簡述大跨度屋蓋結構簡化分析的要點

1 大跨屋蓋模型簡化原則

大跨鋼屋蓋可采用鋼梁構件進行簡化，對梁構件剛度進行放大。放大值需經過多次比較確定，合理確定整體屋蓋的面內剛度及面外剛度，不宜直接定義為剛性梁。初次計算時可采用撓度等效的原則確定，撓度值采用屋蓋規范允許的最大撓度。簡化鋼梁端部根據實際支座節點形式采用鉸接或剛接處理。屋面布置導荷載板。

2 荷載等效原則

2.1 恒活荷載等效

恒、活荷載在荷載組合中采用不同的荷載分項系數，輸入時采用面荷載方式分別施加到導荷載板上。

2.2 風荷載等效

鋼屋蓋一般具有一定的高度，采用簡化分析時容易漏掉作用于屋蓋上的橫向風荷載，可根據不同的軟件來考慮這部分風荷載。本例采用將屋頂層風荷載體型系數放大的形式來實現。

2.3 地震荷載等效

影響地震荷載等效的因素較多，包括結構基本周期，阻尼比等等。

3 周期等效原則

采用振型反應譜法進行分析時，基本周期為結構無阻尼自由振動的分析結果，周期與質量及剛度有關。本例采用MidasBuilding簡化模型及

MidasGen實際模型進行對比。

圖1 簡化模型第一周期（0.5311s，不考慮地下室質量）

圖2 實際模型第一周期（0.6457s）

第一周期振型均為平動，說明屋蓋剛度較大。本例屋蓋為3米高（局部6米高）正放四角錐網架，實際模型結構較柔，采用反應譜進行地震分析時，簡化模型周期較短，在其它條件一致情況下，地震力更大。

4 綜合阻尼比等效原則

實際模型中混凝土及鋼材考慮各自的阻尼比，混凝土為0.05、鋼材為0.02。各振型綜合阻尼比算法公式詳《建筑抗震設計規范》GB50011-2010第10.2.8條條文說明。

本例一共計算了60個振型，綜合阻尼比范圍為0.03～0.05。主要振型中混凝土單元變形較大，阻尼比體現出混凝土特性。

根據《空間網格結構技術規程》JGJ7-2010要求進行抗震設計時綜合阻尼比取0.03，抗規要求取值0.025～0.035，實際工程需要根據實際情況進行取值。本例根據實際模型計算結果在進行簡化模型分析時綜合阻尼比取0.03。

表1 部分振型周期及綜合阻尼比

圖3 實際模型第48振型（周期0.18s，綜合阻尼比0.03）

5 地震力計算

影響地震力的因素諸多，根據上述分析可得出主要的影響因素。實際模型X向底層剪力為14525KN，為簡化模型的95.5%；實際模型Y向底層剪力為13892KN，為簡化模型的94.0%。簡化模型計算地震力略大。

6 溫度分析

下部混凝土結構受上部鋼屋蓋溫度影響較大，在溫度作用下的變形及內力分析需采用實際模型。升溫溫度=年最高氣溫-年平均氣溫（或安裝溫度），降溫溫度=年最低氣溫-年平均氣溫（或安裝溫度），本項目溫升及溫降均按30度考慮。

圖4 大跨屋蓋升溫時支承體系變形

參照抗規位移角的概念，不考慮抗震承載力調整系數，柱頂變形位移角小于1/650可認為構件處于彈性狀態，根據上述結果，溫升變形最大位移角1/1100,滿足要求。

溫度作用下，支承體系構件產生較大的拉力、彎矩及剪力，本例采用型鋼混凝土構件抵御溫度作用產生的內力。構造上采用可適當滑動的支座。

7 結論及建議

大跨度鋼屋蓋采用簡化模型進行下部混凝土結構分析時，需要保證比實際模型具備更高的安全度，選擇合適的簡化構件及剛度、合適的綜合阻尼比等確保結構設計的安全可靠度。

[1]建筑抗震設計規范，GB50011-2010.

[2]空間網格結構技術規程，JGJ7-2010.