NO.1 關(guān)于雙向桁架

案例介紹

【1】在廠房設(shè)計(jì)中，有時(shí)會(huì)遇到大跨度重荷載樓面，如下圖案例中的粉色填充區(qū)域，短跨25.2米。建筑主體為二層鋼結(jié)構(gòu)廠房，總高度20米，案例區(qū)域?yàn)?0米標(biāo)高處的首層頂板。

注：本案例是首層頂?shù)臉敲妫?0米標(biāo)高），上面還有一層屋面。

【2】活荷載：設(shè)備、生產(chǎn)材料、運(yùn)輸工具等綜合活荷為10KN/m2。

【3】樓面結(jié)構(gòu)方案：

方案一:門剛。

門剛用于單層或多層鋼結(jié)構(gòu)的頂層，荷載不可過(guò)大；本案例非頂層，荷載較重，不適合。

方案二：平板網(wǎng)架。

平板網(wǎng)架的邊界條件均為鉸接，對(duì)整體參數(shù)不利，不適合。

方案三：普通鋼框架，主梁為H型鋼梁，次梁為單向H型鋼梁。本案例跨度及荷載較大，H型鋼梁難以承受（經(jīng)濟(jì)性也不好），不適合。

方案四：雙向交叉桁架樓面，X向與Y向受力梁均為鋼桁架，形成立體受力結(jié)構(gòu)，梁柱節(jié)點(diǎn)承受彎矩（上下弦拉壓軸力形成力偶），兩向受力均勻，主體參數(shù)合理，相當(dāng)于鋼結(jié)構(gòu)中的井字梁。本方案即為采用方案。

類似項(xiàng)目實(shí)景照片見(jiàn)下圖（采自網(wǎng)絡(luò)）。

【4】關(guān)于案例項(xiàng)目所采用的雙向桁架：

上、下弦及腹桿均為H型鋼。

上弦可鋪鋼筋桁架板+現(xiàn)澆混凝土板或壓型鋼板+現(xiàn)澆混凝土板。

腹桿之間可穿管道，局部穿大型風(fēng)道時(shí)可以抽空腹桿。

NO.2 電算模擬

在YJK中實(shí)現(xiàn)

【1】雙向桁架的整體電算是一個(gè)難點(diǎn)。

桁架在YJK或PKPM整體建模中不好模擬。

桁架數(shù)量與規(guī)格較多，真實(shí)建模很麻煩。

最簡(jiǎn)便的方法是把桁架模擬成為一根H型鋼梁，即等代鋼梁法。

【2】模擬（等代）的方法，是按等剛度原則，支座根據(jù)實(shí)際情況模擬為剛、鉸、滑動(dòng)支座。

設(shè)計(jì)師大多采用撓度相等的原則。

但這種方法不精確，盲目性大；因?yàn)樵诮r(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確估算桁架的撓度與截面。

【3】本文推薦的方法是依據(jù)《網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)程》）第3.1.3條：“交叉梁系差分法可用于跨度在40m以下的由平面桁架系組成的網(wǎng)架或正放四角錐網(wǎng)架的計(jì)算”。

即：采用等代鋼梁建模，將鋼桁架等代為等剛度（抗彎剛度）的鋼梁。

注：依據(jù)本條，可知由兩個(gè)方向的平面桁架組成的空間桁架體系（本文中所說(shuō)的雙向桁架）也屬于《規(guī)程》范疇，且可以以交叉梁系差分法進(jìn)行計(jì)算。

NO.3 操作流程

具體方法

【1】電算整體建模，桁架均以等代的工字鋼梁輸入，使模型滿足各項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)要求。

【2】建模時(shí)，等代鋼梁的高度取值：

按《規(guī)程》2.0.10條取為約1/14（混凝土屋面）及約1/18（輕鋼屋面）。

注：跨高比數(shù)值一定是有條件的，其與荷載條件息息相關(guān)。

本例的取值見(jiàn)下表。

【3】確定桁架截面：

電算結(jié)果滿足指標(biāo)后，再將電算中的鋼梁截面換算成桁架。

換算公式依據(jù)《規(guī)程》第3.3.1條，正放結(jié)構(gòu)可簡(jiǎn)化為交叉梁系，梁的折算慣性矩按下式計(jì)算：

注：為了使換算方便，模擬鋼梁與最終確定的鋼桁架高度最好相同。

建議制作換算表格，如下圖的excel換算表格（僅為示意）：

注：剛度與自重均應(yīng)復(fù)核，一般來(lái)說(shuō)，桁架的自重要小于等代鋼梁的自重。

【4】根據(jù)已經(jīng)確定的桁架截面，提取整體電算的桁架（等代鋼梁）內(nèi)力，用3D3S、STS軟件，甚至TSSD軟件，復(fù)核桁架的內(nèi)力及撓度，經(jīng)必要的調(diào)整后，形成最終成果。

NO.4 總結(jié)

計(jì)算、構(gòu)造

【1】等代模擬時(shí)，整體模型按普通鋼框架計(jì)算，梁柱節(jié)點(diǎn)均為剛接，兩個(gè)方向梁也可以按剛接。

注：當(dāng)桿件細(xì)且長(zhǎng)時(shí)，剛接與鉸接的計(jì)算結(jié)果相似。

【2】節(jié)點(diǎn)（桁架與柱連接節(jié)點(diǎn)、桁架間連接節(jié)點(diǎn)）：

【3】本篇提出了一個(gè)等代鋼梁法的模擬思路，謹(jǐn)供參考。