管桁架结构的受力特点及计算分析

定义

管桁架是由两端相互连接的圆形构件组成的网架结构。

受力特点

空间三角形钢管桁架体现了竖向均布荷载作用下腹杆抗剪和弦杆抗弯的受力机理，弦杆轴力的主要影响因素是截面高度，而竖向斜腹杆轴力的主要影响因素是竖向腹杆与垂直直线的倾角。水平腹杆在竖向荷载作用下的受力较小，但受到明显扭矩影响时，应适当考虑增大截面尺寸。

计算分析

1、静力计算

管桁架结构应经过位移、内力计算后进行杆件截面设计。如果杆件截面需要调整，则应重新设计，以满足设计要求。设计完成后，杆件不宜替换。如果由于材料制备困难需要更换杆件，则应按照等效截面和刚度的原则进行。被替换的杆件不应是结构的主要受力杆件，其数量不应过多（通常不超过所有杆件的5％），否则需要重新校核。通过分析管桁架结构温度变化引起的内力，将温差引起的固定端反力作为等效荷载作用于杆件两端的节点上，然后采用有限元法分析。

2、抗震计算

在单维地震作用下，进行多遇地震作用下的效应计算时，可采用振兴分解反应谱法，对于体形复杂或重要的大跨度结构应采用时程分析进行补充计算。采用时程分析法时，应根据建筑场地类型和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，平均地震影响系数曲线应与振型分解反应谱法所用的地震影响系数曲线在统计意义上相符，加速度曲线峰值应根据与抗震设防烈度相应的多遇地震的加速度时程曲线大值进行调整，并应选择足够长的地震动持续时间。

用振型分解反应谱法进行管桁架结构地震作用分析时，应至少取前25～30个振形，对体形特别复杂或重要的需要取更多振形进行效应组合，在抗震分析中，应考虑支承体系对其受力的影响。此时可同时考虑桁架结构和支承体系，按整体分析模型进行计算，也可将支承体系简化为管桁架结构的弹性支座，按弹性支承模型进行计算，在进行结构地震作用效应分析时，对于周边落地的管桁架结构，阻尼比可取0.02，有混凝土结构支承的管桁架结构，阻尼比为0.03，对于形状复杂或跨度较大的管桁架结构，应进行多维随机振动分析方法、多维反应谱法或时程分析法。

计算软件

目前，STS、STCAD、MST 2006和3D3S是能够对桁架结构进行预处理分析并处理节点设计图的软件。STS桁架模块可以方便地建立平面桁架模型，但不能建立空间桁架模型，STCAD的建模和模型编辑功能强大，但操作不便，截面定义和分组繁琐，节点设计参数丰富，MST2006的桁架模型基本采用网架模型的验算功能。3D3S可以方便地输入单元、节点和局部单元荷载。各种工况荷载可通过导荷载的方式由面荷载转化为节点荷载。风荷载能自动考虑风压、高度和风振系数的变化，工程中常用的计算软件是3D3S。