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大跨网架课程设计 题 目 网架结构的有限元建模及分析 专业班级 土 木 工 程1班 学生姓名 刘飞，李泽宁，陶玥林 指导教师 叶继红 完成时间 2012年10月 8日 网架结构的有限元建模及分析1. 概述 2 2. 工程概况、基本假定和有限元建模 2 2.1 工程概况 3 2.2 荷载设定 3 （1）永久荷载 3 （2）可变荷载 3 （3）温度作用 3 （4）地震作用 3 2.3 基本假设: 3 2.4 有限元建模 4 2.4.1网架选型 4 2.4.2 网架结构的网格尺寸及高度的选择 4 3. 结构静力性能分析 6 3.1 静力荷载组合及计算 6 3.2 建模与计算 7 4. 校核球节点 9 5．参数变换对网架受力的影响的分析 10 5.1 网架支承形式变化 10 6. 网架静力分析 12 7. 网架动力分析 13 7.1 结构模态分析 13 7.2 结构自振周期和阵型质量参与系数 15 7.3 结构反应谱分析 15 7.4 结构时程分析 16 8．MIDAS软件校核 18 9. 总结 19 网架结构的有限元建模及分析 概述 本篇小论文主要围绕《大跨空间结构》叶老师所给的已知条件进行网架结构的建模，变换不同的参数（如网架形式，支承条件等）进行对比分析，从而得到一些结论。本文的思路大致如下：首先利用Autocad软件进行网架建模，选择三种网架进行对比分析，分别是：正交正放桁架型网架，斜放四角椎网架，抽空四角椎网架。利用有限元计算软件SAP2000对比分析出这三种中最优结构形式，选择其作为之后的对比分析的对象。第二部分是利用先前的最优模型，变换支承条件（四边固支，两边铰接两边橡胶垫支座，四边铰接）进行对比分析，从而得出结论。为确定SAP2000计算的准确性，选定前者的一种分析模式导入MIDAS再进行分析，对比两者的结果，加强分析的准确度。 工程概况、基本假定和有限元建模 工程概况 给定40m×40m的网架结构。杆件截面为圆钢管，钢管采用Q235钢，可供选择的圆钢管型号为Ф48×3.0、Ф60×3.0、Ф76×3.8、Ф89×4.0、Ф114×4.0、Ф159×6.0、Ф168×6.0，选择其中的2~3种。采用焊接空心球节点，可供选择的焊接球有Ф100、Ф150、Ф200、Ф250、Ф300、Ф350、Ф400，选择其中的1~2种。约束类型全为刚性约束。抗震设防烈度为8度。支承方式、网格形式、尺寸及荷载条件自定。软件选择自定。 荷载设定 （1）永久荷载 屋面恒载：0.60 kN/m2(含屋面板、擦条、天窗，不含网架自重) （2）可变荷载 可变荷载有以下几种： 屋面活载：0.50 kN/m2 雪载 基本雪压：0.45 kN/m2 屋面活载与雪载不同时组合，取二者最大值，。 风荷载 基本风压: 0.45kN/m2 （3）温度作用 对于跨度大于40m的大跨度房屋钢结构应考虑温度作用。温度作用作为可变荷载，其荷载分项系数为1.3。 （4）地震作用 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91规定： 在抗震设防烈度为8度的地区，网架屋盖结构应进行竖向抗震验算。对于周边支承的中小跨度网架可不进行水平抗震验算。 网架结构在地震作用下的内力分析采用反应谱法。选取反应谱函数Chinese2002 spectrum，抗震设防烈度8度，地震加速度0.2g，建筑场地类别III类，反应谱特征周期0.4s，结构阻尼比取0.025。 基本假设: (1) 网架的每个节点均为空间刚结点，每个节点没有自由度; (2) 荷载作用在网架节点上，杆件只承受轴向力; (3) 支座处简化为弹性元件; (4) 不考虑下部框架结构刚度对网架的影响。 图1 网架形式图 4 有限元建模 网架选型 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91规定： 网架的选型应结合工程的平面形状和跨度大小、支撑情况、荷载大小、屋面构造、建筑设计等要求综合分析确定。网架杆件布置必须保证不出现结构几何可变情况。 平面形状为矩形的周边支承网架，当其边长比1.5时，宜选用斜放四角锥网架、棋盘形四角锥网架、正放抽空四角锥网架、两向正交斜放网架、两向正交正放网架、正方四角锥网架。 根据设计条件和规范规定，先采用周边支承的三种网架：正交正放四角锥网架、斜放四角椎网架、正放抽空四角锥网架，对三种网架进行综合比较，确定最经济的方案，再对选定的方案进行变参，如网格尺寸、高度、支承等，比较它们的应力比、挠度、用钢量、自振特性、振动响应等。 4.2 网架结构的网格尺寸及高度的选择 《网架结构设计与施工规程》JGJ7—91规定：网架的网格尺寸和高度可根据网架形式、跨度大小、屋面材料以及构造要求和建筑功能等因素确定。对于