摘要：对某复杂体型钢结构通过两种软件进行对比分析
关键词：荷载组合、风荷载体型系数、雪荷载不均匀布置
引言
钢结构因其自重具有强度高、质量轻、易塑形、良好的加工性能及焊接性能、材料可重复使用等优点，而广泛应用于大型厂房、场馆、超高层等领域。在钢结构设计过程中，合理的模型，荷载准确输入，各式的工况定义是确保结构安全、降低工程造价的保障。同时对于体系复杂的钢结构房屋，采用不同的软件进行复核是非常有必要的。本文以咸阳展厅项目为例，浅谈复杂体型钢结构设计应注意事项，期望为有关设计人员提供一定的参考。
项目概况
该项目位于咸阳市高新区，其屋顶效果类似紫薇花（咸阳市市花），展厅整体形式为正六边形（图1）。
该项目基本风压为0.35KN/㎡，主体结构体型系数按《建筑荷载规范》GB 50009-2012表8.3.1中第30款，其上部的体型系数按《建筑荷载规范》GB 50009-2012表8.3.1中第29款。由于采用钢结构设计，该种结构类型对雪荷载较敏感，该项目屋顶雪荷载采用100年基本雪压为0.3KN/㎡。考虑到该建筑周圈有高层建筑，屋顶存在高低差，积雪不均匀分布系数取为2.0，雪荷载取0.6KN/㎡。该项目所在地抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0.2g,所属地震分组为第二组。
模型建立
本工程钢材均采用Q345B，分别采用3D3SV14及SAP2000进行计算分析。各软件的功能如下：
3D3S软件可进行结构非线性荷载——位移关系及极限承载力的计算、预张力结构的初始状态找形分析与工作状态计算，包括索杆体系、索梁体系、索网体系和混合体系的找形和计算、杆结构屈曲特性的计算、结构动力特性的计算和动力时程的计算；并且能根据最终结果进行节点输出制图。
SAP2000是集成化的通用结构分析与设计软件，可以完成模型的创建和修改、计算结果的分析和执行、结构设计的检查和优化以及计算结果的图表显示(包括时程反应的位移曲线、反应谱曲线、加速度曲线)和文本显示等等。
参数设定
其中风荷载体型系数、雪荷载分布及地震力参数分别按图2- 14执行。
分析组合如下：荷载组合信息
重力荷载代表值组合系数:
恒载 1.00
活载1 0.50
|
组合号 |
恒载 |
活载 |
风荷载 |
水平地震 |
竖向地震 |
|
1 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
2 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
3 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
4 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
5 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
6 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
7 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
8 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
9 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
10 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
11 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
12 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
13 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
14 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
15 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
16 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
17 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
18 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
19 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
20 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
21 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
22 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
23 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
24 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
25 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
26 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
27 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
28 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
29 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
30 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
31 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
32 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
33 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
34 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
35 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
36 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
37 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
38 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
39 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
40 |
1.00 |
0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
41 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
42 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
43 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
44 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
45 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
46 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
47 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
48 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
49 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
50 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
51 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
52 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
53 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
54 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
55 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
56 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
57 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
58 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.3 |
|
|
59 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
60 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
61 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
62 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
63 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
64 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
65 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
66 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
67 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
68 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
69 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
70 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
71 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
72 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
73 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
74 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
75 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
76 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
77 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
78 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
|
|
79 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
1.30 |
0.50 |
|
80 |
1.20 |
1.20*0.50 |
0.20*1.40 |
0.50 |
1.30 |
|
81 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
82 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
83 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
84 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
85 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
86 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
87 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
88 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
89 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
90 |
1.35 |
1.40*0.70 |
1.40*0.60 |
||
|
91 |
1.35 |
1.40*0.70 |
|||
|
92 |
1.35 |
1.40*0.70 |
|||
|
93 |
1.35 |
1.40*0.60 |
|||
|
94 |
1.35 |
1.40*0.60 |
|||
|
95 |
1.35 |
1.40*0.60 |
|||
|
96 |
1.35 |
1.40*0.60 |
|||
|
97 |
1.35 |
1.40*0.60 |
经软件分析后各个构件的应力比见下图15、16：
比较两个软件结果可见本工程的构件应力比相差不超过5%，认为构件规格能满足要求。计算完毕后大部分节点都能由软件完成设计，但对于6根杆件交汇处的节点目前软件依然无法完成。根据相关文献，本文提供一些节点做法（图17-20）参考。
结语
对于一些造型复杂的建筑，钢结构相比混凝土结构有更多的优势，尤其是存在大跨度、高烈度的地区优势更加明显。但是对结构安全性和合理性提出了更高的要求，需要设计人员引起重视，建模考虑细致，参数设置正确，确保结构安全。本文难免有不足之处，希望广大设计人员指正为感！
参考文献
【1】李颖，李建宏等《基于ABAQUS的钢结构节点有限元静力分析》，建筑结构，第43卷增刊
【2】薛建阳，刘祖强等《钢结构异性节点受力性能及非线性有限元分析》西安建筑科技大学学报第42卷第5期
【3】刘习超《ABAQUS在钢结构节点中的应用分析分析》，铁路勘察与设计