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3D3S V10钢管桁架结构分析和计算

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3D3S10.0钢管桁架结构计算和分析

上海同磊土木工程技术公司3D3S 技术部

3D3S V10.0版钢管桁架结构在后处理以及相贯加工方面增加了一些功能，增加了后处理菜单中定义、查询、取消杆件顺序号等命令以及相贯加工菜单，其中包括相贯加工控制参数、杆件下料、生成法因相贯加工数据、生成国际标准ISO 相贯加工数据等命令。更好地满足了客户对相贯加工参数的控制以及输出数据的有效利用。桁架模块适用范围：

适用于任何形式的平面及空间桁架结构；包含

滑移、沉降、弹性等多类支座形式；跨度及具体体型不限；适用于桁架与多种形式的混合结构：钢柱+桁架；框架+桁架；张拉弦+桁架；网架+桁架等等；

下面就来简单介绍一下3D3S 10.0钢管桁架结构的设计流程：

建模—计算分析以及设计—节点验算—后处理

—施工图绘制——相贯加工

图1 3D3S 钢管桁架结构模块界面

1 建模

3D3S10.0钢管桁架结构模块是将建模、分析计算与后处理以及相贯加工结合在一起的有限元分析设计软件，其目标对象是从其他结构设计软件中导入并在空间建模中扩充的结构模型以及3D3S 中的自建模型。

可以由一根或者二根或者三根或者四根辅助线

段直接生成桁架，或者通过LINE 命令画出桁架杆件，或者直接导入ACAD 的桁架模型。

使用结构编辑工具编辑模型构件属性，确定模型的结构体系，结构体分为四种：平面桁架，平面框架，空间桁架，空间框架。如图一所示的模型，要把其结构体系定义会空间框架，然后把上部结构进行单元释放

3D3S10.0钢管桁架结构模块中节点荷载、单元荷载、面荷载、地震作用、温度荷载、支座位移等自由添加，配合预应力模块，可进行预张力索构件的添加；

结构体系选择定义单元释放

荷载库 2

计算分析和设计

1）进行各个工况和组合的内力分析，得到相应的内力和

位移；

查询内力

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查询最大位移

2）配合高级版的基本模块，可以进行几何非线

性的内力和位移计算，得到结构的极限承载力； 3）可以在桁架结构中加预应力拉索（杆），或者进行张弦梁或者张弦桁架结构的设计。

当结构进行内力分析时出现“约束不足”的提示时，要检查结构的支座约束情况以及结构体系中刚接铰接的情况，查看结构是否为可变体系或者是瞬变体系。

4）按规范可以进行杆件的校核和优化，在默认截面基础上自动得到经济和安全的截面尺寸和用钢量；

单元验算

在验算过程中增加了采用非线性分析结果进行验算，可以采用线性分析结果或者非线性分析结果进行验算。

3 节点验算圆管和方管的相贯节点处理

1）可自动设定计算腹杆相贯处空隙；

2）在节点处进行杆件的多重相贯，得到相贯线展开图；

3）验算相贯节点的强度并提出节点设计报告；

除相贯节点外，可在桁架结构中局部设置球节点，并完成其验算和绘图；完成板支座和球支座的设计并绘图；完成弦杆拼节点设计和绘图；

钢管相贯节点验算：适用范围

软件将圆管直接汇交焊接节点分为八类，分别为X 型、T 型（或Y 型）、K 型、TT 型、

KK 型以及派生而成的平面KT 型、空间KT 型和空间KKT 型。将矩形管直接汇交焊接节点分为四类，分别为X 型、T 型（或Y 型）、有间隙的K 型（或N 型）和搭接的K 型（或N 型）。 4 后处理

除相贯节点外，可在桁架结构中局部设置球节点，并完成

其验算和绘图；完成板支座和球支座的设计并绘图；完成弦杆

拼节点设计和绘图；

5 施工图绘制

绘制结构布置图、节点图、构件相贯展开图、材料表、支座

图等；

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6 相贯加工

先进行相贯加工控制参数的调整，包括支管割据斜切角度，支管斜削最小壁厚、支管焊缝根部间隙，坡口形式等参数的设置，然后输出多种格式的相贯加工数据，适应相贯线加工设备的要求，然后进行自

动套料。

7 结论

在3D3S V10钢管桁架结构模块的计算分析过程中，要正确选择模型的结构体系，进行正确的支座约束以及节点的约束，确保计算模型符合实际情况，用最准确的方式施加荷载，善用模型检查命令，进行分析计算，单元验算以及节点设计，3D3S V10钢管桁架结构模块给用户提供了更全面的相贯加工功能，满足了客户需要输出各种相贯加工数据的要求。

参考文献

[1] 3D3S 钢管桁架结构功能模块使用手册

[2] 钢结构设计规范（GB50017） [3] 钢结构设计与计算

钢管拱肋(桁架)加工

钢管拱肋（桁架）加工 1、钢管混凝土拱桥所用钢管直径超过600mm的应采用卷制焊接管，卷制钢管宜在工厂进行。在有条件的情况下，优先选用符合国家标准系列的成品焊接管。 2、成品管及制管用的钢材和焊接材料等应符合设计要求和国家现行标准的规定，具备完整的产品合格证明。 3、钢管拱肋（桁架）加工的分段长度应根据材料、工艺、运输、吊装等因素确定。在加工制作前，应根据设计图的要求绘制施工详图，包括零件图、单元构件图、节段单元图及组焊、拼装工艺流程图等。加工前应按半跨拱肋进行1：1精确放样，注意考虑温度和焊接变形的影响，并精确确定合龙节段的尺寸，直接取样下料和加工。 4、工地弯管宜采用加热顶压方式，加热温度不得超过800℃。钢管对接端头应校圆，除成品管按相应国家标准外，失圆度不宜大于钢管外径的0.003倍。钢管的对接环焊缝可采用有衬管的单面坡口焊和无衬管的双面熔透焊。两条对接环焊缝的间距应符合设计要求，设计无规定时，直缝焊接管不小于管的直径，螺旋焊接管不小于3m。对接径向偏差不得超过壁厚的0.2倍。为减少运输及安装过程中对口处的失圆变形，应适当在该处加设内支撑。 5、拱肋（桁架）节段焊接宜要求与母材等强度焊接。所有焊缝均应按规定进行强度和外观检查，宜要求主拱的焊缝达到二级焊缝标准。

对接焊缝应100％进行超声波探伤，其质量检查标准可按照本规范第17章的有关规定执行。桁架式钢管拱主管与腹管采用相贯焊接时，宜采用自动或半自动的加工方式来保证相贯线和坡口的制作精度，对焊接材料和工艺的选择在满足焊接接头强度的原则下，应尽量提高接头的韧性指标。要力求避免和减少焊缝多次相交的不良结构细节。 6、在钢管拱肋（桁架）加工过程中，应注意设置混凝土压注孔、防倒流截止阀、排气孔及扣点、吊点节点板。如拱肋（桁架）节段采用法兰盘连接，为保证螺栓连接的精度，宜采用3段啮合制孔工艺。对压注混凝土过程中易产生局部变形的结构部位（如腹箱）应设置内拉杆。 7、钢管拱肋（桁架）节段形成后，钢管外露面应按设计要求做长效防护处理，宜采用热喷涂防护，其喷涂方式、工艺及厚度应符合设计要求

客运中心管桁架的结构设计

第19卷第3期宁波大学学报（理工版）V ol.19 No.3 2006年9月JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) Sept. 2006 文章编号:1001-5132（2006）03-0330-04 客运中心管桁架的结构设计邬吉吉华1,2，何丽波2，许国平2，周泓2，刘中华3 （1.同济大学土木工程学院，上海 200092；2.宁波市建筑设计研究院科研所，浙江宁波 315012；3.浙江精工钢结构有限公司，浙江绍兴 312000）摘要：根据空间有限元建模计算，探讨了多跨的钢管桁架结构体系的天台客运中心候车大厅屋盖的结构布置、计算模型的对比. 分析表明采用倒三角形截面的管桁架在平面外稳定性较弱，在设计中应通过增设横向和纵向支撑来形成几何不变体系，否则应进行平面外的稳定分析. 管桁架的设计计算应考虑与下部结构共同作用，同时应反映施工对结构内力的影响. 管桁架的计算模型中采用刚性节点与弹性节点对内力的影响不大. 关键词：管桁架；结构设计；有限元中图分类号：TU318+.1文献标识码：A 在大跨空间结构中采用空间管桁架是种合理经济的结构形式. 空间管桁架的自身刚度大，用钢量小，施工方便，可单制作，适用于复杂多变的建筑形式，并具有明快的结构传力方式[1-5]. 天台客运中心是浙南地区重要的交通枢纽，总建筑面积为15000m2. 采用造型新颖的园弧形屋面来寓意天台人民不断开拓进取的时代精神. 主体结构由候车大厅和售票大厅组成，总高度为20.37m. 东西长112.2m. 南北宽48.6m. 其中候车大厅平面尺寸112m×51m，柱距9m，下部结构采用钢筋混凝土现浇框架. 抗震等级为三级屋面为纵向园弧坡面. 工程设计的使用年限为50年. 建筑物重要类别为丙类建筑. 建筑结构的安全等级为二级. 钢结构的耐火等级为二级. 天台抗震设防烈度为6度. 基本风压为0.4kn/m2，雪压为0.5kn/m2. 地面粗糙度为B类，建筑物场地类别三类. 1结构体系布置经多种方案比较，候车大厅屋面决定采用空间管桁架结构体系. 其承重主要由钢桁架、屋盖支撑体系以及钢檩条组成，如图1和图2所示. 根据建筑柱网布置，钢桁架ZHJ共计12，间距9m，采用三跨连续的倒三角形截面的钢管桁架. 其跨度分别为15m、27m、4.8m，支承于钢筋混凝土柱上，并向两侧各悬挑3m、6m. 倒三角形截面桁架的高和上边宽均为 1.5m. 钢桁架上、下弦杆选用较大外径和壁厚的圆钢管. 从钢管节点的构造来保证弦杆外径大于腹杆外径，弦杆壁厚大于腹杆壁厚. 按等间距 1.5m错位布置上、下弦杆节点来实现弦杆与腹杆以及腹杆轴线间的夹角大于30o. 同时在钢桁架承受较大横向荷载的支座部位纵向和横向进行了加强. 在本工程中上弦杆为2根φ203 收稿日期：2006-03-28. 基金项目：中国博士后科学基金（2005037512）. 作者简介：喆邬华（1971－），男，上海人，博士后，高级工程师，主要研究方向：大跨钢结构、预应力混凝土结构等. E-mail:wuzhehua@https://www.wendangku.net/doc/ba6437643.html,

大跨度钢管桁架

大跨度钢管桁架空间钢管桁架结构体系是大跨空间结构中的一个重要成员。郑州大学新校区体育馆由三组环向桁架、三组径向桁架和三组撑杆为主要构件组成，外环、外部径向桁架与中环构成结构的主要受力骨架，通过封闭外环的设计，使其形成一个受拉的环箍，限制了外部径向桁架滑动支座端的径向位移，从而减小了整个结构的竖向挠度，在此满足规范要求的同时，使结构用钢量达到最佳经济指标。该屋盖平面的水平投影为轴对称的花瓣形，在半径约7m和15m及外围处设置三道封闭的环桁架，沿径向设置24道空间桁架，并以环桁架为分界沿圆周方向错开布置，径向桁架被划分为外、中、内三部分。整个结构外观简洁，轻逸，受力合理，传力直观，整体性能好。对它进行探索有助于了解结构性能，指导设计施工，并为类似结构的应用提供依据。 1 管桁架结构概述近年来，钢管结构不仅在海洋工程、桥梁工程中得到了广泛应用，而且在工业及民用建筑中的应用日益广泛，钢管结构在我国建筑结构中的应用也越来越多，如宝钢三期工程中采用方管桁架，吉林滑冰练习馆、哈尔滨冰雪展览馆、上海“东方明珠”电视塔和长春南岭万人体育馆均采用方钢管作为主要结构构件，广州体育馆屋盖采用了方钢管和圆钢管，上海虹口体育场采用圆钢管作为屋面承力体系，成都双流机场屋盖采用了圆钢管作为主要受力构件。在公共建筑领域，钢管结构中独特的结构形式层出不穷，如悉尼水上运动中心，美国迦登格罗芙水晶教堂；单层大空间建筑领域，除了在超级市场、货栈和仓库中继续广泛应用外，还出现了一些超大型结构，如新加坡章楦机场机库，大阪国际机场候机厅；另外还有轻型大跨结构，如人行天桥和起重机结构；其他特殊用途的结构，如天线桅杆和航天发射架等。2001年建成的建筑面积7250的北京植物园展览温室是国内首次采用相贯节点的曲线钢管桁架结构。钢结构用材为16Mn，钢管最大规格为299mmx12mm，钢结构总吨位720t。上海体育馆的膜结构屋盖主要由钢管相贯而成的32榀桁架、环梁组成，呈南北对称的马鞍形状，最大跨度288.4m，标高31.74-70.54m，主桁架最大钢管直径508mm，采用直接焊接K型节点。最长的悬挑梁74.162m，材料采用英钢50D。南京国际展览中心的二层展厅是一个长243m、宽75m的无柱大空间，屋面呈弧形，南北两端主入口各有15m悬挑，西侧又有14m悬挑。采用的是钢管拱架、檩架的结构方案。 2 钢管桁架结构的形式及特点 2.1 管桁架的分类:根据受力特性和杆件布置不同，可分为平面管桁结构和空间管桁结构。平面管桁结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内，结构平面外刚度较差，一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定。在现有管桁结构的工程中，多采用Warren桁架和Pratt桁架形式，Warren桁架一般是最经济的布置，与Pratt

钢管桁架制作方案

目录二、钢结构施工部分第一章…………………………加工依据第二章………………………十字柱和H型钢梁加工制作流程第三章………………………十字柱和H型钢梁加工控制点分析第四章…………………………管桁架的加工流程第五章………………………管桁架加工控制点分析第六章………………………………降低成本缩短工期措施第七章………………………………劳动力计划及保证措施第八章……………………………工程质量控制及管理措施第九章……………………………安全文明施工的保证措施第十章………………………网络进度计划及工期保证措施第十一章………………………………………季节施工措施第十二章………………………………………施工平面布置

第一章加工依据一、依据的技术标准、规范（1）设计及招标文件中注明的各项技术规范与标准（2）国家、行业及地方的现行相关标准《钢结构工程施工质量验收规范》 GB 50205－2001 《建筑钢结构焊接规程》 JGJ 81-2002 《钢结构制作安装施工规范》 YB 9254－95 《涂装前钢材表面腐蚀等级和涂装等级》 GB 8923 《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》 GB 11345 《钢熔化焊对接接头射线照相和质量等级》 GB3323 《钢结构工程施工技术标准》 ZJQ08-SGJB 205-2005 《结构用无缝钢管》GB/T 8162－2008 《碳素结构钢》GB/T 700－2006 《熔化焊用焊丝》GB/T 14957-1994 《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110-2008 《厚度方向性能钢板》GB/T 5313-85 《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》 GB/T 3632～2008 《钢结构防火涂料》GB 14907 《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS 24 《工业建筑防腐蚀设计规范 GB50046 《钢制压力容器焊接工艺评定》JB 4708

桁架管桁架网架别

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

管桁架没有球节点，是相贯线形式，也就是你说的管件相互焊接。网架都有球节点。分空心的焊接球与实心的螺栓球。常用网架一般都有球，分螺栓球和焊接球节点。管桁架一般直接相贯。 1、钢结构工程中相贯线管桁架：就是用钢管连接做成的 2、普通桁架就是用型钢连接做成的管桁架百度百科管桁架，是指用圆杆件在端部相互连接而组成的格子式结构。现今应用领域广泛且经济实用。如会展中心、体育场馆或其他一些大型公共建筑中都得到了运用。近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合在一起。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐。与网架结构相比，管桁架结构省去下弦纵向杆件和网架的球节点，可满足各种不同建筑形式的要求，尤其是构筑圆拱和任意曲线形状比网架结构更有优势。其各向稳定性相同，节省材料用量。钢管桁架结构是在网架结构的基础上发展起来的，与网架结构相比具有其独特的优越性和实用性，结构用钢量也较经济。与传统的开口截面（H型钢和I字钢）钢桁架相比，管桁架结构截面材料绕中和轴较均匀分布，使截面同时具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度，不用节点板，构造简单，最重要的是管桁结构外形美观，便于造型有一定装饰效果。管桁架结构整体性能好，扭转刚度大且外表美观，制作、安装、翻身、起吊都比较容易；由冷弯薄壁型钢制作的钢管屋架，具有结构轻、刚度好、节省钢材，并能充分发挥材料强度等优点，尤其是在由长细比控制的压杆及支撑系统中采用更为经济。目前采用这种结构的建筑物基本属于公共建筑。该结构具有造型美观（可建成平板形、圆拱形、任意曲线形）、制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大、经济效果好等特点。桁架是指由杆件在端部相互连接而组成的格子式结构，管桁架即是指结构中的杆件均为圆管杆件。桁架中的杆件大部分情况下只受轴线拉力或压力，应力在截面上均匀分布，因而容易发挥材料的作用，这些特点使得桁架结构用料经济，结构自重小。易于构成各种外形以适应不同的用途，

管桁架设计总结

主要参考资料：《空间网格结构技术规程》《荷载规范》尤其是风荷载，雪荷载《钢结构连接节点设计手册》计算屋盖支座一、选型：参见《空间网格结构技术规程》第三章3.1到3.5节其中：网架的高跨比可取1/10—1/18；网架在短向跨度的网格数不宜小于5；确定网格尺寸时，宜使相邻杆件间的夹角大于45度，且不宜小于30°。二、结构计算 1.《空间网格结构技术规程》4.1.1空间网格结构应进行重力荷载及风荷载作用下的位移、内力计算。并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的位移、内力计算。 2.应该考虑荷载： 1）风荷载：注意体形系数的选取。《空间网格结构技术规程》4.1.3对于基本自振周期大于0.25s的空间网格结构，宜进行风振计算。参考《荷载规范》8.4.3 风荷载主要考虑垂直桁架方向，平行桁架方向。对于风荷载还应该考虑：当风吸力作用于屋盖时，传递到节点荷载上的向上的合力应小于屋盖自重。 2）雪荷载：雪荷载的主要问题是屋面积雪分布系数参考《荷规》表7.2.1. 3）积水荷载：根据桁架的整体形势，考虑檐口高度以符合积水荷载与雪荷载的大小，并按较大值选取荷载不至于屋面。 4）温度作用：《空间网格结构技术规程》4.2.4中可不考虑温度变化引起的内力条件；若要考虑温度作用，参数考虑《荷规》第九章。 5）地震作用： a).《抗规》10.2节10.2.6下列屋盖结构可不进行地震作用计算，但应符合本节有关的抗震措施要求： 1.7度时，矢跨比小于5的单向平面桁架和单向立体桁架结构可不进行沿桁架的水平向以及竖向地震作用计算。 2.7度时，网架结构可不进行地震作用计算。另参考《空间网格结构技术规程》4.4节 b). 《空间网格结构技术规程》4.4.8 当采用振型分解反应谱法进行空间网格结构地震效应分析时，对于网架结构宜至少取前10~15个振型，对于网壳结构宜至少取前25~30个振型，以进行效应组合。《空间网格结构技术规程》4.4.10 在进行结构地震效应分析时，对于周边落地的空间网格结构，阻尼比可取0.02,；对设有混凝土结构支撑体系的空间网格结构，阻尼比可取0.03. 三、模型建立及计算：3D3S 1.当不是采用3D3S的模板建模时（自己手动建模），软件不能自动分辨模型中的“上弦”、“下弦”、“撑杆”等杆件类型，要用户自己定义，可采用“构件属性”菜单中“定义层面或轴线号”命令定义杆件类型； 2.定义单元计算长度：定义单元时，计算长度取0，程序会自动寻找计算长度。软件对空间框架结构自动寻找无支撑长度，并按规范自动计算两个方向的计算长度。对普通屋架定义了常见的平面内外计算长度。对平面框架的平面内计算长度（绕3轴）

管桁架在大空间建筑的应用实例

管桁架在大空间建筑的应用实例近年来随着我国经济和建筑技术的快速发展，各类形态的钢结构广泛运用于体育馆、机场、车站、设备生产线、会展中心、影剧院等大空间建筑，而管桁架结构作为钢结构的一部份，被大量使用。

钢管结构最初应用于海上平台等海上结构或近海结构，1947年墨西哥海湾建成了世界上第

一个现代化海洋平台。当时钢管焊接的相关性能还没有被挖掘，正是这个工程使人们惊奇与钢管结构的优越性能，促使人们向钢结构领域探索。 1994年，日本关西国际机场完工启用。机场采用倒三角空间管桁架结构作为屋架，在1995年的7.2级里氏地震Osaka-Kobe的作用下几乎没有损伤，被认为是当时最杰出的建筑之一。验证空间管桁架结构抗震的优越性。

德国Stuttgart机场候机厅采用钢管构件铸钢节点的树枝型支承结构，具有造型新颖、简洁轻巧的特点。奥沃尔——林格拖体育馆建筑面积约26500㎡。场馆的顶棚采用空间管桁架结构，安全悬空，中间没有任何支撑，创造了一个独立的空间。我国钢结构起步较晚，但随着钢产量的逐年增长，钢结构所需相关技术标准不断成熟，大跨度空间管桁架结构在这期间大幅发展。

2002年，深圳标志性建筑——深圳宝安体育馆落成，占地8万㎡，使用空间管桁架大悬挑结构。 2007年，作为2008年北京奥运会的足球比赛的分赛场，沈阳奥体中心竣工，这个能容纳6万观众的的沈阳奥体中心钢结构工程主拱全长360米，为全国最大的管桁架结构。2008年，我国管桁架里程碑建筑——鸟巢正式开馆，场馆设计如同一个容器，高低起伏变化的外观缓和了建筑的体量感，并赋予了戏剧性及震撼力的形体。鸟巢占地面积约10万㎡，屋面结构为鸟巢形空间交错管桁架架构。 2013年，苏州工业园区步行街运用空间管桁架结构铺设一条天幕长廊，形如一条飘逸的丝带，结构独特，规模居世界之首。除此之外，上海八万人体育场、深圳会展中心、广州体育馆、广州新白云国际机场航站楼、

钢管桁架结构计算和分析

25 Building Structure 专业软件讲座 We learn we go 3D3S10.0钢管桁架结构计算和分析上海同磊土木工程技术公司3D3S 技术部 3D3S V10.0版钢管桁架结构在后处理以及相贯加工方面增加了一些功能，增加了后处理菜单中定义、查询、取消杆件顺序号等命令以及相贯加工菜单，其中包括相贯加工控制参数、杆件下料、生成法因相贯加工数据、生成国际标准ISO 相贯加工数据等命令。更好地满足了客户对相贯加工参数的控制以及输出数据的有效利用。桁架模块适用于任何形式的平面及空间桁架结构，包含滑移、沉降、弹性等多类支座形式，跨度及具体体型不限，适用于桁架与多种形式的混合结构：钢柱+桁架、框架+桁架、张拉弦+桁架、网架+桁架等。下面简单介绍一下3D3S 10.0钢管桁架结构的设计流程：建模—计算分析以及设计—节点验算—后处理—施工图绘制——相贯加工。 1 建模 3D3S10.0钢管桁架结构模块是将建模、分析计算与后处理以及相贯加工结合在一起的有限元分析设计软件，其目标对象是从其他结构设计软件中导入并在空间建模中扩充的结构模型以及3D3S 中的自建模型（图1）。图1 3D3S 钢管桁架结构模块界面可以由一根或二根或三根或四根辅助线直接生成桁架，或通过LINE 命令画出桁架杆件，或直接导入ACAD 桁架模型。使用结构编辑工具编辑模型构件属性，确定模型的结构体系，分为四种：平面桁架、平面框架、空间桁架、空间框架，见图2。如图1所示的模型，要把其结构体系定义为空间框架，然后把上部结构进行单元释放，见图3。图2 结构体系选择图3 定义单元释放 3D3S10.0钢管桁架结构模块中节点荷载、单元荷载、面荷载、地震作用、温度荷载、支座位移等自由添加，配合预应力模块，可进行预张力索构件的添加，见图4。图4 荷载库 2 计算分析和设计 1）进行各个工况和组合的内力分析，得到相应的内力和位移，见图5，6。图5 查询内力图6 查询最大位移 2）配合高级版的基本模块，可以进行几何非线性的内力和位移计算，得到结构的极限承载力。 3）可以在桁架结构中加预应力拉索（杆），或者进行张弦梁或者张弦桁架结构的设计。当结构进行内力分析时出现“约束不足”的提示时，要检查结构的支座约束情况以及结构体系中刚接铰接的情况，查看结构是否为可变体系或者是瞬变体系。 4）按规范可以进行杆件的校核和优化，在默认截面基础上自动得到经济和安全的截面尺寸和用钢量。在验算过程

M形空间钢管桁架屋盖结构方案设计及有限元分析

M形空间钢管桁架屋盖结构方案设计及有限元分析发表时间：2017-12-26T14:22:58.477Z 来源：《防护工程》2017年第21期作者：陈露[导读] 本文对M形空间钢桁架屋盖进行了结构方案设计，分别在结构①面和②面设计采光面，提出了两种结构方案。中衡设计集团股份有限公司苏州 215021 摘要: 本文对M形空间钢桁架屋盖进行了结构方案设计，分别在结构①面和②面设计采光面，提出了两种结构方案。采用Midas/Gen软件对两种结构方案进行了有限元分析，得出了主要受力构件的应力-应变状态，计算结果显示两种方案应力比均满足要求，截面较小的方案通过起拱挠度满足要求。随后本文对支座连接进行了初步设计，为同类工程改造设计提供了参考。关键词: 多折屋盖，方案设计，有限元分析，支座连接Abstract: In this paper, the structural design of the M-shaped space steel truss roof is presented. Two structural schemes are proposed respectively on front and back lighting surface. By using finite element analysis software Midas/Gen, the paper figures out the main stress components’ stress-strain state of two schemes. The calculation results show that the two schemes can satisfy the requirement of stress ratio, and the smaller section meets the requirements through arching deflections. After that, this paper gives a preliminary design of the support connection, which provides a reference for the design of similar projects. Keywords: multiple-folding roof, conceptual design, finite element analysis，joints of support 0项目概述随着经济的发展和科学技术的不断进步，人们对结构的空间和跨度的要求越来越高。钢管桁架结构作为一种典型的空间结构体系，其自身截面特性良好，具有承载性能高、造型美观、外型简洁、流畅、节点形式简单、施工简单、节省材料等特点，因此在建筑结构，尤其是大跨度空间结构中得到了广泛的应用。本文采用M形空间钢管桁架进行了屋盖结构方案设计，并采用Midas/Gen软件对其进行了有限元分析。在某学校改扩建项目中，少年科学馆是其标志建筑，集学习、参观、展示、交流于一体的综合空间。其中庭顶部设计一双坡多折钢屋盖，该部位作为室内空间向室外中庭的延续，使用了大片天窗幕墙，营造轻盈通透的感觉。这就要求不能有多余的结构构件，普通的平面和空间钢桁架显然不能满足美观要求。现拟充分利用现有的M形造型来设计异形空间钢桁架，力求做到建筑与结构完美结合，对结构方案进行比选和探讨。建筑设计示意图及屋盖效果图如图1、图2所示，平面布置图如图3所示。图4 屋盖立面图

桁架内力计算

15-1 多跨静定梁

031=+-=+'=qx qa qx y Q D X a x 3 1 = 2 当l X = α cos 2 l q Q B -= αα0sin sin =--qx y N A X

因在梁上的总载不变：ql l q =11 αcos 11 111q l l q q l l q === ()()()111221122111 1 1 d p l V f H M H H x a p a p l V M b p b p l V A A C B A B A A -?= ===+==+= ∑∑∑

f M H V V V V C A B B A A = = = f=0时，H A =∞，为可弯体系。简支梁： ① 1 P V Q A - = ()a x P V A- - 1 H=+H A ，（压为正） ②()y H a x p x V M A A - - - = 1 1 即y H M M A - = D截面M、Q、N ()y H a x p x V M A A x ? - - - = 1 1 即y H M M A x - = ? ? ? ? sin sin sin cos H Q N H Q Q x x + = - = 说明：?随截面不同而变化，如果拱轴曲线方程()x f y=已知的话，可利用 dx dy tg= ?确定?的值。二.三铰拱的合理轴线（拱轴任意截面 = = Q M ）据：y H M M A ? - = 当0 = M时， A H M y = M是简支梁任意截面的弯矩值，为变值。说明：合理拱轴材料可得到充分发挥。 f M H c A =（只有轴力，正应力沿截面均匀分布） c M 为简支跨中弯矩。

管桁架结构的设计特点

管桁架结构的设计特点 [摘要]本文主要阐述了空间三角形管桁架的受力特点、结构计算原则以及截面尺寸对其内力的影响等内容。【关键词】管桁架；受力；结构计算；截面尺寸的影响近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合在一起。钢管结构中的管桁架结构以它独特的优势受到人们的青睐。 1、管桁架结构的受力特点管桁架，是指用圆杆件在端部相互连接而组成的格构式结构。与传统的开口截面（H型钢和I字钢）钢桁架相比，管桁架结构截面材料绕中和轴较均匀分布，使截面同时具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度，不用节点板，构造简单；制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大。空间三角形钢管桁架在受到竖向均布荷载作用的时候，表现出腹杆抗剪、弦杆抗弯的受力机理。弦杆轴力的主要影响因素是截面的高度，而竖面斜腹杆轴力的主要影响因素是竖面腹杆与竖直线的倾角，水平腹杆在竖向荷载作用下的受力较小，但是如果受到明显的扭矩作用的话，必须考虑适当加大其截面尺寸。 2、管桁架结构的结构计算 2.1设计基本规定立体桁架的高度可取跨度的1/12～1/16；立体拱架的拱架厚度可取跨度1/20～1/30，矢高可取跨度的1/3～1/6。弦杆（主管）与腹杆（支管）及两腹杆（支管）之间的夹角不宜小于30°。当立体桁架跨度较大（一般认为不小于30m 钢结构）时，可考虑起拱，起拱值可取不大于立体桁架跨度的1/300（一般取1/500）。此时杆件内力变化“较小”，设计时可按不起拱计算。管桁架结构在恒荷载与活荷载标准作用下的最大挠度值不宜超过短向跨度的1/250，悬挑不宜超过跨度1/125。对于设有悬挂起重设备的屋盖结构最大挠度不宜大于结构跨度的1/400。当仅为改善外观要求时，最大挠度可取恒荷载与活荷载标准作用下挠度减去起拱值。一般情况下，按强度控制面而选用的杆件不会因为种种原因样的刚度要求而加大截面。 2.2一般计算原则管桁架结构应进行重力荷载及风荷载作用下的内力、位移计算，并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的位移、内力进行计算，内力和位移可按弹性理论，采用空间杆系的有限元方法进行计算。对非

管桁架结构设计与分析

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/ba6437643.html, 管桁架结构设计与分析作者：王柱成王诗瑶刘广鹏任盛鑫来源：《装饰装修天地》2018年第20期摘要：近年来，随着我国钢材产量的不断增长，钢结构以其自身的优势在建筑中所占的比重越来越大，钢管结构也取得了很大的突破。钢管结构的最大优点是能很好地结合人们对建筑的功能要求、感官要求和经济效益要求。钢管桁架结构以其独特的优点受到人们的青睐。关键词：管桁架；结构设计；分析 1 管桁架结构的力学特性管桁架结构是在网架结构的基础上发展起来的。与空间桁架结构相比，管桁架结构具有独特的优势和实用性，结构的用钢量也相对经济。与空间桁架结构相比，管桁架结构省去了空间桁架下弦杆和球节点，能满足不同建筑形式的要求，特别是圆拱和任意曲线形状比空间桁架结构更为有利。四面稳定，节省材料消耗。与传统的开口截面钢桁架（h型钢和I型钢）相比，管桁架结构的截面材料绕中性轴均匀分布，使截面具有良好的压扭承载力和较大的刚度，不需要节点板，结构简单。最重要的是管桁架结构外形美观，造型方便，具有一定的装饰效果。该管桁架结构整体性能好，抗扭刚度高，外形美观，制造、安装、翻转、吊装相对容易。冷弯薄壁型钢屋架具有结构轻巧、刚度好、节约钢材、充分利用材料强度等优点。特别是在长细比控制的压杆和支撑体系中更为经济。目前，采用这种结构的建筑物基本上属于公共建筑物。该结构具有外形美观（可做成平板形、圆弧形、任意曲线形）、制作安装方便、结构稳定性好、屋面刚度大、经济效果好等特点。 2 管桁架结构的结构计算 2.1 基本设计规则三维桁架的高度可为跨度的1/12～1/16。三维拱的拱厚可达跨度的1/20～1/30，拱高可达跨度的1/3～1/6。弦（主管）与腹杆（支管）和两腹杆（支管）夹角不得小于30度。当立体桁架跨度较大（一般不小于30m钢结构）时，可考虑起拱，起拱值不大于立体桁架跨度的 1/300（一般为1/500）。此时杆件内力变化较小，设计时不能用拱计算。管桁架结构在恒载和活载标准下的最大挠度值不应超过短跨度的1/250，悬臂不应超过跨度的1/125。悬吊吊装设备屋面结构的最大挠度不应大于结构跨度的1/400。当仅改善外观要求时，在恒载和活载标准下，最大挠度可取挠度减去鼓包值。

钢管桁架结构施工(精)

钢管桁架结构施工南京南房建设监理咨询有限公司汤凯军摘要：通过对大跨度管桁架施工各工序的分析，展示了管桁架结构优美造型，流畅的线条，更易于实现设计师对建筑艺术的追求。关键词：管桁架结构、空中拼装、施工。某体育馆工程建筑面积18000m2，其中心比赛馆面积4500m2，比赛馆平面呈圆形，主体采用钢筋砼弧形拱梁。屋面采用半径35m的贝壳状钢管桁架结构。 1．结构特征：该屋面结构，中间2榀跨度63.38m，拱高17.55m的主桁架及10榀支撑桁架，两主桁架间距最小处4.182m，最大22.487m为双曲弧形，两侧采用72榀次桁架及4榀环形桁架组成。主桁架支座为4个Φ700球形万向铰支座，次桁架采用38个Φ400的上球下钢柱铰支座，采用Q235B无缝钢管。

2．结构施工：屋面结构施工前，须作好充分的准备工作，对土建工程的预埋件施工要及时提供埋件，并对埋件的水平、轴线、标高等各参数认真校对、把关，及时发现问题并予以纠正，为钢结构施工打好基础。由于屋面结构跨度大，造型复杂，管件多，每榀桁架较重，土建地下结构宽出上部结构，无法使用大型起重机在场内实施吊装吊装，屋面构件施工时只能散件进场，利用塔吊吊装构件，并在空中就位、拼装，施工难度很大。因此需在保证施工安全、质量、进度的前提下，合理安排各工序，使工序、工种有条不紊的展开。本工程施工主要方案，测量放线，工作平台搭设，主、次桁架安装方案，空中拼装、形成、涂装。 2.1 工作平台脚手搭设：脚手架搭设前，对屋面结构荷栽，脚手架自重施工荷载进行核算，并按钢管脚手架安全技术规范，确定脚手架施工方案，并反复验算稳定性。为防止脚手架沉降及结构拼装时变形，事前对场地按承载要求进行硬化处理。脚手架操作面满铺双层竹笆片，四周设防护栏杆，屋顶设两根避雷针引下线与主体避雷网相连，防止雷电对结构的损坏，并由安全员每日检查，发现问题及时修补、整改确保安全施工。 2.2 定位测量：定位前根据土建提供的基工作面。建立一个相对独立的测量控制网，根

钢结构管桁架工程量计算

浅谈工程量清单模式下钢结构工程中钢管的造价审核近年来，我国经济有了突飞猛进的发展，随着经济的发展带来了建筑业的空前繁荣，一些大跨度、超高层建筑应运而生。建筑物中运用钢结构种类越来越多，目前世界上最高、最大的结构采用的都是钢结构，厂房、桥梁、住宅、工厂、仓库、体育馆、展览馆、超市等建筑也越来越广泛地运用钢结构。这也是钢结构自身具备如下良好的特点所决定的： 1?钢结构构件安装方便，受气候影响小； 2?施工过程中无需养护，施工工期短； 3?结构自重轻，抗震性能好； 4?外型美观，美化居住环境，布置灵活，建筑功能高； 5?符合环保和可持续发展要求，污染小，可回收再生。下面将论述工程量清单模式下钢结构工程的造价审核流程及计算方式。根据《建设工程工程量清单计价规范（GB50500—2008）》附录A （建筑工程工程量清单项目及计算规则）中第一项（实体项目）的A.6条（金属结构工程）工程量计算规则为：“按设计图示尺寸以质量计算。不扣除孔眼、切边、切肢的质量，焊条、铆钉、螺栓等不另增加质量，不规则或多边形钢板以其外接矩形面积乘以厚度乘以单位理论质量计算。”或“按设计图示尺寸以铺设水平投影面积计算。”（压型钢板楼板）或“按设计图示尺寸以铺挂面积计算。”（压型钢板墙板）＜以面积为计量单位的工程量计算规则比较简单，在此不再赘述。以质量为计量单位的工程量计算规则较为复杂，而其中以圆钢管的工程量计算方式最复杂，下面我将重点论述圆钢管的工程量计算方式。首先，介绍一下钢结构中圆管的加工步骤:

根据审核后的深化设计，以1:1的比例绘出零件实样，并制作成轻而不易变形的样板；以样板为依据，在制作完成的钢管上划出实样，再将钢管按照要求的形状和尺寸进行切割。《建设工程工程量清单计价规范(GB50500— 2008)》的工程量计算规则主旨为计量形成工程验收的实体。目前一定比例的钢结构深化设计图纸所标注的尺寸为杆件的轴线相交尺寸，但副管并未伸入至主管内，仅冠至主管表面进行焊接, 束 If fSJ* Tack weldng 清管 Pipe gjggj 叩外輝 tiulsicte wdding 10声波桧测 Rpe 曲 sonic tes^ig J (光检验恼bi

桁架、管桁架、网架区别

钢管桁架结构在建筑中的应用

钢管桁架结构在建筑中的应用钢管桁架结构是钢管结构中的重要一种，它是桁架结构采用钢管材料构成的一种结构形式，也称钢桁结构、管桁架和管结构。由于适应性比较强，近年来在大跨空间结构中得到广泛应用。管桁结构的结构体系为平面或空间桁架，与一般桁架的区别在于连接节点的方式不同：网架结构采用螺栓球或空心球节点。过去的屋架经常采用板型节点，而管桁结构在节点处采用的是杆件直接焊接的相贯节点(或称管节点)。在相贯节点处，只有在同一轴线上的两个主管贯通。其余杆件(即支管)通过端部相贯线加工后，直接焊接在贯通杆件(即主管)的外表非贯通杆件在节点部位可能有一定间隙(间隙型节点)，也可能部分重叠(搭接型节点)。相贯线切割曾被视为是难度较高的制造工艺。因为交汇钢管的数量、角度、尺寸的不同使得相贯线形态各异，而且坡口处理困难。但随着多维数控切割技术的发展。这些难点已被克服。目前国内一些企业装备了这一技术，相贯节点管桁结构在大跨度建筑中得到前所未有的应用。管桁架的分类。根据受力特性和杆件布置不同，可分为平面管桁结构和空间管桁结构。平面管桁结构的上弦、下弦和腹杆都在同一平面内，结构平面外刚度较差。一般需要通过侧向支撑保证结构的侧向稳定。在现有管桁结构的工程中，多采用Warren桁架和Pratt桁架形式，Warren桁架一般是最经济的布置，与Pratt桁架相比Warren桁架只有它一半数量的腹杆与节点，且腹杆下料长度统一，这样可极大地节约材料与加工工时。Vierendeel桁架主要应用于建筑功能或使用功能不容许布置支撑斜杆时的情况，空间管桁结构通常为三角形截面，与平面管桁结构相比，它能够具有大的跨度，且三角形桁架稳定性好，扭转刚度大且外表美观。在不布置或不能布置面外支撑的场合，三角形桁架可提供较大跨度

管桁架结构的设计要点

管桁架结构的设计要点近年来，随着我国钢铁产量的不断增长，钢结构以其自身的优势，在建筑中所占的比例越来越大，钢管结构也取得较大的突破。钢管结构的最大优点是能将人们对建筑物的功能要求、感观要求以及经济效益要求完美地结合在一起，因此如何做好钢管结构中管桁架结构的设计就尤为重要。管桁架结构的受力特点管桁架，是指用圆杆件在端部相互连接而组成的格构式结构。与传统的开口截面(H型钢和I字钢)钢桁架相比，管桁架结构截面材料绕中和轴较均匀分布，使截面同时具有良好的抗压和抗弯扭承载能力及较大刚度。这种钢构不用节点板，构造简单，制作安装方便、结构稳定性好、屋盖刚度大。空间三角形钢管桁架在受到竖向均布荷载作用的时候，表现出腹杆抗剪、弦杆抗弯的受力机理。弦杆轴力的主要影响因素是截面的高度，而竖面斜腹杆轴力的主要影响因素是竖面腹杆与竖直线的倾角。水平腹杆在竖向荷载作用下的受力较小，但是如果受到明显的扭矩作用的话，必须考虑适当加大其截面尺寸。管桁架结构的结构计算设计基本规定。立体桁架的高度可取跨度的1/12～1/16，立体拱架的拱架厚度可取跨度1/20～1/30，矢高可取跨度的1/3～1/6。弦杆(主管)与腹杆(支管)及两腹杆(支管)之间的夹角不宜小于30°。当立体桁架跨度较大(一般认为不小于30米钢结构)时，可考虑起拱，起拱值可取不大于立体桁架跨度的1/300(一般取1/500)。此时杆件内力变化“较小”，设计时可按不起拱计算。管桁架结构在恒荷载与活荷载标准作用下的最大挠度值不宜超过短向跨度的1/250，悬挑不宜超过跨度1/125。对于设有悬挂起重设备的屋盖结构最大挠度不宜大于结构跨度的1/400。当仅为改善外观要求时，最大挠度可取恒荷载与活荷载标准作用下挠度减去起拱值。一般情况下，按强度控制面而选用的杆件不会因为种种原因的刚度要求而加大截面。一般计算原则。管桁架结构应进行重力荷载及风荷载作用下的内力、位移计算，并应根据具体情况，对地震、温度变化、支座沉降及施工安装荷载等作用下的位移、内力进行计算。内力和位移可按弹性理论，采用空间杆系的有限元方法进行计算。对非抗震设计，作用及作用组合的效应应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》进行计算。在杆件截面及节点设计中，应按作用基本组合的效应确定内力设计值。对抗震设计，地震组合的效应应

空间钢管桁架及其试验模型的仿真计算

空间钢管桁架及其试验模型的仿真计算张杰（西南交通大学土木工程学院610031） [提要] 对大跨度跌落式空间钢管桁架结构及其试验模型进行仿真计算，通过对计算结果的对比分析，认为试验模型能反映结构的基本力学行为。 [关键词] 钢管桁架结构仿真计算力学行为一、概述空间钢管桁架结构横向宽度为39.50m，纵向长度为75.55m，水平投影面积约3000m2，采用节点为目前流行的相贯节点，屋面为双层彩钢夹芯板。钢管桁架结构支承在8根钢筋混凝土柱和4个剪力墙出挑牛腿上，最大跨度31m，桁架左端有双向大悬臂，最大悬挑长度11.75m（横向）和12m（纵向）。由于该空间钢管横加结构形式新颖、受力比较复杂，为确保钢管桁架的安全可靠，我们对该钢管桁架进行模型试验和计算分析。按一定比例制作钢管桁架模型，进行设计荷载条件下的结构整体和构件的内力、位移试验，验证理论计算的正确性，验证实际结构的安全性和可靠性。图1为桁架平面布置及编号图图1 合理的设计试验模型，使试验结果符合结构的实际情况并满足预定的要求，是评价一个模型设计成功与否的关键。要做到这一点，首先要对实际结构进行理论分析，尔后根据试验的目的，按照材料相似和几何相似的原则，初步确定模型的制作比例，所用的材料，加载方式以及测点布置等等。在此基础上对模型进行理论分析，分析所用的计算软件一般应与实际结构计算相同。图2为钢管桁架纵向桁架立面图。

本文应用国际通用的大型计算软件SAP2000，对结构和试验模型进行仿真计算，以期对结构的安全性和合理性作出评价；通过对结构和试验模型计算结果的分析对比，评价模型设计的合理性，是否能达到模型试验的预定目的。二、结构的仿真计算 SAP2000软件是国际公认可靠的大型通用结构分析软件。我们采用sap2000进行了结构各工况下的静力分析和模态分析。仿真计算采用sap2000中Frame单元，考虑杆件抗弯抗扭性能。如果该空间桁架结构的杆件采用二力杆单元建模，计算将得不到正确的结果，所以不能采用二力杆单元建模。如图3是铰接杆单元模型在自重作用下节点沿纵向的位移图。由铰接模型计算结果可以看出，图中间显示的一榀桁架在纵向的约束存在不足，计算所得的位移不能反映结构的实际情况。图3 2.1支座约束屋盖系统共有12个支点，均为橡胶支座。中间4个支点支承在剪力墙牛腿上，可认为是刚性支点；其余8个支点分别支承在混凝土柱顶，6个支点支承在φ1.2m混凝土园柱上，2个支点支承在1.1x1.1m的混凝土方柱上，柱子底部完全约束。根据设计方案,各支座采用橡胶支座,由甲方提供的支座反力（供设计混凝土柱使用），屋盖支座反力主要为竖向力，水平反力很小，不传递弯矩。故取屋盖系统支座为可移动铰支座(水平方向有弹性约束)。弹性约束的弹簧系数，是根据设计提供的水平反力确定一个界限值，计算分析时取为20KN,由计算机反算出相应的弹簧系数，以此作为支座水平弹簧系数。计算所确定的水平弹簧系数取为200KN/m。结构计算时，我们取两种计算模型进行计算：一种是不考虑混凝土柱的影响，认为屋盖系统支承在一无限大的刚体上，支座为可移动铰支座(水平方向有弹性约束)；一种是考虑混