任昭军
陕西省燃气设计院有限公司（陕西 西安 710043）
摘要:空间钢管析架具有造型丰富、施工方便、受力简单等特点，在大跨度钢结构建筑中广泛应用。结合具体的大跨度工业厂房设计实例，主要对结构体系布置以及空间管析架设计进行简要的分析和研究。
关键词:大跨度钢结构;空间钢管析架;结构体系布置;工业厂房
大跨度空间管析架结构有着优美的空间形体，这一类结构受力合理、刚度大、重量轻、杆件单一、外形美观，近年来，在我国各省市体育场馆、会展中心等公共建筑中得到广泛应用，如上海洋山港南北闸桥项目、南通体育场、南京新火车站等都是典型的大跨度空间管析架结构体系.这里以洋山港南北闸桥项目为例，对其加工及安装技术展开研究及探索.
1工程概况
该项目是城市中一家大型钢铁厂的设计项目。生产需要，必须在原厂实施100m长的定长轨道生产线和改建工厂厂房的轨道表面高度为9 m，每座工厂建筑物中均安装了10吨中间作业。非轻型钢结构厂房，顶部装有吊车和天窗，施工场地相对较小，狭窄。 该项目的设计寿命为50年，重要的建筑类别为C类。建筑结构有两个安全级别，例如钢结构的防火级别和屋顶的防水性，级别也是2级，地震级别是根据6级设计的。
2结构选型和布置
本项目施工场地小，在施工期间不能影响正常运行。因此，作为考虑的结果，在该项目中只能采用空间管分析框架结构。该项目中使用的空间管分析框架具有出色的稳定性和抗弯刚度。外形美观大方，易于安装和吊装，结构轻巧，工作性能优异。但是，该项目的空间管分析框架属于单向力结构。平面外力的刚度和稳定性较差。设置支持主分析框架设置连接框架以连接到相邻的主分析框架。该结构具有类似的功能，普通屋顶结构的垂直支撑跨度具有上下字符串。这是在该项目中，三个水平的刚性拉杆，将放置在上下弦之间，同时放置在分析框架之间。
轴向支撑分别正确地定位在第16轴和第10轴上。屋顶支撑管材为Q235B无缝钢管，有两个主要模型，不要缩小114x4和76x3.5。这是各种支持系统与主要分析框架之间的联系，连接方式为焊接连接。
3吊机的选用以及吊装顺序
主分析框架由两台50履带式起重机（相同高度的起重机）吊起，根据以下性能，车辆未配备主杆和31 r。工作半径控制8Yue主钩的额定起重量为15OS，框架长度在运输杆上。在允许的前提下，从北到南的重量不得超过t，朝中心顺序安装。在分析架之间使用辅助分析架。25用汽车起重机吊装绳索，用吊装站吊装，从两端依次提升到两个主要拱门的主要分析框架之间的中心安装主分析机架，然后安装辅助分析机架。需要使用两台起重机将主分析框架从两端提升到中心。命令是向前的，合上中央龙，合上一侧，然后抬起另一侧。侧面，在中心封闭，辅助分析框架提升到主分析框架，固定后，将从两端抬起至中心以将其关闭。
4荷载的选取及工况组合
该项目的设计负荷是标准负荷，主要的相关负荷是静态负荷。负荷，活负荷，温度负荷，风负荷。 静载荷的标准值为1.0 kN /耐力顶板和玻璃屋顶，自重0.3 kN /耐力下弦悬挂悬吊负载；活载参考包括0.7 kN / m屋顶活载参考-值，雪荷载标准值0.78 kN / m-风荷载被认为是0.65kN / m-基本风压。组合载荷条件时，应考虑不同载荷的合理组合。值。 负载是因为项目所在区域的风压系数几乎为负。对于负载条件的组合，可以考虑适当折衷风载荷的局部系数。负载条件有12种组合，它们是用12种基本组合计算得出的。可以将它们相互比较，最后确定最不利的负载组合，专为不利的负载组合而设计。
5空间管析架的设计
当进行该结构设计时，本工程采用的计算分析软件为MST2CAD2005空间网格计算分析软件和ANSYS有限元分析软件，通过两种不同的分析软件进行对比分析。软件计算中，钢结构的自重可由软件自动得出。
5.1在进行软件分析建模时，考虑到了三种不同计算模型的对比，分别为所有杆件均为梁单元的计算模型、所有杆件均为杆单元的计算模型以及梁单元和杆单元混合使用的计算模型(上下弦杆件为梁单元，腹杆为杆单元)。通过对三种计算模型的对比分析，可以知道:无论采用梁单元还是杆单元，计算的结果并没有太大的区别，这主要是因为空间管析架在荷载的作用下，主要的受力形式为轴力，而弯矩相对而言较小。通过软件计算分析和对比，本工程最终确定采用的各种杆件的尺寸为:上弦杆为2小180 x 12，下弦杆为小180 x 12，腹杆为小114 x 4,
小89 x4,小76 x3.5。空间析架结构中采用的钢管均为无缝钢管。钢管杆件的材料为Q235 B和Q345 B两种，仅在端部两个网格的上下弦的钢管采用Q345 B材料。空间析架上下弦杆件的截面全长贯通，而腹杆通过焊接的方式连接上弦杆件和下弦杆件。上下弦杆采用统一的直径，尽量使接头的数量最少。当杆件的长度不够，需要进行杆件的连接时，应采用全熔透等强对接焊缝进行节点的连接。
5.2在传统做法中，对于节点的连接，通常是采用焊接或者螺栓球节点的方式，而本工程对空间管析架圆钢管的连接采用的是直接相贯焊接的节点连接方法，这种连接方式可以大大降低钢管结构的自重，提高其灵活性和美观性。对于整个结构体系承重性能而言，节点处的承载力起到了决定作用，因此在进行节点设计时，应加强重视。根据规范的规定，在进行空间管析架中KK,TT,TK等多平面受力情况计算和分析时，应选取合适的修正系数对节点的承载力进行修正，通常修正系数取为0. 9。本工程中，通过分析软件的计算可以得出:本空间管析架
结构中，所有相贯节点的设计均满足要求。
5.3本工程中，出于美观的考虑，在保证结构性能的基础上，采用将析架上弦和下弦的钢管连接在支座处的方式，同时将钢管的交点集中到一个焊接球上面，这种连接方式类似于网架的球铰支座，可以提高整体的美观效果。一般情况下，采用节点连接方式为利用原结构弦杆下加十字板或者钢管小短柱支座，而本工程中所采用的球铰节点的方式具有构造简单、灵活等特点，同时其受力形式与网架的球铰支座的受力形式一样，球铰支座已经具有较为成熟的计算公式，因此可以采用相同的受力原理和计算公式对其进行分析。
5.4抗震性能分析
采用反应谱法进行分析，并用时程分析方法进行了补充计算。抗震设防烈度为7度((0.15护，设计地震分组为第二组，建筑场地类别为II类。根据抗震规范，查得场地特征周期T} 0.45 s。水平地震影响系数最大值取0.08，竖向地震影响系数取水平地震影响系数的65%，即0.08x0.65=0.052;结构阻尼比取0.02。弹性时程波选择经典的El-centre波、TAFT波及一条人工波。通过对结构在反应谱和多遇地震作用下的弹时程分析得知，结构在X方向即次析架方向刚度偏弱，支座反力较大，符合实际情况。反应谱分析基底反力:X向水平地震作用下，剪重比为3.97% >1.7%; Y向水平地震作用下，剪重比为4.11%>1.7%}符合要求。时程分析所得的结构底部剪力均满足要求，同时3条时程曲线计算的各向平均剪力值均比反应谱计算结果大80%，符合抗震规范的有关要求。在多遇地震弹性时程工况下，杆件应力比均满足要求，较之反应谱略大，但都在0.85以下(局部杆件0.82，多数杆件在0.6左右)，符合结构设计规范。
6结束语
本工程析架体型较为复杂，管径较大，设计时通过对典型节点的有限元分析，验证了相贯节点处的应力分布情况，避免局部应力集中情况的出现。设计时除进行各种必须的计算分析外，加强必要的构造设计也非常重要，构造措施能够保证结构的整体性及稳定性，这样结构的工作状态和性能才能达到预期性能目标和相关结构设计标准的各项要求。
参考文献：
[1]余冠群,舒赣平,夏乐. 大跨空间管桁架结构关键构件判别方法研究[J]. 建筑结构,2015,45(15):17-21.
[2]齐煜,刘伟,曹延波,黄杰,万叶青,陈会强. 某大跨度空间管桁架结构设计及分析[J]. 钢结构,2016,31(03):66-68.