專利名稱：一種大跨空間結構復雜邊界條件桿件計算長度確定方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于結構工程領域，更具體的說是一種大跨空間結構復雜邊界條件桿件計算長度確定方法及其應用。
背景技術：
現有的許多建筑設計結構都應用到桿件桁架組成的桁架或網殼結構，而且越來越多的建筑結構整體都采用這種結構造型越來越復雜，因此對于構成桁架或網殼桁架的桿架桿件的分析越來越重要，桿架在不同結構中，如何確定桿件進行計算的等效長度是一這一個重要參數，是對桿件進行結構彈性分析的一個必要前提。而隨之桁架整體結構的大型化， 特別是復雜的大跨度空間結構，桿件的邊界條件也越來越復雜，計算難度越來越高?，F有GB50017-2003《鋼結構設計規(guī)范》(以下簡稱“《鋼規(guī)》”)對結構體系的計算長度系數的規(guī)定，主要涉及以層變形為主的框架結構。計算方法主要有兩種一種方法是以多項假定為基礎，分別對多層框架有側移、無側移情況等建立臨界狀態(tài)的平衡方程，求解框架柱的計算長度系數；另一種方法是對多層框架結構施加假想水平概念力的近似二階分析方法。在樓層處施加該水平力，并參與荷載組合，假想水平概念力的大小，是以傳統(tǒng)解析方法獲得的框架柱穩(wěn)定承載力為基礎驗算得到的，是解析解的另一種簡化的方法。對于體型復雜的大跨空間結構，《鋼規(guī)》提供的兩種計算方法并不適用。現有文獻介紹[1]郭彥林，竇超.單層折面空間網格結構性能研究及設計[J].建筑結構學報， 2010,31(4) :19-30。[2]孟美麗，孫璨，吳兵，等.深圳大運會籃球館屋蓋結構穩(wěn)定性分析[J].鋼結構， 2010，25(3) :28-32。對計算長度的求解，文獻[1、2]依據整體屈曲分析方法進行求解具體過程為①對給定的荷載組合，采用線性分析方法對結構進行分析，得到所有桿件的軸力；②以這一荷載工況的組合軸力pj做為標準，乘以荷載因子X ；③形成有限元分析的剛度矩陣，進行特征值分析，得到臨界荷載因子X cr ；④求得的臨界荷載xc_，反算計算長度。[3]王海明，張耀春。斜腿鋼架平面內整體穩(wěn)定性能研究[J]。低溫建筑技術， 2005，108(6). :69-71。[4]張久海，張文元。小高跨比單層單跨實腹門式剛架平面內彈性整體穩(wěn)定分析 [J].房材與應用，2005，33 (4). :4-7。文獻[3、4]只是將文獻[1、2]的第③步特征值分析改為考慮幾何非線性的整體穩(wěn)定分析，考慮了幾何非線性的影響，其他步驟均相同?，F有技術的不足或缺點
1)規(guī)范的方法不適用體型復雜的大跨空間結構。2)文獻[1、2]，在某一工況下，根據線彈性整體屈曲結果，反算計算長度。沒有考慮幾何非線性的影響，憑借直覺判定桿件臨界狀態(tài)，存在錯誤判定臨界狀態(tài)的可能。3)文獻[3、4]考慮了幾何非線性的影響，比文獻[1、2]前進了一步，通過幾何非線性整體穩(wěn)定分析獲得結構臨界承載力，然后，間接的推算構件的臨界承載力。這種方法屬于比較籠統(tǒng)、間接方法。同樣也存在憑借直覺判定桿件臨界狀態(tài)，存在錯誤判定的可能。4)文獻[1]為有次桿件的復雜邊界條件，文獻[2 4]為無次桿件的簡單邊界條件，但是均未考慮軸力變化對計算長度確定的影響。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，為大跨度空間結構復雜邊界條件主鋼構件計算長度確定，提供一種相對精確方法。本發(fā)明的進一步目的是避免在計算過程中憑借直覺判定桿件臨界狀態(tài)的失誤。本發(fā)明更進一步目的是解決了復雜邊界條件引起桿件軸力變化，誘發(fā)對主桿件穩(wěn)定承載力的影響的問題。本發(fā)明通過以下技術方案實現上述目的。首先本發(fā)明提供了一種大跨空間結構復雜邊界條件桿件計算長度確定方法，其具體通過計算機按以下步驟計算Si.在控制荷載工況下，進行整體結構的特征值屈曲分析，得到各階屈曲模態(tài)；S2.以特征值屈曲分析得到的表現為該桿件失穩(wěn)模態(tài)為初始形態(tài)，施加微小的幾何缺陷，然后進行整體結構的幾何非線性的彈性承載能力過程分析；S3.在整體結構失去承載能力的過程當中，跟蹤桿件的軸力-位移變化情況，根據軸力是否到達最大值及出現下降階段，判定臨界荷載的出現；S4.按以下公式確定桿件的計算長度
權利要求
1.一種大跨空間結構復雜邊界條件桿件計算長度確定方法，其特征在于通過計算機按以下步驟計算S1.在控制荷載工況下，進行整體結構的特征值屈曲分析，得到各階屈曲模態(tài)；S2.以特征值屈曲分析得到的表現為該桿件失穩(wěn)模態(tài)為初始形態(tài)，施加微小的幾何缺陷，然后進行整體結構的幾何非線性的彈性承載能力過程分析；S3.在整體結構失去承載能力的過程當中，跟蹤桿件的軸力-位移變化情況，根據軸力是否到達最大值及出現下降階段，判定臨界荷載的出現；S4.按以下公式確定桿件的計算長度
2.根據權利要求1所述的確定方法，其特征在于步驟S2中所設定的微小缺陷特征值為該桿件幾何長度的1/3000 1/10000。
3.根據權利要求2所述的確定方法，其特征在于步驟S2中所設定的微小缺陷特征值為該桿件幾何長度的1/5000。
4.根據權利要求1 3任一項所述的確定方法，其特征在于步驟S3中判定臨界荷載出現的方法是當軸力到達最大值并且出現下降階段，則軸力最大值為臨界荷載，否則沒有到達臨界狀態(tài)。
5.根據權利要求4所述的確定方法，其特征在于桿件斷面外輪廓幾何尺寸相同、壁厚不同時，步驟S4所述EIetl為桿件的抗彎剛度。
6.一種權利要求1所述大跨空間結構復雜邊界條件桿件計算長度確定方法的應用，其特征在于所述方法應用于單層折面空間網格結構的桿件計算長度的確定。
7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于所述單層折面空間網格結構中所述的空間網格為三角形網格。
8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于所述三角形網格由三根主桿件構成，所構成的平面的受面面夾角在90° 150°之間。
9.根據權利要求8所述的應用，其特征在于所述三角形網格在每根主桿件的四分點處設置次桿件，次桿件的斷面高度為主桿件斷面高度0. 3 0. 8倍。
10.根據權利要求8 9所述的應用，其特征在于所述主桿件由外直徑相同，壁厚不同的圓形鋼管組成，壁厚從桿件兩端朝桿件中部呈臺階狀遞減。
全文摘要
本發(fā)明屬于結構工程領域，所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，為大跨度空間結構復雜邊界條件主鋼構件計算長度確定，提供一種相對精確方法。通過計算機按以下步驟計算S1.在控制荷載工況下，進行整體結構的特征值屈曲分析，得到各階屈曲模態(tài)；S2.以特征值屈曲分析得到的表現為該桿件失穩(wěn)模態(tài)為初始形態(tài)，施加微小的幾何缺陷，然后進行整體結構的幾何非線性的彈性承載能力過程分析；S3.在整體結構失去承載能力的過程當中，跟蹤桿件的軸力-位移變化情況，根據軸力是否到達最大值及出現下降階段，判定臨界荷載的出現；S4.按以下公式確定桿件的計算長度
文檔編號E04B1/342GK102277899SQ20111011058
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者劉瓊祥, 劉臣, 張建軍, 彭德昭, 彭省華, 李暉, 楊德喜, 王啟文, 郭滿良 申請人:深圳市建筑設計研究總院有限公司