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網架支座4.jpg

鋼結構構件邊界條件的處理方法

    邊界條件中有固定、彈性約束、斜邊界和強迫位移等。在網架(殼)結構有限元計算中,邊界條件將對網架結構內力及變形產生較大影響。網架支承處的邊界條件既和支座節點構造有關,也和支承結構的剛度有關,支座可以是無側移、單向可側移和雙向可側移的鉸接支座,支承結構(柱、梁等)可以是剛性或彈性的。當支承結構剛度很大可忽略其變形時,邊界條件完全取決于支座構造。反過來,采用不同的支座型式,合理的改變某些邊界條件,可以調整結構的剛度減少桿件內力和支座反力的峰值,使內力分布更為均勻合理,達到節的鋼材的目的。

1)無側移鉸接支座,支承節點在豎向,邊界線切線和法向都無位移。

2)單向可側移支座,豎向和邊界切線方向位移為零,而邊界法向為自由。

3)雙向可側移的鉸接支座,只有豎向位移為零,兩個水平方向都為自由。

4)在網架的四角處,至少一個角上的支座必須是無側移的,相鄰的兩角可以是單向可側移的,相對的角可以是雙向可側移的。這種做法既防止網架的剛體移動,又提供了不少于6根的約束鏈桿數。在工程實踐中,如果溫度應力不大,也可考慮四角都用無側移鉸支座。

5)當網架支承在獨立柱上時,由于它的彎曲剛度不是很大,在采用無側移鉸支座時除豎向仍然看作無位移外,兩個水平方向應看成彈性支承,支承的彈簧剛度由懸臂柱的撓度公式得出:cIcy/H3Kcy=3EcIcx/H3式中Ec——支承柱的材料彈性模量;IcyIcx——分別為支承柱繞截面yx軸的截面慣性矩;H——支承懸臂柱長度。

網架支座5.jpg

斜邊界處理  

斜邊界是指與整體坐標斜交的方向有約束的邊界。建筑平面為圓形或多邊形的網架會存在斜邊界(圖3.1a)。矩形平面網架利用對稱性時,對稱面也存在斜邊界斜邊界有兩種處理方法,一種是根據邊界點的位移約束情況設置具有一定截面積的附加桿,如節點沿邊界法線方向位移為零,則該方向設一剛度很大的附加桿,截面積A=106~108(3.1.b);如該節點沿邊界法線方向為彈性約束,則調節附加桿的截面積,使之滿足彈性約束條件。這種處理方法有時會使剛度矩陣病態。另一種方法是對斜邊界上的節點位移做坐標變換,將在整體坐標下的節點位移向量變換到任意的斜方向,然后按一般邊界條件處理。

7)對于復雜的下部支承系統,網架(網殼)支座相對于下部結構的位移通過彈性約束方法不易模擬,支座節點的邊界條件很難確定,此時可以借助相關的空間結構有限元分析與設計軟件,直接將支承結構上部網架(網殼)一起進行整體建模、計算分析。這樣不必另外計算支承結構的等效彈簧剛度,也避免了簡化為彈簧時的誤差,計算效果更好。

    隨著建筑業的蓬勃發展,我們注意到越來越多的多層及高層建筑被廣泛應用于各類商業建筑中。建筑造型日新月異,雙塔甚至多塔結構形式越來越普遍,各塔之間為了交通方便和立面造型的美觀,常常采用連廊將多座塔樓聯系在一起。








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