第２９卷第４期 ２０１７年ｌ２月 宁波工程学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＩＮＧＢ０ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ０Ｆ ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ ＶｏＩ．２９ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２０１７
ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００８－７１０９．２０１７．０４．００６
竹材大跨度屋盖结构模型设计及理论分析
项昌军，陈 跃，童晨希，陈佳袁，寿柳嫣，倪威康
（宁波工程学院，浙江宁波３１５２１１）
摘 要：结构设计竞赛已经成为培养大学生创新、实践能力的一个新兴实践教学环节。宁波工程学院在第十届全国大学 生结构竞赛中所设计的竹材大跨度屋盖结构的模型设计、结构选型、细部处理、材料分析和数值分析的全过程表明：竹材 的物理缺陷对竹材的力学性能有着较大的影响；要充分理解材料性能，不应凭借主观感受判断强度大小，截面小的杆件， 未必不能取代某些部位的大截面杆件；在结构模型设计的同时，模型结构有限元计算要同步进行，从而可直观了解结构 构件的受力情况并随时进行优化调整。 关键词：结构竞赛；ＭＩＤＡＳ ＧＥＮ数值分析；内力与变形分析：结构创新；材料试验 中图分类号：ＴＵ３１８ 文献标识码：Ｊ 文章编号：１００８—７１０９（２０１７）０４一Ｏ０３２—０６
Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｍｏｄｅｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ Ｂａｍｂｏｏ Ｒｏｏｆ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ＸＩＡＮＧ Ｃｈａｎｇｊｕｎ，ＣＨＥＮ Ｙｕｅ，ＴＯＮＧ Ｃｈｅｎｘｉ，ＣＨＥＮ Ｊｉａｙｕａｎ，ＳＨＯＵ Ｌｉｕｙａｎ，ＮＩ Ｗｅｉｋａｎｇ
（Ｎｉｎｇｂｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｉｎｇｂｏ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，３１５２１１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔｓ：Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ ｈａｓ ｂｅｃｏｍｅ ａ ｎｅｗ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｃｒｅａｔｉｖｅ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃａｂｌｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｌｌｅｇｅ ｓｔｕｄｅｎｔｓ．Ａ ｌａｒｇｅ－ｓｐａｎ ｂａｍｂｏｏ ｒｏｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ Ｎｉｎｇｂｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｗｏｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｐｒｉｚｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｅｎｔｈ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｅｎｔｉｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌ ｄｅｓｉｇｎ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｄｅｔａｉｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｅｘｈｉｂｉｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｂａｍｂｏｏ ｈａｖｅ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｉｔｓ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｕｂｊｅｃｔｉｖｅ ｆｅｅｌｉｎｇｓ ｓｈｏｕｌｄ ｎｏｔ ｂｅ ｆｕｌｌｙ ｒｅｌｉｅｄ ｏｎ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｓ ｔｏ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｂａｒｓ，ｔｈｅｙ ｍａｙ ｃａｎ ｒｅｐｌａｃｅ ｌａｒｇｅｒ ｏｎｅｓ ｓｏｍｅｔｉｍｅｓ．Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ ｗｈｉｌｅ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｉｎｔｕｉｔｉｖｅｌｙ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｏｎ，ＭＩＤＡＳ ＧＥＮ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅ．ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｅｓｔ
徐丽等：大跨度钢屋盖结构的口照温度应力观测 ｌ１５
大跨度钢屋盖结构的 日照温 度应力观测
徐丽， 陈建秋，吴大鹏，杨泽群
（广州大学Ｔ程抗震研究中心。广东广州５１０４０５）
【摘要】以广州体育馆钢屋盖结构为例，对大跨度结构使用阶段在日照作用下的温度应力进行了现场连
续测试，给出结构的不同构件在日照温差作用下温度应力的数值变化范围和分布规律，测试结果可为同类工程设
计和施工提供参考。
【关键词】钢屋盖；日照作用；温度应力；观测 【中图分类号】ＴＵ３９３．３ 【文献标识码】 Ｂ 【文章编号】 １００１—６８６４｛２００６｝０３—０１１５—０３
ＴＨＥ ＭＥＡｓＩ瓜ＥＩ Ｔ ＯＦ １【１ 厦ＰＩ Ａ，ｒＩ瓜Ｅ ＳＴＲＦ￣ＣＡＵＳＥＤ ＢＹ ＳＵＮＬＩＧＨＴ ＡＣＴＩＯＮ
ＯＦ ＬＯＮＧ ｓｌ’ＡＮ 【１Ｅ砸Ｌ ＲｏＯＦ ＴＲＵＳＳ
ＸＵ Ｈ， ＣＨＥＮ Ｊｉａｎ・ｑｉｕ， ＷＵ Ｄａ・ｐｅｎｇ， ＹＡＮＧ Ｚｅ・ｑｕｎ
（Ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｔｅｓｔ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＧｕａｎｇｚｈＯＵ ５１０４０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｔｒｅｓｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｏｎ ｓｔｅｅｌ ｒｏｏｆ ｔｒｕｓｓ ｏｆ ｔｈｅ
Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ｓｔａｄｉｕｍ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．Ａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ
ｅａｃｈ ｋｉｎｄ ｏｆ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｓｕｎｌｉｇｈｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｍａｙ ｇｉｖｅ ａ ｖａｌｕａｂｌｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｔｏ ｒｅｌ—
大跨度钢筋混凝土楼屋盖结构形式选优 章捷邱东梅雷润亚 （中冶东方工程技术有限公司秦皇岛研究设计院河北秦皇岛０６６００４） ［摘 要］对大跨度钢筋混凝土楼屋盖两种结构布置方案进行分析比较，得出其中较为经济合理的结构布置方案，以达到优化设计之目的。 ［关键词］大跨屋盖 主次梁结构 交叉粱系 优化设计 中图分类号：ＴＦ５７３．４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９ ９１４Ｘ（２００９）３５ ０１９７ ０１ １引言 钢筋混凝土框架结构的设计中常遇到由于建筑使用要求而需要设置局部 较大跨度的楼屋盖。选用钢结构当然可以轻易克服跨度上的设计困难，却又 带来结构计算问题，导致结构模型很难反映结构的真实受力状态，同时钢结构 工种的引入会增加施工管理、合同管理、成本控制等方面的不确定因素，从 工程实施全过程考虑，不一定是最佳选择，难以让业主认可。 可否考虑从结构布置选型上下工夫，使跨度较大的钢筋混凝土楼屋面既克 服跨度上的困难，又避免因引入钢结构而带来新的问题。本文通过工程实例 总结了相关经验，希望能为类似问题提供一些参考。 ２工程概况 本工程为某公司综合楼，框架结构，地上三层，屋面标高为ｌ５．Ｏｍ，建筑抗 震设防分类为丙类，抗震设防烈度为６度，设计地震分组为第纽，设计基本地 震加速度值为０．０５ｇ，框架抗震等级四级，场地土类别为ＩＩ类，基础采用预应力 高强混凝土管桩（ＰＨＣ），基础等级为丙级，结构安全等级二级，设计使用年限为 ５０年，上人屋面恒荷载６．０ｋＮ／ｍ２，活荷载２．ＯｋＮ／ｍ２，基本风压０ ５５ ｋＮ／ｍａ，基本 雪压０ 由于建筑功能上要求顶层设置一个３０ｍ×１６ｍ的报告厅，故在顶层抽去一 排柱子，形成～个局部跨度较大的屋盖，其柱距为６ｍ，跨度为ｉ ６ｍ。 ３大跨屋盖结构形式 用混凝土结构实现此类大跨度楼屋盖，结构选型显得尤其重要，合理的结 构形式能兼做到安全、经济、美观。针对该大跨屋盖，本文采用结构设计 幽 兰 ’ 量 盖 ： 置’ 善 ！ ＿ 誊 器 ； ！ ＇．； 晕 荟 如∞ ｎ Ｔ ２∞瑚ｎ ｌ ： 警 ￣ｌｓ（ｉｎ ｆ ； 图ｉ一般的主次梁布置 ｊ幽ｌ ｛， 丑 。 盐 王 毫 ’ 弓 吕 暑 ｛ ’ 图２斜交斜放梁系布置图 科学论坛 啊Ｉ
大跨度屋盖结构
一、桁架
桁架应用极广，适用跨度范围(6—60m)非常大。以受力特点可分为：平面桁架、立体桁架、空腹桁架。通常所指的桁架全是平面桁架，只在强调其与立体桁架或空腹桁架有所区别时，才称之为平面桁架。文艺复兴时期，改进完善了木桁架，解决了空间屋顶结构的问题；10世纪工业大发展，因工业、交通建设需要，进一步加大跨度。出现了各种钢屋架采用桁架。
(一)桁架的基本特点
1．平面——外荷与支座反力都作用在全部桁架杆件轴线所在的平面内；
2．几何不变——桁架的杆件按三角形法则构成；
3．铰接——杆件相交的节点，计算按铰接考虑，木杆件的节点非常接近铰接；钢桁架或钢筋混凝土桁架的节点非铰接、实属于刚架，其杆件除轴向力外，还存在弯矩，会产生应力但很小，依靠节点构造措施能解决，故一般仍按结点铰接考虑；
4，轴向受力——结点既是铰接，故各杆件(弦杆、竖杆、斜杆)均受轴向力，这是
材尽其用的有效途径。
(二)桁架的合理形式
选择桁架形式的出发点是受力合理，能充分发挥材力，以取得良好的经济效益。桁架杆件虽然是轴向受力，但桁架总体仍摆脱不了弯曲的控制，在节点竖向荷载作用下，其上弦受压、下弦受拉，主要抵抗弯矩，而腹杆则主要抵抗剪力。 由力分析可以看出，在其他条件相同的情况下，受力最合理，结点构造最简单，用料最经济，自重最轻巧，施工也可行的是多边形或弧形桁架，因其上弦非直线，制作较复杂，仅适用于较大跨度的情况。一般为便于构造与制作，上下弦各采用等截面杆件，其截面按最大内力决定，故内力较小的节问，材料未尽其用；为充分发挥材力，应尽量使弦杆各节点内力值接近。为进一步改进多边形桁架，使其上弦制作方便些，可作成折线形上弦的桁架，其高度变化接近于抛物线，这样适用于中、大跨(l>18m)，但其制作仍比三角形或梯形桁架复杂，三角形桁架的最大特点是上弦为两根直料，构造与制作最简单，其受力极不均匀，仅适用于小、中跨(l≤18m)的桁架情况。 (三)桁架选型选择桁架形式时，除了要考虑桁架受力与经济合理外，还需要考虑下列问题： (1)建筑体型与美观； (2)屋面材料及其坡度； (3)制作与吊装。 (四)桁架的空间支撑支撑的位置设在山墙位置两端的第二开间内，对无山墙(包括伸缩缝处)房屋没在房屋两端第一开间内，房屋中间每隔一定距离(一般≤60m)亦需设置一道支撑，木屋架为20～30m。支撑包括上弦水平支撑、下弦水平支撑与垂直支撑，把上述开间相邻两端桁架联结成稳定的整体。在下弦平面通过纵向系杆，与上述开间空间体系相边，以保证整个房屋的空间刚度和稳定性。支撑的作用有三： (1)保证屋盖的空间刚度与整体稳定； (2)抵抗并传递屋盖纵向侧力，如山墙风力、纵向地震力等； (3)保证桁架上弦平面外的压曲，减少平面外长细比，并可以防止桁架下弦平面外的振动。
