大跨度索支承實(shí)實(shí)腹式門(mén)式式剛架鋼結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)用研研究提要：本文針針對(duì)普通大大跨度實(shí)腹腹式門(mén)式剛剛架隨著跨跨度的增大大經(jīng)濟(jì)性指指標(biāo)下降的的問(wèn)題，提提出了索支支承實(shí)腹式式門(mén)式剛架架結(jié)構(gòu)體系系。索支承承實(shí)腹式門(mén)門(mén)式剛架只只須通過(guò)伸伸長(zhǎng)撐竿施施加預(yù)應(yīng)力力，比較于于其他需要要張拉鋼索索的預(yù)應(yīng)力力鋼結(jié)構(gòu)它它是一種節(jié)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡(jiǎn)簡(jiǎn)單、施工工簡(jiǎn)便，預(yù)預(yù)應(yīng)力效果果明顯的結(jié)結(jié)構(gòu)。本文文詳細(xì)分析析了這種結(jié)結(jié)構(gòu)的受力力性能，施施工工藝和和主要結(jié)點(diǎn)點(diǎn)構(gòu)造。通通過(guò)對(duì)某772m跨度度的糧食倉(cāng)倉(cāng)庫(kù)采用索索支承門(mén)式式剛架的實(shí)實(shí)例計(jì)算，得得出了一些些有實(shí)用意意義的結(jié)論論和建議，為為工程設(shè)計(jì)計(jì)和施工提提供了參考考。

關(guān)鍵鍵詞：大跨跨度索支承實(shí)實(shí)腹式門(mén)式式剛架一、概述我國(guó)有多例例跨度60~72米的實(shí)腹式式輕鋼門(mén)式式剛架工程程，包括湛湛江港從美美國(guó)引進(jìn)的的60米跨的保稅稅倉(cāng)庫(kù)、北北京西郊機(jī)機(jī)場(chǎng)從美國(guó)國(guó)引進(jìn)的一一座跨度772米的飛機(jī)庫(kù)庫(kù)，和國(guó)內(nèi)內(nèi)自行設(shè)計(jì)計(jì)大連72米門(mén)式剛架架糧倉(cāng)儲(chǔ)備備庫(kù)，跨度度再大的就就非常少見(jiàn)見(jiàn)。這是因因?yàn)殡S著跨跨度的增大大，剛架梁梁的撓度和和梁柱節(jié)點(diǎn)點(diǎn)彎矩顯著著增加，對(duì)對(duì)剛架起控控制作用的的往往是剛剛架梁的跨跨中撓度，這這時(shí)候采用用較高強(qiáng)度度的鋼材不不能解決問(wèn)問(wèn)題，須要要加大剛架架截面。此此時(shí)，增大大截面是為為了控制變變形，沒(méi)有有充分利用用鋼材的強(qiáng)強(qiáng)度。

因此普通通大跨度實(shí)實(shí)腹式門(mén)式式剛架用鋼鋼量大幅度度增加，經(jīng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)標(biāo)大大下降降，削弱了了輕鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)自重輕這這一優(yōu)勢(shì)。國(guó)國(guó)內(nèi)自行設(shè)設(shè)計(jì)的大連連72米門(mén)式剛架架糧倉(cāng)儲(chǔ)備備庫(kù)，最大大截面已達(dá)達(dá)到18000Ⅹ300Ⅹ12Ⅹ14，用鋼量量（僅剛架架部分，不不包括圍護(hù)護(hù)結(jié)構(gòu)）達(dá)達(dá)到49..7kg//m2[99]。

針對(duì)對(duì)上述問(wèn)題題，目前有有幾種解決決方法，例例如采用預(yù)預(yù)應(yīng)力格構(gòu)構(gòu)式門(mén)式剛剛架、在普普通實(shí)腹式式門(mén)式剛架架柱頂布置置直線式預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼索索。但是預(yù)預(yù)應(yīng)力格構(gòu)構(gòu)式剛架對(duì)對(duì)部分桿件件施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼索的的布置比較較復(fù)雜，節(jié)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造繁繁瑣給施工工帶來(lái)不便便。門(mén)式剛剛架柱頂布布置直線式式鋼索須待待剛架整體體安裝完畢畢后張拉鋼鋼索施加預(yù)預(yù)應(yīng)力，無(wú)無(wú)法避免高高空作業(yè)。而而且剛架中中直線式預(yù)預(yù)應(yīng)力索的的效率往往往不能充分分發(fā)揮作用用，而且預(yù)預(yù)應(yīng)力對(duì)梁梁的平面內(nèi)內(nèi)穩(wěn)定非常常不利。

為了增增加斜梁剛剛度，并降降低結(jié)構(gòu)用用鋼量，本本文提出了了索支承實(shí)實(shí)腹式門(mén)式式剛架這種種新型預(yù)應(yīng)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)形式。二、索支承實(shí)腹腹式門(mén)式剛剛架的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式和施施工工藝索支承門(mén)式式剛架梁下下的拉索通通過(guò)三根豎豎撐桿與剛剛架梁發(fā)生生作用，此此時(shí)的拉索索不僅僅是是給結(jié)構(gòu)施施加預(yù)應(yīng)力力的手段，而而且成為剛剛架橫梁的的下弦桿，較較傳統(tǒng)采用用的緊貼剛剛架梁下弦弦布置預(yù)應(yīng)應(yīng)力索的方方式具有更更大的結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度。鋼鋼拉索兩端端錨固在剛剛架柱頂，梁梁跨中屋脊脊位置設(shè)置置一道撐竿竿，視剛架架跨度和所所需預(yù)應(yīng)力力大小可在在半跨內(nèi)再再各設(shè)一道道，其中拉拉索采用高高強(qiáng)度鋼絞絞線，撐竿竿采用雙層層的套絲鋼鋼套管，通通過(guò)旋動(dòng)鋼鋼套管的外外管使撐竿竿伸長(zhǎng)（圖圖1和圖2）。索支承實(shí)腹腹式門(mén)式剛剛架的特點(diǎn)點(diǎn)在于施加加預(yù)應(yīng)力的的方法有兩兩種：可以以直接張拉拉鋼索施加加預(yù)應(yīng)力，也也可以通過(guò)過(guò)伸長(zhǎng)撐竿竿施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力。后一一種預(yù)應(yīng)力力施加方法法是靠旋長(zhǎng)長(zhǎng)鷗死詞迪迪值模髦С懈占蓯┘釉びα褪峭ü宋斐こ鷗屠屠湊漚艉屠屠じ炙魘垢垢炙髦脅びαΦ墓獺＠髟は讓淘謚サ牧優(yōu)Ｍ戎校校ㄍ?），旋長(zhǎng)長(zhǎng)撐竿必然然撐緊拉索索，也就給給拉索施加加了預(yù)拉力力。由于撐撐竿所受的的力是拉索索預(yù)應(yīng)力的的豎向分力力，而拉索索于豎直方方向夾角接接近90度，所以以此分力相相比于拉索索預(yù)應(yīng)力非非常小。而而旋轉(zhuǎn)撐竿竿本身又是是利用杠桿桿原理，這這樣施加預(yù)預(yù)應(yīng)力是便便不需要張張拉設(shè)備，采采用電動(dòng)扳扳手甚至于于人工便可可完成。

由于預(yù)預(yù)應(yīng)力的大大小隨鋼索索的伸長(zhǎng)量量變化，而而鋼索的伸伸長(zhǎng)量可以以通過(guò)撐竿竿的伸長(zhǎng)來(lái)來(lái)控制，因因此預(yù)應(yīng)力力水平易于于控制，同同時(shí)改變撐撐竿的數(shù)目目和位置就就可以控制制加在剛架架梁上的向向上的頂力力。

索索支承剛架架的梁柱節(jié)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造與與普通剛架架相同，但但是撐竿和和鋼索、撐撐竿和梁以以及鋼索和和剛架的連連接節(jié)點(diǎn)需需要作特殊殊處理。兩兩端帶有反反向螺紋的的鋼管撐桿桿一端通過(guò)過(guò)焊接與鋼鋼梁相連（圖4），另一端焊接在槽形夾片上通過(guò)螺栓與拉索相連（圖3）。鋼索通過(guò)多孔夾片錨具錨固在柱牛腿上（圖5）。撐竿和梁下翼緣以及槽形夾片的焊接都應(yīng)采用工廠焊接以保證質(zhì)量。三、索支承大跨跨度門(mén)式剛剛架的力學(xué)學(xué)性能與一般預(yù)應(yīng)應(yīng)力結(jié)構(gòu)一一樣預(yù)應(yīng)力力調(diào)整了剛剛架梁、柱柱受力狀態(tài)態(tài)，降低了了外荷載作作用下的內(nèi)內(nèi)力峰值和和剛架梁的的跨中撓度度，從而使使預(yù)應(yīng)力剛剛架比普通通剛架的內(nèi)內(nèi)力和變形形有大幅度度下降，提提高了剛架架的承載力力、增大了了結(jié)構(gòu)剛度度。從剛架架梁柱節(jié)點(diǎn)點(diǎn)和梁跨中中彎矩在受受力全過(guò)程程三個(gè)階段段的變化（圖7）不難看出索支承剛架三個(gè)階段的受力就是加載——卸載——再加載的過(guò)程。

索支撐門(mén)式式剛架除了了具有傳統(tǒng)統(tǒng)預(yù)應(yīng)力結(jié)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)結(jié)結(jié)構(gòu)剛度、降降低柱頂彎彎矩及柱腳腳反力的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)外，還還具有一些些自身的特特點(diǎn)：

（1）較傳統(tǒng)預(yù)預(yù)應(yīng)力門(mén)式式剛架預(yù)應(yīng)應(yīng)力效果更更明顯、具具有更大的的承載能力力

施加加預(yù)應(yīng)力后后，不難從從剛架內(nèi)力力圖（圖3）上看出出，不僅鋼鋼拉索對(duì)柱柱頂產(chǎn)生向向內(nèi)的拉力力，同時(shí)與與傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)應(yīng)力結(jié)構(gòu)比比較撐竿還還對(duì)剛架產(chǎn)產(chǎn)生向上的的頂力。向向上的頂力力能夠抵消消很大一部部分豎向外外荷載，因因此施加了了預(yù)應(yīng)力后后的索支撐撐門(mén)式剛架架承受外荷荷載后，梁梁柱中最終終彎矩減小小甚至反號(hào)號(hào)。

預(yù)預(yù)應(yīng)力鋼索索和撐竿的的內(nèi)力隨著著外荷載的的施加而變變化（圖8和圖9），在起起控制作用用的豎向荷荷載作用下下鋼索和撐撐竿的內(nèi)力力有顯著增增加，對(duì)整整個(gè)剛架承承受更大的的外荷載起起到很大作作用。

（2）較傳統(tǒng)預(yù)預(yù)應(yīng)力門(mén)式式剛架結(jié)構(gòu)構(gòu)具有更大大的結(jié)構(gòu)剛剛度

拉拉索不僅僅僅給結(jié)構(gòu)施施加了預(yù)應(yīng)應(yīng)力，而且且成為剛架架橫梁的下下弦桿，無(wú)無(wú)疑較傳統(tǒng)統(tǒng)采用的緊緊貼剛架梁梁下弦布置置預(yù)應(yīng)力索索的方式具具有更大的的結(jié)構(gòu)剛度度。

此外，在在豎向荷載載作用下，索索支承剛架架的撐竿和和鋼拉索分分別對(duì)剛架架梁和柱起起到彈性支支撐的作用用，增強(qiáng)了了剛架特別別是梁的剛剛度。

（3）避免剛剛架梁在平平面內(nèi)失穩(wěn)穩(wěn)

對(duì)于于一般屋面面坡度較小小的實(shí)腹剛剛架來(lái)說(shuō)，剛剛架橫梁的的軸向力較較小，所以以設(shè)計(jì)時(shí)不不需驗(yàn)算橫橫梁的平面面內(nèi)穩(wěn)定承承載力，而而橫梁的平平面外的穩(wěn)穩(wěn)定性則靠靠檁條和隅隅撐來(lái)保證證。預(yù)應(yīng)力力門(mén)式剛架架中的橫梁梁面外穩(wěn)定定性同樣靠靠檁條和隅隅撐來(lái)保證證，但其面面內(nèi)的力學(xué)學(xué)性能與一一般剛架不不同。因?yàn)闉槔髦械牡念A(yù)拉力在在使剛架梁梁產(chǎn)生上拱拱變形的同同時(shí)，還給給斜梁施加加了一個(gè)較較大的軸向向壓力，這這樣斜梁就就成為一個(gè)個(gè)典型的壓壓彎構(gòu)件，其其穩(wěn)定問(wèn)題題不容忽視視。而索支支承門(mén)式剛剛架結(jié)構(gòu)則則很好的解解決了這一一問(wèn)題：索索支承結(jié)構(gòu)構(gòu)中的拉索索通過(guò)豎撐撐竿桿不僅僅給剛架施施加了預(yù)應(yīng)應(yīng)力，而且且豎桿端部部也成為了了剛架梁在在剛架平面面內(nèi)的一個(gè)個(gè)彈性支承承點(diǎn)，這樣樣剛架橫梁梁在平面內(nèi)內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)計(jì)算長(zhǎng)度便便可大為折折減。布置置若干個(gè)這這樣的豎桿桿便可保證證了剛架梁梁平面內(nèi)的的穩(wěn)定性[2]。四、實(shí)例分析為分析索支支撐實(shí)腹式式門(mén)式剛架架的受力性性能，本文文對(duì)跨度772m，檐檐口高度224m，柱柱距9m，屋面面坡度1：20的某糧食食倉(cāng)庫(kù)采用用索支撐門(mén)門(mén)式剛架進(jìn)進(jìn)行了計(jì)算算。

考慮到到撐竿在施施加預(yù)應(yīng)力力過(guò)程中伸伸長(zhǎng)量很大大，計(jì)算時(shí)時(shí)應(yīng)考慮大大變形。本本文采用幾幾何非線性性方法進(jìn)行行計(jì)算，以以一榀剛架架為單元，按按平面結(jié)構(gòu)構(gòu)處理。

施施工過(guò)程中中剛架的實(shí)實(shí)際受荷過(guò)過(guò)程分三個(gè)個(gè)階段：

第第一階段——?jiǎng)偧茉诂F(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)拼裝完完成后，此此時(shí)剛架只只承受自重重。

第二階階段——?jiǎng)偧芷囱b裝后，安裝裝鋼拉索和和撐竿，然然后旋撐竿竿施加預(yù)應(yīng)應(yīng)力，此時(shí)時(shí)剛架同時(shí)時(shí)承受自重重和預(yù)應(yīng)力力。

第三階階段——?jiǎng)偧茉谡Ｊ褂秒A階段承受全全部使用荷荷載。

因此此，剛架受受力性能分分析計(jì)算按按照以上三三個(gè)階段進(jìn)進(jìn)行。

剛架在正正常使用階階段的荷載載最不利組組合考慮以以下幾種計(jì)計(jì)算工況：：

（1）1.2恒荷載+1.4活荷載

（2）1.0恒荷載+1.4風(fēng)荷載(向右)

（3）1.2恒荷載+1.4風(fēng)荷載（向向右）

（4）1.2恒荷載+1.44×0.885（活荷載+風(fēng)荷載(向右)）

通過(guò)過(guò)仔細(xì)分析析表1中數(shù)據(jù)和和不同階段段剛架內(nèi)力力變化圖可可以看出，施施加了預(yù)應(yīng)應(yīng)力后的梁梁柱節(jié)點(diǎn)彎彎矩由自重重作用下的的-5033.67KKNm增至217..03KNNm，梁跨中中彎矩由313..78KNNm減至-3655.96KKNm（圖7）。此時(shí)時(shí)剛架梁柱柱的內(nèi)（應(yīng)應(yīng)）力幾乎乎與豎向荷荷載作用下下的內(nèi)（應(yīng)應(yīng)）力反號(hào)號(hào)，預(yù)應(yīng)力力對(duì)剛架起起到了很好好的卸載作作用，而且且剛架梁柱柱的應(yīng)力均均不大（表表1）。剛架架承受外荷荷載作用時(shí)時(shí)，雖然2、3兩種荷載載組合作用用下由于風(fēng)風(fēng)荷載對(duì)屋屋蓋向上的的吸力作用用，剛架的的內(nèi)力在施施加預(yù)應(yīng)力力后的內(nèi)力力基礎(chǔ)上略略有增加，但但結(jié)果表明明這兩種工工況引起的的最終內(nèi)力力都不起控控制作用。在在豎向荷載載作用下，剛剛架梁柱節(jié)節(jié)點(diǎn)和跨中中內(nèi)力分別別由第二階階段的217..03KNNm和-3655.96KKNm逐漸變到-12773.122KNm和116..05KNNm（圖7）。

施施加預(yù)應(yīng)力力后剛架梁梁的跨中撓撓度由自重重作用下的的180..2mm（向向下）變?yōu)闉?63..2mm（向向上），柱柱頂側(cè)移由由7.2mmm（向外外）變?yōu)?18.8mmm（向內(nèi)內(nèi)）（表1）。

對(duì)對(duì)截面進(jìn)行行進(jìn)一步優(yōu)優(yōu)化后，上上述72mm跨度的糧糧倉(cāng)采用索索支承預(yù)應(yīng)應(yīng)力門(mén)式剛剛架用鋼量量（僅為剛剛架部分，未未包括鋼拉拉索和撐竿竿）為322.2kkg/m2，比原來(lái)來(lái)用普通門(mén)門(mén)式剛架（文文獻(xiàn)[8]）節(jié)省用用鋼量約35％左右。即即采用撐竿竿和鋼索施施加預(yù)應(yīng)力力可以提高高大跨度門(mén)門(mén)式剛架的的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)標(biāo)，從而增增大門(mén)式剛剛架的經(jīng)濟(jì)濟(jì)適用跨度度。五、小結(jié)索支承實(shí)腹腹式門(mén)式剛剛架增大了了實(shí)腹式門(mén)門(mén)式剛架的的實(shí)用經(jīng)濟(jì)濟(jì)跨度，改改善了梁柱柱的受力性性能，提高高了承載能能力，增大大了整體剛剛度。與直直線式布索索的普通預(yù)預(yù)應(yīng)力剛架架比較索支支承剛架的的預(yù)應(yīng)力效效果更明顯顯，整體剛剛度更大，施施加預(yù)應(yīng)力力的方法施施工簡(jiǎn)便，容容易實(shí)現(xiàn)。參考文獻(xiàn)[1]鐘善桐桐編著.預(yù)應(yīng)力鋼鋼結(jié)構(gòu).哈爾濱工工業(yè)大學(xué)出出版社,19886

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