[發(fā)明專利]一種車輻式索承網格鋼結構初始預應力狀態(tài)的設計方法

有效

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• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111350276B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設計）人: 李治;涂建
• 申請（專利權）人: 中信建筑設計研究總院有限公司
• 主分類號: E04B1/34
• 分類號: E04B1/34
• 代理公司: 武漢天力專利事務所 42208
• 代理人: 程祥

本發(fā)明涉及一種車輻式索承網格鋼結構初始預應力狀態(tài)的設計方法，包括：根據車輻式索承網格鋼結構所受自重情況，計算得到徑向索和環(huán)索節(jié)點處所受荷載作用大小；得出自重下各徑向索初始預張力估算值以及徑向索和環(huán)索的索力分布情況；根據預張力確定徑向索和環(huán)索直徑，并將對比得到的初始預張力輸入到有限元結構模型當中，經幾何非線性靜力計算后，檢查并調整結構形狀直至滿足建筑外形要求；確定徑向索和環(huán)索的預張力，同時得到新的徑向索和環(huán)索直徑，從而可以確定結構的初始預應力狀態(tài)；本發(fā)明適用于車輻式索承網格鋼結構的設計。

技術領域

本發(fā)明涉及空間結構領域，具體涉及車輻式索承網格鋼結構的建筑設計和結構設計。

背景技術

車輻式索承網格鋼結構通常由剛性網格、柔性拉索體系、豎向撐桿組成,其中柔性拉索體系通過豎向撐桿為上部剛性網格提供豎向支撐；剛性網格起到壓環(huán)作用，柔性拉索體系張拉后使結構整體為一自平衡體系，其中柔性拉索體系包括徑向索和環(huán)索。

車輻式索承網格鋼結構設計中，經常遇到初始預應力狀態(tài)確定比較困難的情況。一般傳統(tǒng)初始預應力狀態(tài)的設計方法有兩種：一種為微積分解析法；另一種為非線性有限元試算法。微積分解析法一般情況下需要結構具有幾何尺寸、荷載分布均為雙軸對稱的特點，方便計算確定拉索的初始預張力。而車輻式索承網格鋼結構在實際工程中由于坐標、荷載均可能不對稱且情況復雜，很多情況都無法通過解析法計算確定。另一種非線性有限元試算法，是車輻式索承網格鋼結構確定拉索預張力最常用的方法，但是由于需要反復很多次進行調整迭代計算，非常繁瑣且耗時巨大。基于此，有必要發(fā)明一種快速且簡便的初始預應力狀態(tài)的確定方法，以解決提高車輻式索承網格鋼結構設計效率的問題。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種快速而簡潔地確定車輻式索承網格鋼結構初始預應力狀態(tài)的設計方法。

為實現上述目的，本發(fā)明提出一種車輻式索承網格鋼結構初始預應力狀態(tài)的設計方法，所述車輻式索承網格鋼結構包括剛性網格、徑向索、環(huán)索和豎向撐桿，包括以下步驟：

步驟一：根據車輻式索承網格鋼結構所受自重（含屋面永久荷載，下同）情況，統(tǒng)計計算得到車輻式索承網格鋼結構中的徑向索和環(huán)索節(jié)點處所受荷載作用大小，及自重下豎向撐桿軸力值N3。當同時存在豎向撐桿和斜腹桿時，在確定初始預張力階段時可以偏于安全地認為荷載全部集中于豎向撐桿。

步驟二：根據建筑外形確定各節(jié)點處徑向索與水平線夾角α，利用步驟一得到的各節(jié)點處豎向撐桿軸力值N3，通過徑向索和環(huán)索節(jié)點局部靜力平衡原理初步得出自重下各各節(jié)點處徑向索初始預張力估算值N2=N3/sinα；得到各各節(jié)點處徑向索索力N2后，最小徑向索索力乘以6.5倍為對應節(jié)點處環(huán)索索力N1，最大徑向索索力乘以5.5倍為對應節(jié)點處環(huán)索索力N1，其余節(jié)點處按5.5~6.5倍插值確定環(huán)索索力N1。

步驟三：建立有限元結構計算模型，結構在無索預張力狀態(tài)時，自重作用下經靜力計算結構達到平衡狀態(tài)，此時得到各節(jié)點處徑向索的索力和環(huán)索的索力分布情況。

步驟四：將上述步驟二和步驟三得到的同一節(jié)點處的結果、、、中的N1與N1’和N2與N2’分別進行比較，按較大值確定各節(jié)點處徑向索和環(huán)索的預張力，根據預張力確定各節(jié)點處徑向索和環(huán)索直徑，并將對比得到的初始預張力輸入到有限元結構模型當中，經幾何非線性靜力計算后，檢查結構形狀是否滿足建筑外形要求。

步驟五：當結構形狀不能滿足建筑外形要求時，將步驟四中對比得到的初始預張力作為基本模數進行逐級增大，重復進行幾何非線性靜力計算，直至與建筑外形誤差在千分之二范圍之內，即可確定各節(jié)點處徑向索和環(huán)索的預張力，同時得到新的各節(jié)點處徑向索和環(huán)索直徑，從而可以確定結構的初始預應力狀態(tài)。

所述步驟五中如果初始預張力逐級增大較多，達2倍以上，仍然未能使結構變形與建筑外形誤差在千分之二范圍之內，需通過調整徑向索與水平線夾角、索承網格鋼結構矢高、環(huán)索曲率，使經計算后的結構形狀與建筑外形誤差達到上述區(qū)間范圍。