1、 維普資訊 “ 雜 交” 優(yōu)化 ， 共 添加 了 根腹 桿 ， 控 制 弦桿 的最 大 截 面尺寸 。 表 增加腹桿前后桿件 內(nèi)力、 應(yīng)力設(shè)計(jì)值比較 圖 下弦貫通 一 最大彎矩 帆 最大彎矩 軸力 應(yīng)力設(shè)計(jì)值 設(shè)計(jì)強(qiáng)度 牛 兀 虧 粗線(xiàn) ） ， 如此處理使下 弦連續(xù)貫通內(nèi)墻 ， 改善了下 弦受 力。 局 部匯 交力 系優(yōu)化 加桿前 加桿后 加桿前 加桿后 （ ， 對(duì)比 減小 增大 增大 減小 壁厚 ） 由多面體構(gòu)成的三維空間切割生成 的未經(jīng)任何修 改的“ 純凈” 結(jié)構(gòu) ， 在水平面（ 如屋蓋下弦） 和垂直面（ 如 墻體 內(nèi)弦） 相交的邊線(xiàn)上 ， 節(jié)點(diǎn)匯交的桿件均為弦桿 ， 沒(méi)有 腹桿 ， 類(lèi)似

2、 于框 架 的邊柱 節(jié)點(diǎn) ， 相交 的屋蓋下 弦 和 對(duì)比 減少 減少 增大 減小 鉸接計(jì)算處理優(yōu)化 局部“ 雜交” 可有效改善受力較 大桿件 的受力狀 態(tài)， 使其 向匯交力系轉(zhuǎn)化 ， 但這是以犧牲結(jié)構(gòu)的規(guī)律性 和增加 節(jié)點(diǎn) 匯 交桿件 數(shù) 為代 價(jià) 的 ， 同時(shí) 某些 高應(yīng) 力 桿 墻體內(nèi)弦彎矩非常大 ， 出現(xiàn)畸形內(nèi)力 ， 主要分布在大跨 屋 蓋下 弦邊緣 ， 見(jiàn) 圖 中橢 圓區(qū)域 。 為有效減小相交的屋蓋下 弦和墻體 內(nèi)弦彎矩 ， 在 幾何構(gòu)成允許的條件下 ， 從交界處彎矩較大 的屋蓋下 弦桿件前端節(jié)點(diǎn)拉一根腹桿連接到 內(nèi)部腹層節(jié)點(diǎn) ， 從 而改變傳力路徑 ， 降低原屋蓋下弦的彎矩。該新增

3、腹 桿與原有各桿件 的夾角不可太小 ， 否則會(huì)對(duì)施工造成 困難 。 件的幾何構(gòu)成無(wú)法直接采用 “ 雜交” 。此時(shí)， 若單純加 大桿件截面， 則桿件剛度增加 ， 吸收 內(nèi)力增加 ， 應(yīng)力水 平很難降低 ， 類(lèi)似高層建筑 中主要 吸收水平荷 載的連 梁 。為消除這些桿件 的高應(yīng)力 ， 可采用增大其周 圍桿 件截面的思路來(lái)實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于新型多面體空間剛架結(jié) 構(gòu)不能象簡(jiǎn)單的框架結(jié)構(gòu)那樣很容易地判斷需要加強(qiáng) 的構(gòu)件 ， 采 用手 工調(diào) 整 試算 來(lái) 確 定 該 加 大 哪些 桿 件 的 截 面幾 乎是 不 可能 的 ， 因?yàn)?調(diào)整 一 個(gè) 桿 件 的 截 面會(huì) 影 響到相 鄰很 多 桿件 的受力 。 在屋

4、蓋和墻體相交的區(qū)域 附加部分腹桿， 適 當(dāng)構(gòu) 成匯交力系 ， 合理“ 雜交” ， 使整體結(jié)構(gòu)受力均勻 ， 是這 一 新 型 空間結(jié) 構(gòu)優(yōu)化 的另一 重要 內(nèi)容 。 圖 中屋 蓋 下 弦桿 件 和 （ 粗 實(shí)線(xiàn) 所 示 ） 主彎矩 在增 加 根腹 桿 （ 粗 虛線(xiàn) 所 示 ） 后 大幅下 降 （ 號(hào) 桿 彎 矩 降低 幅 度 達(dá) ） ， 軸力雖有所增 大（ 號(hào) 桿 軸 力 增 大 幅 度 ） ， 但應(yīng)力水平 明顯下 降（ 見(jiàn)表 ） 。經(jīng)過(guò) 這樣 計(jì)算中采取將個(gè)別內(nèi)力特別高的桿件兩端設(shè)為鉸 接 的計(jì)算處理優(yōu)化 ， 然后用程序 自動(dòng)迭代計(jì)算 并優(yōu)化 調(diào)整桿件 ， 從而使其周?chē)鷧^(qū)域內(nèi)的相應(yīng)桿件得 以加

5、強(qiáng) （ 如圖 所示） ， 這樣 就 找 出了 自動(dòng) 優(yōu)化 桿件截面擴(kuò)散內(nèi)力 的方法。調(diào)整結(jié)束 ， 重新將 原高內(nèi)力桿件從鉸接改回剛接 ， 就有效地降低 了實(shí)際桿件剛接時(shí) 的應(yīng)力水平 ， 取得 了很好的 效果。 （ ） 屋蓋下弦貫通及 受力較大 的桿件分布 【 ） 高應(yīng) 力桿件處增 加腹桿 圖 下 弦貫通和局部增加腹桿“ 雜交” 優(yōu)化 圖 鉸接處理 維普資訊 這個(gè) 優(yōu) 化 思 路 也 可 通 過(guò)設(shè) 置 單 元 “ 死 活” 來(lái) 完成 ， 即將高應(yīng)力單元先 設(shè)置 為 “ 死” ， 相 當(dāng) 于取 消 該桿件 ， 自動(dòng)迭代計(jì)算加 強(qiáng) 周 圍桿 件 ， 然 后再 激 活 “ 死” 單元 ， 重 新 計(jì)算

6、 即可 少 （ ） 擴(kuò)大節(jié)點(diǎn) 區(qū) （ ） 桿端 貼焊鋼板 （ ） 變截面桿 有效降低桿件應(yīng)力。 由于 在 這 些 應(yīng) 力 特 圖 強(qiáng) 節(jié) 點(diǎn) 弱 桿 件 處 理 別高的桿件設(shè) “ 鉸接” 或 “ 死” 的狀 態(tài) 下 ， 對(duì)其 周 圍 桿件進(jìn)行了加強(qiáng) ， 因此 ， 這些高應(yīng)力桿件屈服或破壞 后， 其它桿件仍可可靠地傳遞荷載 ， 如此設(shè)計(jì)優(yōu)化還達(dá) 到了在結(jié) 構(gòu)受 力特別 大 的 區(qū)域 設(shè)置 二道 防線(xiàn) 的 目的 。 面桿 ， 使截面承載力與彎矩 圖最接近的點(diǎn)離開(kāi)連接 焊縫一段距離， 或選用等截面桿在端部局部加強(qiáng)形成 加強(qiáng)節(jié) （ 圖 ） ， 以降低焊縫處 的彎曲應(yīng)力。設(shè)計(jì)中采 取的主要方法是 ： 桿

7、件最大應(yīng)力一 的等截面 桿采 取 桿 端 貼 板 加 強(qiáng) 的措 施 ， 貼板設(shè)計(jì) 在 關(guān) 于框 架 梁 端 貼 板 設(shè) 計(jì) 建 議 的基 礎(chǔ) 上 有 所 改 進(jìn)， 有關(guān)專(zhuān)項(xiàng)試驗(yàn)研究和計(jì)算公式見(jiàn)另文 。 節(jié)點(diǎn) 區(qū)經(jīng)過(guò)加 強(qiáng)處 理 ， 在 罕遇 地震 作用 下 ， 可 確保 焊縫 不 開(kāi) 裂 ， 焊接區(qū)鋼材不脆斷 ， 從 而實(shí) 現(xiàn) 塑 性 鉸 外 移， 達(dá) 到延性 抗震 設(shè)計(jì) 。 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件優(yōu)化 本工程 結(jié)構(gòu) 內(nèi)部 腹 層 的節(jié) 點(diǎn)采 用 球 節(jié) 點(diǎn) 、 表 面 弦 層節(jié)點(diǎn)采用切去球冠 的半球節(jié)點(diǎn)、 建筑內(nèi)外邊線(xiàn)則采 用 以邊線(xiàn) 桿 件 為母 桿 的相 貫 焊 接 節(jié) 點(diǎn) （ 圖 ） 。 節(jié)點(diǎn)

8、區(qū)多桿焊 接 ， 應(yīng) 力 比較復(fù) 雜 ， 同時(shí) 由于本 工程 為空 間剛 架結(jié)構(gòu) ， 桿件兩端彎矩較大 ， 彎 曲應(yīng)力在節(jié)點(diǎn)焊縫處最 高， 因此 對(duì)節(jié) 點(diǎn) 區(qū)進(jìn) 行優(yōu) 化是 十分必 要 的 。 首先 ， 在節(jié) 點(diǎn)設(shè) 計(jì)計(jì) 算 中 ， 對(duì)節(jié)點(diǎn) 的應(yīng)力水 平進(jìn) 行 限制 ， 對(duì) 于節(jié)點(diǎn) 交匯 桿件最 大應(yīng) 力 （ 為 鋼 結(jié) 語(yǔ) 國(guó)家游 泳 中心“ 水 立方 ” 采用 了基 于理論 物理 學(xué) 中 的泡沫 理論衍 生 出來(lái) 的 多 面體 空 間剛 架 結(jié)構(gòu) ， 是一 種 材設(shè)計(jì)強(qiáng)度） 的節(jié)點(diǎn) ， 取節(jié)點(diǎn)應(yīng)力設(shè)計(jì)值 為 。 ； 對(duì) 于交匯 桿件最 大應(yīng) 力 。 的節(jié) 點(diǎn) ， 取 節(jié)點(diǎn) 應(yīng) 新型的空間結(jié)

9、構(gòu)體系， 國(guó)內(nèi)外 尚屬首次應(yīng)用 ， 這種新型 空間結(jié) 構(gòu) 的設(shè) 計(jì)優(yōu) 化 復(fù) 雜 于常 規(guī) 網(wǎng)架 結(jié)構(gòu) ， 通過(guò) 本 文 的研 究得 到了 以下 結(jié)論 ： 力設(shè)計(jì)值為 。 確保節(jié)點(diǎn)應(yīng)力水平低 于其上匯交桿件的應(yīng)力水平 ， 實(shí)現(xiàn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件 。 根據(jù)桿件彎矩直線(xiàn)分布的規(guī)律 ， 桿端彎矩大， 跨中 彎矩小或?yàn)榱?， 可將桿件設(shè)計(jì) 為兩端大 中間小 的變截 （ ） 新型結(jié)構(gòu)體系的幾何構(gòu)成是具體工程 中結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 的重要 優(yōu)化 內(nèi)容 。 （ ） 有抗震設(shè) 防要求的新型多面體空間剛 架 結(jié)構(gòu) ， 宜 對(duì)不 同部 位 的桿件 選 用 不 同 的控 制 應(yīng)力水平 ， 墻體桿件 的應(yīng)力水平宜 比屋蓋桿件 低，

10、 以實(shí)現(xiàn) “ 強(qiáng)墻 弱蓋 ” 。 （ ） 綜合考慮截 面延性 、 施工簡(jiǎn)便等 因素， 結(jié)構(gòu) 的 桿 件 不 宜 采 用 加 勁 肋 截 面 ， 而 宜 采 用 “ 緊湊型” 截面， 即滿(mǎn)足 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī) 范 （ ） 和 建筑結(jié) 構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （ ） 中對(duì)于截 面板件寬厚比的最大 限 值。 （ 下轉(zhuǎn) 第 頁(yè)） 圖 節(jié)點(diǎn)種類(lèi) 維普資訊 應(yīng)按偏 拉 構(gòu)件設(shè) 計(jì) ， 配 筋予 以加強(qiáng) 。 抗震設(shè)計(jì)建議 從 以上 的 比較 、 分析 ， 可 以看 到帶 現(xiàn) 澆 斜 樓 蓋 結(jié) （ ） 現(xiàn)澆斜樓 蓋較大的軸向剛度及平面 內(nèi)剪 切剛 度引起其上下端連接的豎向構(gòu)件在地震作用下內(nèi)力有 所增 大 ， 應(yīng)予 以加

11、 強(qiáng) ， 特別 是 下端 連接 的框架 柱軸 力急 劇增 大 ， 應(yīng)對(duì)其 軸 壓 比 、 配筋、 構(gòu) 造從 嚴(yán)控制 。 構(gòu)， 由于現(xiàn)澆斜樓蓋與結(jié)構(gòu)層連接 ， 影 響整體結(jié)構(gòu)的動(dòng) 力特性 ， 改變了地震作用下該結(jié)構(gòu) 內(nèi)部各結(jié) 構(gòu)構(gòu)件 的 受力 狀態(tài) 。建議 工程 抗震設(shè) 計(jì) 中對(duì)此 類(lèi)結(jié) 構(gòu) 注意 以下 幾個(gè) 方面 ： （ ） 為確保帶現(xiàn)澆斜樓蓋結(jié)構(gòu)整體抗震性能 ， 斜樓 蓋下端 相 連樓 層 樓蓋 宜貫通 。 （ ） 帶 現(xiàn)澆 斜 樓 蓋 的結(jié) 構(gòu) 計(jì) 算 分析 應(yīng) 選 用 能 正確 （ ） 現(xiàn)澆斜 樓 蓋 增 大結(jié) 構(gòu) 兩 個(gè) 正 交 方 向 抗側(cè) 剛度 反映此類(lèi)結(jié)構(gòu)在地震作用下工作性能的計(jì)

12、算軟件。 參 考 文 獻(xiàn) 傅學(xué)怡 高層建筑結(jié)構(gòu) 中現(xiàn)澆樓梯 對(duì)結(jié)構(gòu)抗 側(cè) 剛度 的影 響分析 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào) ， ， （ ） 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 的同時(shí) ， 引起了結(jié)構(gòu) 剛度偏 心及結(jié)構(gòu)層剛度沿豎向突 變， 結(jié)構(gòu)布置時(shí)應(yīng)注意加 以調(diào)整改善。 （ ） 水 平地震 作用 下 ， 現(xiàn)澆斜 樓蓋 連 接 的結(jié) 構(gòu)層 中 各水平構(gòu)件包括現(xiàn)澆斜樓蓋的梁 、 板承受較大的軸力 ， （ 上接第 頁(yè)） （ ） 圓鋼管在雙 向彎 曲下的彎曲應(yīng)力 ， 不應(yīng)按規(guī)范 公 式將 兩向 的應(yīng)力 直 接 相 加 ， 應(yīng) 采 用平 方 和開(kāi) 方 來(lái) 計(jì) 成優(yōu)化 建筑結(jié) 構(gòu)學(xué)報(bào) ， ， （ ） ： 中建 總公 司國(guó)家游泳 中心設(shè) 計(jì)

13、聯(lián) 合體 國(guó)家游 泳 中心初 步設(shè)計(jì) 報(bào)告 傅 學(xué)怡 ， 顧磊 ，施永芒 ， 邢 民奧運(yùn)國(guó)家游泳中心結(jié) 構(gòu)設(shè) 計(jì) 簡(jiǎn)介 土木工程學(xué)報(bào) ， ， （ ） ： 陳賢川 ， 趙 陽(yáng)，顧磊 ， 傅學(xué)怡 ， 董石麟 新 型多面體空 間 剛架結(jié) 構(gòu) 的 建模 方法 研 究 浙 江 大學(xué) 學(xué)報(bào) ， ， （ ） ： 算彎曲應(yīng)力 。 （ ） 受力較大 區(qū)域適 當(dāng)添加桿件 ， 改變傳力路經(jīng) ， 合理“ 雜交” ， 可直接有效地降低該區(qū)域桿件 的應(yīng)力水 平。 （ ） 適 當(dāng)加強(qiáng)周?chē)鷹U件 的截面也可有效地改善高 應(yīng)力桿件的受力狀態(tài) ， 分散 內(nèi)力。方便可行 的方法是 將單元設(shè)置為“ 鉸接” ， 進(jìn)行迭代計(jì)算和截面優(yōu)化調(diào)整。 （ ） 對(duì) 于桿 端 承 受 彎 矩 的桿 件 ， 特別 是 在 地 震 區(qū) ， 應(yīng)采取有效措施實(shí)現(xiàn)“ 強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件” ， 同時(shí)宜采取桿 端貼 板加強(qiáng) 等有 效措 施 ， 避免連 接 焊縫 區(qū)脆性 破壞 。 參 考 文 獻(xiàn) 余衛(wèi)江 ， 王武斌 ， 顧 磊等 新型 多 面體