網架是房屋整體結構中的一個重要組成部分
網架結構是高次超靜定結構,基于桿系有限元理論的空間分析方法已經在網架設計過程中應用得相當成熟。但部分設計人員在網架設計過程中往往重視上部桿系結構的空間計算,而忽視了對網架受力影響很大的支座力學模型的合理選取或者合理構造[1],造成理論計算模式和施工圖設計力學模型脫節。這種由于支座邊界條件的不合理設計造成的工程質量事故已不鮮見網架是房屋整體結構中的一個重要組成部分,除保證自身受力外,還對下部結構起到連接和支撐作用,在沒有正確的邊界力學模型保證下,網架和下部結構分開計算與整體協同計算的結果是不相同的。結合筆者在審圖過程中發現的若干工程案例,本文對目前網架支座及支承框架設計存在的問題進行了分析和討論,以祈引起設計人員的注意。
1．網架和下部結構分開設計存在的問題由于《網架結構設計與施工規程》(JGJ7-91)沒有規定必須把網架和下部結構連成整體分析計算,國內多數網架專用程序都是把網架和下部結構分開來計算。目前設計中存在下列幾個問題。
2 大跨度網架、弧形網架及網殼結構難以將網架和下部結構合理隔離網架和下部結構分開設計通常是根據支承框架柱剛度和網架支座形式將網架邊界條件處理為固定、自由和彈性三種情況輸入程序計算網架,算出支座反力后再加到下部結構上進行下部結構設計。當網架與支承結構的傳力關系復雜、網架邊界支承剛度難以通過假定計算確定時,這種計算方式顯然是不妥的。特別是大跨度網架、弧形網架及網殼結構,傳力點往往集中在少數幾個邊界點,邊界受力異常復雜,更是難以采用傳統的剛接或者鉸接假定來處理,由于邊界處理錯誤造成的工程事故在國內已不鮮見。
3 網架公司沒有采用合理正確的下部結構支承剛度目前網架支座設計的一類錯誤是支座剛度估算錯誤。當假定網架支座為三向不動鉸時,計算出的網架支座水平反力往往偏大。根據荷載以及邊界支承布置不同,中小跨度板網架支座水平反力可達40～300kN;網殼和弧形網架支座水平反力可達500～1500kN,過大的支承反力使下部支承框架柱設計偏大或難以設計。一般情況下,無論是上部網架支座或下部支承結構的剛度都不會是無窮大,在網架支座水平反力作用下,支承結構會產生水平位移,這種位移實際上把約束勢能轉化成為反力做功,使得變形終態的實際支座反力比三向不動鉸支座計算出來的小,內力重分布的作用使得網架各桿件計算受力也與實際情況有差異。一般而言,由于變形增大,靠近跨中區域的桿件內力會有所增大,這將形成不安全機制,影響結構長期正常工作。
4 土建設計單位未按網架支座反力對下部結構進行復核目前設計中多數土建設計單位先根據以往的設計經驗或與相關網架公司方案設計得到的支座反力作為輸入條件進行下部結構設計。由于難以充分考慮施工圖設計階段的復雜荷載或者結構空間效應產生的荷載作用,采用的網架支座反力往往不準確,而且對后續施工圖階段網架設計數據難以保持跟蹤,及時對支承結構設計輸入條件進行更新校核,這樣就造成了下部結構浪費或存在安全隱患。
5．網架支座選型存在的問題目前小跨度網架常采用平板壓力支座,這種支座產生的水平位移和角位移都較小,對結構整體受力影響不大。對于中等跨度網架和網殼結構仍有些工程采用平板壓力支座,由于網架產生的水平推力較大,使支座受力復雜,還可能影響到網架的安全。網架支座一般有固定、自由和彈性三種形式,采取哪種支座形式,應根據工程具體情況確定。支座的選取不僅影響到網架的安全、經濟,還直接影響到下部支承結構設計的難易程度,但是有一個原則,即網架設計支座的力學模式必須和施工圖設計的支座構造保持一致。
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