蟹岛钢结构大棚检测复核计算分析.pdf

低温建筑技术 2 0 1 3 年第 8 期 总第 1 8 2 期 圈 蟹 岛 钢 结 构 大 棚 检 测 复 核 计 算 分 析 魏晨熙 ， 王元清 ， 张天申 ， 王震 1 ． 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验塞． 清华大学土木工程系． 北京1 0 0 0 8 4 ； 2 ． 清华大学结构工程检测中心 ． 北京1 0 0 0 8 4 【 摘要】 为了对蟹岛钢结构大棚工程进行安全性评估 ， 抽样检测该工程的屋盖网架的截面尺寸、 杆件直 径、 壁厚、 长度、 球节点等尺寸， 并采用 M I D A S有限元设计软件建立整体结构模型， 分别验算承载力极限状态下结 构的承载力情况和正常使用极限状态下结构的变形情况 ， 并按相应规范进行复核。结果表明 钢结构大棚整体符 合规范要求， 但个别杆件需要加固改造。 【 关键词1 网架 ； 钢框架； M I D A S ； 计算分析 【 中图分类号】 T U 3 9 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 3 0 8 一 O O 4 4- 0 3 CALCULATI ON ANALYS I S oF X肿Ao S T EEL S TRUCTURAL S HED I NS P ECT I ON WEI C h e nx i ，W A NG Yu a n、一q i n g ，Z HA NG T i a ns h e n z ， WANG Z h e n 1 ． K e y L a b o r a t o r y o f C i v i l E n g i ．S a f e t y a n d D u r a b i l i t y o f C h i n a E d u c a ti o n Mi n i s t r y ， D e p a r t me n t o f C i v i l E n s i ． ， T s i n g h u a U n i v ． ，B e i j i n g 1 0 0 0 8 4 ， C h i n a ； 2 ． D e t e c t i n g C e n t e r o f S t r u c t u r e E n g i n e e r i n g o f T s i n g h u a U n i v ． ， B e i j i n g 1 0 0 8 4 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o e s t i ma t e山e s a f e t y o f t h e s t e e l s t r u c t u r e d s h e d i n Xi e d a o．t h e s e c t i o n s i z e o f g r i d s t r u c t u r e，d i a me t e r o f me mb e r b a r s ，t h i c k n e s s o f p i p e s ，l e n g t h o f s t e e l f r a me ，a n d d i me n s i o n o f s p h e r e j o i n t s a r e i n s p e c t e d ．T h e o v e r a l l s t r u c t u r a l m o d e l o f the p r o j e c t i s e s t a b l i s h e d w i t h MI D A S ．T h e s i t u a t i o n s b o t h i n c a r r y i n g c a p a c i t y l i mi t s t a t e a n d s e r v i c e ab i l i t y l i mi t s tat e a r e c a l c u l a t e d ．T h e s t e e l s h e d s t r u c t u r e i s p r o v e d t o b e i n a c c o r d w i th the r e q u i r e me n t o f the s p e c i fi c a t i o n s a s a r e s u l t ， b u t s e v e r a l me mb e r s o ft i m d h a v e t o b e r e i n f o r c e d ． Ke y wo r d s g r i d s t r u c t u r e ； s t e e l f r a me； MI D AS； c a l c u l a t i o n a n aly s i s 0引言 建筑钢结构由于钢材的强度高、 自重轻、 刚度大等优异 性能， 制作安装的高度工业化以及结构体形的新颖和灵巧， 自二十世纪以来已经越来越广泛地得到应用⋯ 。在钢结构 飞速发展的同时， 世界范围内钢结构的事故频繁发生。1 9 7 8 年美国康涅狄格州哈特福市中心体育馆 正四角锥结构 由 于突降暴雪引起压杆失稳倒塌， 法国的戴高乐机场候机厅 在雪载下坍塌， 中国深圳国际展览 中心 螺栓球节点网架 由于暴雨后屋面积水过多倒塌等事故屡有发生 ， 让各 国 学者对结构检测、 安全性评估和加固工作进行深刻的反思。 上海作为全国建筑钢结构应用最早最广的地区之一， 对建筑钢结构的检测、 监测、 鉴定、 加固等工作的要求也更 为迫切， 2 0 0 5年施行 的 既有建筑物结构检测 与评定标 准 主要针对混凝土结构， 对建筑钢结构有一定的参考价 值。2 0 0 6年完成报批的 ， 2 0 0 7年 1月 1日起正式实施的上 海市地方标准 钢结构检测与鉴定技术规程 针对建筑钢 结构的检测与鉴定进行了规范， 反应的 目前国内外在这一 方面的研究成果。 [ 基金项目] 国家 自 然科学基金 重点项目 N o ． 5 1 0 3 8 0 0 6 在检测工作完成并得出结果之后， 结构或其构件的强度 包括连接 、 刚度或稳定性等不满足设计要求时， 应对钢结 构进行加固 J 。根据受损害范围， 需要加固的钢结构加固方 法分为整体加固和局部加固； 根据加固对象， 加固方法可分为 钢构件加固、 连接和节点加固、 裂纹的修复和加固等。 1 工程背景 文中所介绍的工程项 目位于北京市金盏乡蟹岛路中段 南侧的蟹岛度假村内， ， 该项 目由 1 8号八座钢结构网架大 棚、 一栋指挥楼 钢筋混凝土框剪结构 以及一处地下设备 用房 剪力墙结构 组成 ， 总建筑面积约为 8 ． 6万 m 。该项 目建成于 2 0 1 0年， 现需要对该项 目所有大棚的屋盖网架的 截面尺寸、 网架结构杆件直径、 壁厚、 长度、 球节点等尺寸参 数进行抽样测量并依照现行有关规范及抗震设防标准进行 整体承载力复核验算。 文中以 1号钢结构大棚为例， 其平面内为规则矩形 ， 总 长约为 1 0 3 ． 3 8 m， 总宽约为6 8 ． 8 8 m建筑面积约为 9 5 9 0 m ； 1 号棚中部设有结构分缝 基础处结构缝最小， 为 1 0 0 m m ， 整 体结构布置沿分缝南北对称。1号棚沿四周为两层钢框架 低温建筑技术 2 0 1 3年第 8期 总第 1 8 2期 上的误差要求。而且它与传统变形修正法相比， 计算所 占 的空间减小很多， 计算效率有一定的提高， 特别适用超大规 模结构和有重复性的结构模型。 4结语 本文利用子结构方法输出复杂结构 A N S Y S 精细模型的 子结构的质量和刚度矩阵， 结合变形修正法得到简化模型， 总结出一种较为简单 的模型简化方法， 并通过两个不 同结 构形式的算例进行验证， 得到了如下结论 1 利用子结构方法输出模型， 能够有效地反应结构 的特征， 降低模型占用空间。修正变形方法能够用质心的 自由度代替整个子结构同步区域的 自由度 ， 因而能进一步 提高计算的效率。 2 子结构方法将结构分成多个子结构 ， 在连接部位 刚度矩阵与质量矩阵发生压缩 ， 所以计算结果尤其是高阶 频率存在一定的误差。但工程 中通常只关心前几阶频率， 特别是基频， 从算例结果可看 出低阶频率的误差不是太大， 满足工程实际要求。 总之， 将子结构方法与变形修正方法结合对大型复杂 工程结构是一种非常有效的方法， 既能精确反应模型， 又能 减小存储空间， 计算效率有一定的提高， 这样的优势为后续 的优化设计、 可靠性分析中提供了方便。 参考文献 [ 1 ] G u y a n R J ．R odu c t o n o f i ff n e s s a n d I n 螂 m a tx i e e s [ z ] ．1 9 6 5 3 2 6 8 0 ． [ 2 ] E d w a r d J ．K u h a r CV S ． D y n a m i c T r a n s f o r m a t i o n M e t h o d f o r M o - 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2 1 ． [ 2 ] 雷宏刚 ． 钢结构事故分析与处理[ M ] ． 北京 中国建材工业出 版社 ， 2 o o 3 ． 【 3 ] D G ／ T J 0 8 一 g o 4- 2 0 0 5 ， 既有建筑物结构检测与评定标准[ s ] ． [ 4 ] D G ／ T J 0 8 2 0 1 1 - 2 0 0 7 ， 钢结构检测与鉴定技术规程[ s ] ． [ 5 ] G B ／ O 6 2 1 2 O 1 0 ， 钢结构现场检测技术标准[ s ] ． [ 收稿日期】 2 0 1 3 04 0 9 【 作者简介】 魏晨熙 1 9 8 7 一 ， 男， 天津人。 硕士研究生， 从事 结构工程 的研究。