林 治 民

(長沙經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)項目開發(fā)建設管理有限公司，湖南 長沙 410100)

0 引言

空間網(wǎng)架結構使用范圍較廣，一般而言，其下部為混凝土框架結構或框架—剪力墻結構。其下部支承結構多為混凝土框架結構或框架—剪力墻結構。將不同材料特性結構分開設計會導致設計參數(shù)存在較大的差異，現(xiàn)行常用設計軟件Pkpm建模時常采用網(wǎng)架簡化整體式方法建模，而網(wǎng)架結構簡化模型不同，平面內和平面外的剛度貢獻亦不同，水平荷載及豎向荷載作用下不同網(wǎng)架簡化模型對下部支承結構的設計參數(shù)影響較大。因此，對于上部為鋼網(wǎng)架，下部為混凝土框架的結構采用整體式方法設計時，探究網(wǎng)架簡化模型對下部混凝土支承結構抗震性能參數(shù)的影響是保證工程安全亟需解決的問題。

本文考慮上部鋼網(wǎng)架與下部混凝土結構之間的相互作用，利用Pkpm和Midas兩種不同的計算軟件分別建立模型，探討網(wǎng)架結構不同建模方式對設計參數(shù)的影響，并對設計參數(shù)進行比較分析。

1 工程簡介

某職業(yè)技術學院位于株洲，其風雨操場為一典型大跨輕鋼網(wǎng)架結構，結構長59.1 m，寬35 m，總高18.8 m，結構總體特征為大跨，大懸挑(側向最大達8.16 m)，下部看臺為混凝土框架結構，上部網(wǎng)架為鋼結構，效果圖詳見圖1。

2 工程分析

2.1 Pkpm與Midas建模分析

Pkpm建模過程中，由于不能真實建立網(wǎng)架與下部主體結構的協(xié)同工作特性，工程實際常用簡化計算方法，上部網(wǎng)架單獨設計，把網(wǎng)架支座內力輸入到下部混凝土框架結構柱頂，同時設置剛性桿模擬其平面內和平面外的剛性，整體模型詳見圖2。

Midas作為一種結構有限元分析軟件，可建立空間網(wǎng)架結構整體模型，計算其在水平荷載及豎向荷載作用下的設計參數(shù)，且能真實計算平面內和平面外剛度對下部混凝土框架結構設計參數(shù)的影響。同時考慮下部混凝土框架結構對上部鋼網(wǎng)架結構的影響，更貼近網(wǎng)架結構實際受力情況，計算結果也更為準確，整體模型詳見圖3。

2.2 Pkpm與Midas計算振型(模態(tài))參數(shù)分析

通過分析Pkpm和Midas建立模型的前兩個振型(模態(tài))，可知Pkpm第一振型(變形沿長度方向,如圖4所示)顯示網(wǎng)架結構受力變形最大的部位為看臺頂平面位置的兩端，而Midas第一模態(tài)(變形沿長度方向，如圖5所示)顯示網(wǎng)架結構受力變形最大的部位為看臺頂平面位置的斜撐端，另一側變形特性明顯偏?。籔kpm第二振型(變形沿寬度方向，如圖6所示)顯示網(wǎng)架結構受力變形最大的部位為看臺懸挑端，上部柱頂位置變形量較小，而Midas第二模態(tài)(變形沿寬度方向，如圖7所示)顯示網(wǎng)架結構受力變形最大的部位為網(wǎng)架及下部混凝土框架懸挑端與網(wǎng)架連接部位。由此可見，Pkpm和Midas反映的網(wǎng)架結構變形特征存在較大差異，而Midas的變形特征更貼近網(wǎng)架結構實際變形特征。

2.3 Pkpm與Midas計算配筋(懸挑端)參數(shù)分析

通過分析Pkpm和Midas計算模型端部懸挑梁配筋可知，梁截面、水平荷載及豎向荷載均相同的條件下，Pkpm計算配筋為3 000 mm2,而Midas計算配筋為5 491 mm2，兩者相差1.8倍，考慮實際配筋主要由水平地震力控制，發(fā)生設防地震，如按Pkpm計算結果設計配筋，則此處梁端節(jié)點將有率先破壞的安全隱患。

2.4 Pkpm與Midas計算位移參數(shù)分析

通過分析Pkpm和Midas相同工況下樓層位移比可知，Pkpm最大位移比(如表1所示)位于第1層，數(shù)值為1.58；Midas最大位移比(如表2所示)也位于第1層，數(shù)值為1.393，兩者相差1.13倍，且Pkpm位移比隨層數(shù)存在數(shù)值突變情況，與網(wǎng)架結構變形特征不符，而Midas位移比隨層數(shù)變化更為均勻合理，更符合工程實際變形特征。

表1 Pkpm位移比

工況1 X方向風荷載作用下的樓層最大位移FloorTowerJmaxJmaxDMax-(x)Max-DxAve-(x)Ave-DxRatio-(x)Ratio-DxhMax-Dx/hDxR/DxRatio-Ax511 1271 1320.930.070.810.071.141.002 8001/9 99966.00%0.83411 0841 0890.860.140.740.141.161.013 6001/9 9996.10%1.38315825820.720.150.580.131.241.183 6001/9 99927.00%1.07214874870.570.050.460.041.251.151 0001/9 99933.70%1.171199990.520.520.330.331.581.586 0001/9 99999.90%1.26注:X方向最大值層間位移角:1/9 999

表2 Midas位移比

2.5 Pkpm與Midas樓層受剪承載力參數(shù)分析

表3 Pkpm樓層受剪承載力

通過分析Pkpm和Midas相同工況下樓層受剪承載力可知，Pkpm計算結果(如表3所示)：薄弱層位于第1層，根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》3.4.4條，將第1層的樓層地震剪力放大1.15倍；Midas計算結果(如表4所示)：薄弱層位于第3層，即與網(wǎng)架相鄰框架結構柱頂位置。通過分析下部混凝土結構布置可知，Pkpm計算結果與實際情況背離，存在較大計算誤差，而Midas計算結果與實際情況基本相符。

表4 Midas樓層受剪承載力

3 結語

1)空間網(wǎng)架結構的整體振動要考慮上部鋼結構網(wǎng)架和下部混凝土框架結構的協(xié)同性，建立的模型要真實反映兩者的變形特征，如計算模型不能模擬網(wǎng)架平面內、外的剛度特征，則計算結果會出現(xiàn)較大的差異。

2)空間網(wǎng)架結構如分開計算，則下部混凝土結構和上部鋼網(wǎng)結構變形較大的部位會出現(xiàn)偏差，特別是懸挑部位、上下部結構相連部位，設計參數(shù)會出現(xiàn)較大的誤差，并直接影響結構安全。

3)上部鋼結構分開計算，下部混凝土柱頂輸入鋼結構節(jié)點內力，并采用剛性桿連接模擬鋼網(wǎng)架平面內剛度，整體計算結果存在較大誤差。因為，上部鋼結構網(wǎng)架與下部混凝土結構柱會產(chǎn)生協(xié)同變形，而剛性桿平面內剛度無窮大，平面外剛度為零，導致計算結果中樓層薄弱層、位移比等計算參數(shù)失真，計算結果無法與工程實際相符，特別是較大水平荷載作用的工況，結構存在較大的安全隱患。

4)空間網(wǎng)架結構如分開計算，則下部混凝土和上部鋼網(wǎng)架結構不能真實反映兩者的支座約束情況，導致計算結果與工程實際出現(xiàn)較大誤差，實際工程設計中應重點予以考慮。