２０１４年第１期 Ｓｉｃｈｕａｎ ＢｕｉＩ・ｌＪ迂材 ｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ・３７・ 第４ｏ卷总第１７７期 ２０１４年２月 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－４０１１．２０１４．０１．０２０ 网架结构的竖向地震研究 王静玉，王露露 （西安科技大学建筑与土木工程学院，陕西西安７１００５４） 摘要：网架结构是杆件按照一定的规律布置，通过 板型网架。 节点连接而成的网格状空间杆系结构。网架结构由处在两 个平面内的杆件组成，形成平行的上弦与下弦，其间以腹 １网架模型 杆与竖杆相连。目前，网架结构的抗震分析方法主要有振 计算网架尺寸如表１所示。网架荷载参数为：恒荷载 型分解反应谱法、随机振动方法和动力时程分析法。利用 ０．８ ｋＮ／ｍ ；活荷载０．５ ｋＮ／ｍ ；雪荷载０．２５ ｋＮ／ｍ２。计算 结构有大型限元分析软件ＳＡＰ２０００对三个不同跨度的正放 机程序自动生成网架自重（节点自重一般占网架杆件总重的 四角锥网架结构进行分析，研究了网架的跨度的变化对自 ２０％～２５％），荷载作用在节点上，杆件主要截面采用０６Ｏ 振特性及杆件内力的影响。 ×３．５、０７６×３．７５、０８９×４．０、Ｏｌ１４×４．０、Ｏ１４０×４．０。 关键词：网架结构；动内力系数；抗震性能 计算模型如图１所示。 中图分类号：ＴＵ３１１．３ 文献标志码：Ａ 表１ 网架尺寸 ／ｍ 文章编号：１６７２—４０１１（２０１４）Ｏ１—００３７—０２ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｅｉｓｍｉｃ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｇｒｉｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＷＡＮＧ Ｊｉｎｇｙｕ，ＷＡＮＧ Ｌｕｌｕ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’口ｎ Ｕｎ＆ｅｒｓｉｔｙ ｏｆＳｃｉｅｃｎｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉｔｍ ７１００５４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉＳ ａ ｍｅｍｂｅｒ ｄｉｓｐｏｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｕｌｅ，ｔｈｅ ｇＩｉｄ ｓｐａｃｅ ｔｒｕｓｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｂｙ ｎｏｄｅｓ．Ｇｒｉｄ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｐｌａｎｅ ｒｏｄ ｐａｒｔｓ，ｆｏｒｍｉｎｇ ｕｐ— ｐｅｒ ａｎｄ ｌｏｗｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ，ｄｕｒｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｖｅｎｔｒａｌ ｒｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｅｒ－ ｔｉｃａｌ ｒｏｄ．Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｔｈｅ ｓｅｉｓｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｓｐａｃｅ ｔｕｒｓｓ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ ｍａｉｎｌｙ ｈａｓ ｔｈｅ ｍｏｄｅ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ａｎａｌｙ— ｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＳＡＰ２０００ ｏｎ ｔｈｅｅ 图１ 网架有限元模型２４ ｍ×２４ ｍ ｄｉｆｅｒｅｎｔ ｓｐａｎ ｉｓ ｆｏｕｒ ｓｑｕａｒｅ ｐｙｒａｍｉｄ ｓｐａｃｅ ｇｒｉｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆｌｒａｇｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ，ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄ ｓｐａｎ ｏｎ ｓｅｒｆ ２竖向地震反应分析 ｖｉｂｒａｔｉＯｎ ｅｈａｒａｅｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｍａｌ ｆｏｒｃｅｓ ｏｆ ｒｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｇｒｉｄ ｓｔｍｃｔｕｒｅ；ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｆｏｒｃｅ ｃｏｅｆｉｃｉｅｎｔ； ２・１ 网架的模态分析 。ｉｓｍｉ ｐｅｆｆｏｒｍａｎｃ。 动力特性分析是大跨空间结构抗震性能分析的最基本 内容之一。使用ＳＡＰ２０００对结构进行模态分析将为我们提 Ｏ 前 言 供结构的基本性能参数，帮助我们对结构的地震响应进行 近２０年来，我国的大跨度空间结构，包括网架结构、 定性判断，并提供相关结构概念设计需求，同时模态分析 网壳结构、立体桁架、悬索结构、索网结构、膜结构及各 还是动力分析的基础。ＳＡＰ２０００模态分析包括特征向量法 类组合和杂交空间结构都得到了迅速的发展。在众多的空 和Ｒｉｔｚ向量法。 间结构中，网架结构是应用最为广泛的一种结构形式。网 分析网架的前１０阶频率，得到的计算结果如表２所 架结构是由许多杆件按照一定规律布置通过节点连接而成 示。根据表２的计算结果绘制阶次一频率关系曲线图，如 的网格状结构体系。它具有空间受力的性能，是高次超静 图２所示。由图２可知：①随着阶次的增加，结构自振频 定的空间结构，由于具有像平板的外形，因此，也称为平 率递增；②随着网架跨度的增大，结构的自振频率减小。 裹２ 结构自振频率 ／Ｈｚ 作者简介：王静玉（１９８８一），女，硕士，主要研究方向：防灾减灾工程 及防护工程。 ３８・ ２０１４年２月 ・ＩＩ Ｊ芝材 Ｓｉｃｈｕａｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ２０１４年第１期 第４０卷总第１７７期 曩 聪 ｌ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ ｌ１ 阶次 图２结构自振频率 ２．２震型分解反应谱法分析 ２．２．１振型分解反应谱法 振型分解反应谱法求网架的地震作用效应，是目前网 架地震反应分析中精度较高的分析方法之一。这种方法就 是利用振型分解的概念，以单质点体系在地震作用下的反 应理论为基础，先求出对应于每一个振型的最大地震作用 及其相应的地震作用效应，然后将这些效应进行组合，求 得网架杆件的最大地震反应。网架抗震设防烈度为８度， 设计基本加速度为０．２０ ｇ。在多遇地震下，水平地震的影 响系数最大值为０．１６，特征周期为０．３５ ｓ。 ２．２．２杆件内力计算结果 （ａ）上、下弦杆计算位置 （ｂ）腹杆计算位置 圈３计算杆件的选取位置 网架结构为对称结构，故取１／４模型，虚线部分内力 提取杆件，如图３所示。计算内力结果见表３～５。 表３ ２４ ｍ×２４ ｍ网架杆件内力 ／ｋＮ 衰４ ３６ ×３６ｍ朗架杆件内力 ／ｋＮ ２．２．３动内力系数 为能定量的表述网架竖向地震内力分布规律，引入网 架动内力系数 ＝ ｌＳＥ Ｉ 式中 一第ｉ根杆的动内力系数； Ｓ 一网架第ｉ根杆的动内力； Ｓ 一网架第ｉ根杆的静内力。 从公式（１）可以看出，动内力系数为杆件在竖向地震作 用下的动内力除以在重力荷载代表值作用下静内力而得到 的值，其意义与抗震规范中的竖向地震作用系数相似，但 二者量值不同。 表５ ４８ ｍ ｘ４８ ｍ网架杆件内力 ／ｋＮ ｌ６－０ ｌ６－０ １４．０ １４．ｏ 籁１２．０ １２．０ １０．０ ｌＯ．０ Ｒ ８．０ ８．０ 亲爱 ６．０ ４．０ ２．０ ２．Ｏ Ｏ．０ ０．０ 跨度比 跨度比 （ａ）上弦横向跨中 （ｂ）下弦横向跨中 跨度比 （ｃ）对角线方向腹杆 圈４三种跨度网架内动力系数 图４所示为不同跨度网架的动内力系数分布。分析表 明，网架结构竖向地震内力系数的分布是有明显规律的： 无论是上下弦还是腹杆的动内力系数值都是在网架边缘附 近较小，向跨中逐渐增大，在中点附近达到峰值。 ［ＩＤ：０００９１３］ 参考文献： ［１］ 陈扬骥，赵源，丁文其．空间网架结构竖向抗震性能的简化计算 ［Ｊ］．同济大学学报，１９９４，３９（２）． ［２］ 姚谏，董石麟．钢网架和钢网壳结构中杆件截面的简捷设计法 ［Ｊ］．空间结构，１９９７，４（１）． ［３］ 自学丽．多点输入下大跨空间网格结构地震响应及构件可 靠度分析［Ｄ］．南京：东南大学，２００６． ［４］ 叶正强，杜向荣，蔡志勇．结构竖向地震作用的计算方法［Ｊ］． 江苏建筑，１９９９，１９（１）． ［５］ 张文福，刘文洋，刘迎春．网架结构拟夹层板法的有限元验证 ［Ｊ］．计算力学学报，２００５，２２（４）． ［６］ 北京金土木软件技术有限公司．ＳＡＰ２０００中文版使用指南 ［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００６． 李忠献，林伟，丁阳．大跨度空间网格结构多点随机地震反 应分析［Ｊ］．地震工程与工程振动，２００６，２６（１）． ［８］ 张文福，等．正交正放类网架结构地震作用下的有限元分析 ［１］．大庆石油学院学报，２００４，２８（３）．
