建筑技术开发
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2 0 2 1年5月风雨操场新型网架结构
抗震分析张 怡 ，邹春浪( 中 交 第 二 航 务 工 程 局 有 限 公 司 第 六 分 公 司 ，武 汉 430014)[ 摘 要 ] 以 某 小 学 风 雨 操 场 钢 网 架 为 例 ，介绍了一种新型钢结构，该结构具有大开间，显著空间使用优势。特担值分析表
明结构刚度分配合理，一阶橫向振动振型参与质量最大。在 8 度小震 下 6 层网架结构满足弹性层间位移角限值要求。[ 关 键 词 ] 网 架 结 构 ；特 征 值 分 析 ；反应谱[中 图 分 类 号 ]T U356 [文 献 标 志 码] B [ 文 章 编 号 ] 1001-523X (2021) KMH51-02闻心新总录定电定 刊心 闻心批电妓家）电定广电期 （全刊遴）全批录 刊首 科）1 统录遴） 8全电盘 家批全光期批光全） 刊首版电心盘 新心盘 选新电心 （总新录学全刊光心盘为收新心学 Y i, Z ou Chun-langA b s t r a c t ] Taking steel grid frame o f a wind and rain playground in a primary school as an example, a new type o f steel structure
is introduced, which has obvious advantages in the use o f large spaces. The analysis on the characteristic value o f the steel structure
shows that the stiffness distribution o f the structure is reasonable, and the first-order transverse vibration mode participates in the largest
mass. Under a small earthquake o f 8 degrees, the six-story grid structure meets the requirements o f the elastic inter-story displacement
angle limit.[Keywords ] grid structure ； characteristic value analysis ； response spectrumi新 型 网 架 结 构 介 绍新 型 网 架 结 构 主 要 由 与 结 构 同 高 的 柱 、与房屋宽度相同
的弦杆、纵向布置的纵梁组成，上 、下弦杆处布置有竖腹杆、
斜 腹 杆 ，腹杆高度与楼层高度相同，桁架在相邻柱错开布置。
在 楼 顶 处 布 置 的交叉支撑为结构整体受力提供了保障，具体
的，交叉支撑可有效传递水平剪力以实现空间网架结构形成
一个整 体 。这一布置形式使得该结构具有大开间的显著空间
使用优势。新型网架结构长30m, 共 4 跨 ，宽 15.75tn:楼层共计6 层 ，
高度布置形式为19.35m。各部分构件横断面尺寸，见 表 1。采
用 大 型 通 用 有 限 元 软 件Midas C iv il建立数值空间模型，由于
柱 、弦杆、腹杆主要受压，顶部布置的交叉支撑主要受剪，因
此 结 构 中 各 构 件 均 采 用 梁 单 元 模 拟 ，在腹杆与弦杆连接处通
过释放转动约束以实现铰接的连接。空间数值模型，如 图 1所
示 。底部共计10根柱为固结，每一榀桁架的弦杆约束面外变形，
仅考虑面内响应而忽略面外变形。表1 结构尺寸表构件截面构件截面柱.35〇x35〇x 16/22弦杆.30〇x30〇x8/16腹杆.20〇x l5〇x8/12纵梁.45〇x20〇x8/12图1 空间有限元模型收 稿 日 期 ：2021-01-15作者简介：张 怡 （1987_),男 ，湖北黄梅人，经济师，主要研宄方向为
房建工程。2 特征值分析进行动力分析之前需要做特征值分析以确定相关参数，具
体包括结构振动频率、振 型 、振型参与质量等，其主要受结构
刚度分布、质量分布、边界约束等影响。特征值分析也为结构
模型验证提供了依据，有限元分析核心及前提是将复杂结构简
化为力学模型，依据不同受力机理的构件分别对其离散化，根
据每个单元两端实际受力情况建立刚度矩阵及对应的质量矩
阵 ，总体矩阵通过单个矩阵的转换集成得到，数值模型调用总
体矩阵进行分析。一个单元的动力平衡方程为：[H砰 + [ ♦ 『+ [ 離 卜 打 (1)集成后整体动力平衡方程为：[A/]⑷ + [C刺 + ⑷ ⑷ = {F} (2)求解结构频率及模态时，丨F} = 0 , 由于阻尼矩阵对特征值
分析影响很小，因 此 为 简 化 计 算 可 去 除 结 构 阻 尼 丨 退 化 为
无阻尼自由振动方程为：([^]-ffl2[M])p} = 0 (3)特征值分析对应线性代数中的行列式求解，依据矩阵即可
求 得 特 征 值 ，每 个 特 征 值 对 应 着 特 征 向 量 。 自 由 度 越 多 ，矩
阵 规 模 越 大 ，其 计 算 耗 时 也 就 越 长 ，在工程中尽力寻求自由
度 较 少 的 计 算 模 型 ，从 而 可 采 用 雅 克 比 理 论 计 算 方 法 。高阶
振 型 的 振 动 一 般 需 很 髙 的 能 量 ，在 工 程 应 用 方 面
， 一
般仅需
考虑低阶振型的反应，以往经验表明，这样既能满足工程要求,
又能减小计算需求。依据荷载规范，对于文中网架结构， 取 为 5kN/m2, ZX
取 为 2.5kN/m2，因此地震荷载代表值即为6.25kN/m2。为提高
计算效率，同时保证精度的前提下，采 用Lanczos法进行特征
值 分 析 ，着重研 究 桁 架 方 向 抗 震 性 能 ，故模态分析仅考虑横
向。基 频 为 1.025s，振 型 为 结 构 整 体 横 向 振 动 ，如 图 2 所 示 。
第 2 - 4 阶为腹杆局部振动，不在本文研究范围内，第 5 阶周期
为 0.352s，
风雨操场新型网架结构抗震分析（论文）.pdf
