在案例中没有任何说明？我就想不明白？
还有类似的案例就是504页例题通廊桁架的上弦计算长度也取节间距离，我记得以前在钢结构杂志上介绍过陈教授的一种半穿越桁架的设计，也是用到了屈曲设计，没有说可以用节间距离呀？
我想问问大家，取节间距离作为空间桁架的面外计算长度，是从哪里得来的？为什么这几个论文说到的方法和我上面提到的权威写的书上的案例的做法差别这么大？为什么？我为此问题曾经请教过不少高手，对我的回答都是趋向于第1种和第2种方法，只有一个OKOK的编辑说第三种方法是可以的，理由是某高手已经证明可以取节间距离作为上弦面外计算长度，问及是否有论文，回答是没有，我就更晕了，今天我把我看到的三种方法都摆出来，大家说说那种方法是对的？

附件: [论文下载] 空间桁架格构式刚架.rar (2008-4-2 21:59, 855.14 K) / 下载次数 724
http://okok.org/attachment.php?aid=93526

作者: 工汉 时间: 2008-4-3 11:55

可以参考《网架网壳设计与施工》P55页，3.3.6.5条
也就是《管桁架结构平面外稳定问题研究》罗尧治，张楠。浙大论文

作者: wg01 时间: 2008-4-3 21:46

俺个人还是倾向于第一种方法，后两种方法没怎么看明白，呵呵

作者: 博文 时间: 2008-5-1 13:21

可以看看packer写的,曹俊杰译的(空心管结构连接设计指南),这里写的很详细的

作者: feifeidream 时间: 2008-5-9 16:27

我觉得第一种方法好。使用了屈曲分析，然后倒推计算长度。英国bs5950里面有这个方法的。其他估计都是经验了。

作者: qwh 时间: 2008-5-20 10:37

鉴于可能帖子比较长，有的人没有看明白，我再解释下我说的计算方法，第一种方法就是进行屈曲分析，然后倒推计算长度，这种方法其实就是没有办法手算；
第2种方法是在上弦杆件或下弦杆件之间加面外支撑，比如钢系杆什么的，比如每6米一道钢系杆，那上弦杆件或下弦杆件的面外计算长度就取6M，但是这种做法的缺点就是对于面外支撑的用钢量可能比较大，还有就是结构本身的潜能没有释放出来，再有就是如果是建筑要求，很可能不允许你加这种面外支撑，唯一的优点就是概念清晰，可以按照概念直接修改上下弦杆件的面外计算长度为6M！

作者: qwh 时间: 2008-5-20 10:53

第三种方法就是我最不理解的，是最近我看到了一本很多专家和学家合写的一本书《钢结构设计计算示例》中，有一个计算空间桁架的案例，在第149页，上面对上弦杆件的稳定计算，对平面外计算长度取节间距离为3M，问题是他的这个结构的面外支撑间距是9M，为什么要取节间距离为3M那？在案例中没有任何说明？我就想不明白？这里面的面外支撑就是上下弦面外的钢系杆一类的支撑，节间距离就是三角拱的上下弦的分段距离，我看完计算示例后，怎么都不明白，为什么对稳定计算要取节间距离那？

作者: 祥子 时间: 2008-5-21 17:59

我手上有一本书，也是取节间距离，案例是天津会展中心的桁架。但是我一直没有按书上说的来设计过，都是取侧向支撑距离为平面外计算长度。
但是我这里理解，可能专家把倒三角桁架中的两个弦杆，其中一根作为另一根的侧向支撑来用了。

作者: qwh 时间: 2008-5-22 18:26

楼上所说的就是我说的第三种方法，请大家看看这个帖子里的问题，我当时也在这里回答了，http://okok.org/forum/viewthread ... mp;page=1#pid816620，按照这个帖子里说的，我真的感到很纳闷,80M的管桁架,平面外不加支撑，竟然还是平面内强度破坏？怎么就不是平面外先破坏?难道这个结构的屋面是比较厚的金属板导致面外支撑很强大?我就怀疑这个结果是怎么推出来的？大家讨论下这个问题，我就认为目前很多人对这种三角拱的设计并不清楚，在实际工程中说实在的，我遇见的一些案例，都是业主自己凭感觉自己弄出来个方案，或者模仿别人，我看了他们的实物我都害怕，面外是几乎没有支撑，我都无法理解！

作者: bill-shu 时间: 2008-5-27 16:50

空间桁架的稳定计算实际上应考虑两个问题，一个是分肢稳定，一个是整体稳定。计算上弦压杆取节间长度（上弦节间有斜杆）实际上是计算上弦分肢的稳定，这是没问题的。支撑体系是为了保证整个桁架面外的稳定，按我们通常的设计和支撑布置，只要支撑足够刚强，桁架上弦（也是一个桁架）的整体稳定是没问题的（支撑间距和桁架上弦截面比都不大，9M支撑间距，2M宽的桁架，比值才4.5），这和格构柱的稳定计算是一个道理。对于有轴力的空间桁架，比如拱，面内需要计算整体稳定，可以参考格构柱的计算公示，二者都是压弯构件，面内整体计算长度可以取半跨拱轴长度。20M跨度的支架，截面是矩形的空间桁架（每面都是有斜杆的桁架），2MX2M，稳定计算时，杆件的计算长度取的就是节间长度。如果按面外无支撑，整体计算长度应该是20M（支座位置才是约束）来计算杆件，那是不可能满足要求的。空间桁架的支撑布置和支座设计也是密切相关的，倒三角空间桁架，如果两端上弦下弦都约束，桁架本身是稳定的体系。在跨度大，又是单榀的情况下，就需要计算整体稳定（规范无公式），需要利用屈曲分析才能计算出来，这种情况用节间长度计算杆件的稳定来保证结构的整体稳定就不合适，如果用整个跨度作为杆件的计算长度更没道理，这是不考虑桁架的整体作用的方法，使设计难以满足。
有人提出空间桁架怎么会是面内强度破坏，从理论上是可能的，空间桁架可以等效成闭合箱截面或梯形截面，当上弦足够强劲的时候，它是不可能失稳的，钢结构规范中指出了箱型截面梁在翼缘宽度满足一定条件下是不需要计算稳定的。

作者: 博文 时间: 2008-6-6 22:39 标题: 我说一点

我认为 bill-shu 说的有道理,象这种空间桁架结构，稳定应分两部分考虑：一是杆件本身的稳定（也是空间桁架结构的平面内稳定），平面内和平面外的计算长度可按节间实际长度取值即可，有些保守。
二是空间桁架结构平面外的稳定，可取单榀桁架平面外支撑的间距。
以上是我的个人理解，望各位专家指正！

作者: qwh 时间: 2008-6-9 13:26

bill-shu的看法我看了一遍，讲的很不错，
1、其说法和我的第1和第2种讲法没有什么差别，
2、对于第三种看法，他认为书上是计算的构件的分支稳定，如果是按照他的这种说法，那我对书上的那种做法没有意见，但是书上没有说计算的是分支稳定，这说明这本专家写的书写的不全面，没有表明是计算的局部稳定，说明书写的不完整，不严肃；
3、对于三角拱看来上面几个兄弟的看法都比较支持屈曲计算的方法，或者按照面外支撑的距离确定计算长度，对此，我认同，
结论，就是对于三角拱最好按照屈曲计算的方法，或者按照面外支撑的距离确定计算长度，取节间长度作为面外计算长度计算整体稳定是错误的！以上是我整理的结论，请各位兄弟评论！

作者: cat2007 时间: 2008-7-7 16:21

我以前计算的三角形桁架都是取节间长度作为弦杆平面外计算长度的，用的软件是STAAD，我就只注意看杆件的应力比，没有想到桁架整体的稳定，想问一下，我用CAD手建的三角形截面，分别给杆件赋值，一般的空间分析软件不会跟你算整体的受力，那是我们自己考虑还是不用考虑呢？（排除我直接输的格构式截面的情况)

作者: qwh 时间: 2008-7-7 23:32

看到楼上的讲法，我不得不再说几句，观点如下：
1、对于格构构件做柱子使用的时候，如双肢、三肢、四肢格构构件，钢结构设计规范只给出了压弯构件和轴心受压构件的计算公式，对于此类构件必须计算分肢的平面内稳定和平面外稳定以及整个格构构件的平面内稳定，整个格构构件的平面外稳定不需要计算，原因见规范说明；
2、对于格构构件做梁使用的时候，如双肢、三肢、四肢格构构件，对于双肢的情况也就是平面屋架，这个有成熟的计算方法，钢结构设计规范也规定了面外计算长度的确定方法；但是对于三肢、四肢格构构件，钢结构设计规范绝对没有给出此类格构构件的受弯计算的公式，可以说规范在此处就是个空白；
3、对于格构构件整体作为受弯构件使用的计算方法，见前面我写的帖子和附件中的论文，论文中都使用了屈曲分析，或者是将三肢或四肢格构构件等刚度代换的基础上模拟为箱形梁，来计算他的稳定，但是这种方法比较繁琐；目前我所看到的论文都是使用屈曲分析来计算的；
4、关于STAAD、SAP2000等别的国外程序的使用，对格构构件的计算存在下列典型的错误：
   A、如果是格构构件做为压弯构件或者轴心受压构件的时候，当程序采用等刚代换的方式建模计算，也就是用截面设计器来将格构构件建立出来，这种计算方法的缺点是无法计算分支稳定，只能计算格构构件的整体稳定；如果采用真实模型建模，也就是将分肢体和缀条或者缀板也建立出来，这种计算方法的缺点是只能计算分肢体稳定，无法计算格构构件的整体稳定，更要命的是，这种计算方法如果格构构件的整体长细比在150左右的时候，往往会出现，分肢应力比合格，但是整体计算（手工计算复核）往往超限；
   B、如果格构构件作为受弯构件使用的时候，程序采用等刚代换来模拟格构梁，则无法计算分肢稳定；如果程序采用真实建模的方法，则无法计算格构构件的整体稳定，原因很简单，钢结构规范就没有计算公式；
   综上所述，格构构件作为受弯构件使用的时候，也就是格构梁，钢结构设计规范，根本就没有任何计算公式，如果有人说是根据规范计算出了结果，那只能说明你计算的是分肢稳定，并没有计算格构梁的整体稳定，这种方法是非常危险的。有人用节间长度作为弦杆平面外计算长度的方法，这只是对弦杆的分肢稳定计算，并没有计算格构构件的整体稳定。
   各位兄弟，对于格构构件当受弯构件使用的时候，千万要小心！！！

作者: litfr 时间: 2008-7-9 01:48

请教下，对主副臂结构的折线桁架，计算长度法若不适用，则稳定性如何校核？

作者: qwh 时间: 2008-7-9 23:45

主副臂结构的折线桁架，有没有图？反正无法明确确定计算长度的结构基本都用屈曲分析和试验的方法，计算长度是稳定理论里推出来的产物，和长细比一样，都是稳定理论的内容，只不过为了让大多数工程师方便计算，才整理出来的什么稳定系数一类的参数，如果要探究跟节，必须要了解稳定理论的！

作者: cat2007 时间: 2008-7-11 16:58

那照qwh先生所说的，以后算受弯的格构梁时，就是用截面设计器来将格构构件建立出来（没有格构截面可选择时就用等刚代换法来模拟格构梁）计算格构构件的整体稳定；满足后再采用真实模型建模，将分肢体和缀条或者缀板也建立出来计算分肢体的强度和稳定了吧。
又看了一下《钢规》里面5.2.3和5.2.4条，分别讲的弯矩绕虚轴和实轴作用时的格构式压弯构件的规定说明，弯矩绕虚轴时可不考虑平面外整体稳定，弯矩绕实轴作用时，5.2.4最后一句话显然有考虑平面外整体稳定计算的意思。而且也不清楚这样写是为什么。

作者: litfr 时间: 2008-7-14 00:38

这个怎么贴图？简单说，就是两根桁架臂，铰接成折线桁架，张弦结构承载。

作者: cat2007 时间: 2008-7-15 10:23

大家好像都忘了屋面围护了，像我们做的格构梁上面都是有檩条拉接的，不管是分肢还是整体的构件平面外就都有支撑了，稳定计算基本不成问题了。

作者: qwh 时间: 2008-7-20 15:23

cat2007，你好，我对你的问题做如下答复：
1、你对钢规中的5.2.3和5.2.4条的理解有问题，钢规中的这两条是针对格构柱做为压弯构件使用的计算方法，5.2.4条是提醒你，面内面外的稳定计算和实腹柱构件相同，但是在计算平面外稳定的时候长细比要变成换算长细比；关于为什么在计算平面外稳定的时候，只需要计算单肢稳定而不需要计算格构柱整体面外稳定的，原因是，如果你两个分肢的单肢的面外稳定计算满足的话，那格构柱的面外稳定100%满足，不需要计算，因为格构柱的面外抗弯截面模量要大于单肢的面外抗弯截面模量呀！
2、第2个问题你说话的对象变成了格构构件充当受弯构件使用的情况，与前面不同，针对你说的屋面维护结构，檩条不能作为面外支撑，檩条是受弯构件，不能作为压弯构件充当格构梁的面外支撑，而且一般如果考虑屋面的面外支撑，是出于对蒙皮效应的考虑，第一你的屋面板要有一定的刚度（板的厚度和波纹大小），第二屋面板的连接和格构梁能稳定连接，这个时候，面外计算长度可以看成是很小的一个数据，但是，不是所有的结构都能满足这两条。

作者: cat2007 时间: 2008-8-6 16:52

感谢qwh的答复，我想简单点说就是：单片桁架，上弦受压，上弦的计算长度可以当成节间距吧？
檩条可以做上弦杆的支撑，檩条多少也会受点轴力，只是计算时被简化忽略了。

作者: qwh 时间: 2008-8-6 23:37

cat2007 wrote:
感谢qwh的答复，我想简单点说就是：单片桁架，上弦受压，上弦的计算长度可以当成节间距吧？
檩条可以做上弦杆的支撑，檩条多少也会受点轴力，只是计算时被简化忽略了。 ...

当是单片桁架的结构的时候，无论是上弦还是下弦的计算长度，都不是节间距离，而是面外支撑的距离，当然檩条可以做面外支撑，前提是屋面板的蒙皮效应比较明显，而且檩条的计算必须按照压弯构件来计算，这样对檩条的计算要求而言就比较严格了。

作者: litfr 时间: 2008-8-15 17:46

qwh wrote:
主副臂结构的折线桁架，有没有图？反正无法明确确定计算长度的结构基本都用屈曲分析和试验的方法，计算长度是稳定理论里推出来的产物，和长细比一样，都是稳定理论的内容，只不过为了让大多数工程师方便计算，才整理出来的什么稳定 ...

就这种臂架形式

附件: [折线主副臂] 折线主副臂.JPG (2008-8-15 17:46, 11.18 K) / 下载次数 0
http://okok.org/attachment.php?aid=99807

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