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摘要：大跨度结构是中国目前发展最好的结构形式之一，其科技发展水平是一个国家土木建设技术水平的重要衡量标准和工程经济技术水平的主要标准之一。当跨越度加大时，建筑空间结构形式就更能表现出其良好的科技经济特性。其科技发展水平是一个国家土木建设技术水平的重要衡量标准和工程经济技术水平的主要标准之一。当跨越度加大时，建筑空间结构形式就更能表现出其良好的科技经济特性。网架构造是大跨度结构常常使用的构造型式。首都体育馆和北京大兴国际机场是大跨度钢网格的典型案例。由此可知钢网架结构在现今的建筑中使用率是比较高的。本文结合有限元分析以某体育馆针对钢网架结构屋盖该结构从而进行设计，分析该结构下的设计参数可行性。

关键字：大跨度;钢网架结构;有限元分析

从上世纪五十年代起网架结构出现并逐渐发展起来，网架结构广泛的应用于体育场、游泳馆、交通枢纽等重要工程中，这都要得益于网架结构具有良好的空间性能这一特点。网架结构一经使用就收到了广大设计建筑人员一致的好评，其中最大的优点就是钢量省，能够用最少的钢量制作稳固且标准的网格结构。

足以见网架结构具有极强的稳定性，以及优秀的抗震效果。经过这几十年的发展，现今的网架结构呈现出多样性，计算分析以及施工方法已经非常明确成熟。已经广泛的应用于现在的建筑中。尤其是对于屋内空间要求较大的公共建筑，例如：游泳馆，体育馆等，并且该网格结构具有牢固性好、覆盖面积大、施工方便等优点。完美的帮助设计师实现了大跨度的空间结构设计。

一、工程概况

我们设定某体育馆屋盖结构为钢网架结构与混凝土框架结构的结合设计，我们将钢网架结构置于混凝土框架结构的上方。由于我们设定两种不同的材料组成某体育馆的屋盖，所以在对体育馆进行分析结构以及设计时，多数设计采用分体式设计。即上下部分进行分开设计，在我们对上半部分进行计算时，应当将网架的支座设定为铰接支座，或者设定为弹性支座;当我们计算下半部分的结构时，应当结合上部结构的质量以及刚度，从而进行下部混凝土部分的设计。在本文的演算中我们采用上述分体式设计分析。以下我们将通过独立分析的方式进行计算，测算就体育馆屋盖设计是否符合国家标准的要求。

在后续的设计过程中，由于体育馆面积较大，屋盖设计结构时，桁架最大跨度为45.9M。用Q235b无缝钢管，主桁架为q345b钢管，q235b型做支撑和保护。假定有水平、竖向支撑。同时根据我国设计规范记载，我国建筑设计有相关的要求以及规范。按照我们相关的规范以及要求，结构耐久性设计的年限需要达到50年。所以在后续的设计基准中，我们须以50年作为标准进行。

设置风荷载：基本风压0.6kN/m2，地面粗糙度类别B类。风压高度系数按规范。屋面恒载：0.8kN/m2，屋盖悬挑附加恒载：0.6kN/m2。屋面活载：0.5kN/m2。

二、模型建立

使用有限元软件MIDAS进行分析，建立屋盖结构模型。该体育馆钢网架分为钢网架和混凝土两个部分其分别为：ZHHJ1和ZHJ2。三维空间整体计算模型见图1。

三、数据计算

3.1荷载计算取值

恒荷载中包括了建筑结构的自重，以及屋面的檀条、屋面板、涂层、焊缝质量。其中我们可利用计算机的程序进行自动计算结构构件的自重。在进行计算时，我们忽略较小的微小的参数变化影响，取固定值进行有限元分析。

分析结构荷载取值如下：

1）恒荷载：屋面恒荷载1.2 kN/m2，屋盖悬挑附加恒载0.8 kN/m2。

2）活荷载：屋面的活荷载取0.6kN/m2。

3）风荷载：我们可以根据建筑结构所要求的荷载规范，考虑其基本风压为0.6kN/m2，地面粗糙B类。

4）地震作用：设置抗震放烈度8度，设计基本地震加速度取0.10g，结构阻尼比取0.035。

四、结果分析

4.1计算

根据荷载作用标准组合正常使用极限状态结构竖向位移云图。根据结果可知：竖向位移最大值为42mm。根据在钢结构设计规范附录表中的要求，满足规范要求。

作为最不利的组合：荷载基本组合的承受能力极限状态结构轴力显示：

4.1 ZHJ1最大压力为420 944 N，压杆型号为Φ325×10，根据设计规范，所得结果83.8Mpa强度满足规范要求。

根据钢结构设计规范表可知，当截面为B类，根据算式可得出：λ=14.4，φ=0.985，根据规范可得：σ=85.1Mpa。稳定性符合要求。

4.2 ZHJ2最大压力为649 410 N，压杆型号为Φ325×10，根据设计规范，所得结果为129.3Mpa 强度满足规范要求。

根据钢结构设计规范可知，当截面为B类，根据算是可得出：λ=14.4，φ=0.985，根据规范可得：σ=131.3Mpa。稳定性符合要求。

4.2计算结果分析

通过我们的计算可得知，不论是上部钢网格结构还是下部分混凝土结构，两者均适应文中所预选的参数，建筑设定以及参数的选取均较为合理，满足我国建筑相关的要求以及规范。所以在对于一个大跨度的屋盖进行设计时，我们可采用便携的MIDAS有限元分析软件，对于所设置的结构制作模型，结合现实参数输入，进行受力以及变形特征预测分析。保障建筑结构的稳固性

文中通过以上计算结果可见，该屋盖钢网架设计的变形以及强度均符合规范。参数的设置选取也均合理。

五、总结

在实践的过程中我们会发现结构的布置过程中会受到建筑要求和艺术的限制，需要考虑多方面的因素进行设计，最终使结构布置合理化。本文对体育馆这种大型的空间钢网架结构采用了算例形式，使用软件建立起相应的模型，并施加了相关荷载，由此我们便可通过有限元分析软件进行不同参数下的结构分析。我们可从计算结果中得知，本文中的体育馆屋盖结构设计中，不论是强度还是稳定性均为未超出。此外，在钢网架结构屋盖设计中该屋盖的竖向的结构数值也同样满足结构变形的控制指标，所以本文中钢网架屋盖结构设计以及参数选取均合理。并且经过该验算同时也表明了有限元在设计过程中，迎来验算相关参数的可行性，以及实用性。本文意在为其他大型工程的分析提供实用的方法：使用有限元方式计算。这是本文的主要意义所在。

参考文献：

[1]王艳巍，李霞，李中华.有限元分析在钢网架屋盖结构设计中的应用研究[J].铁道工程学报，2007（6）：48-51.

[2]杨晓杰，杨文柱，王留成.上海体育馆600吨网架整体吊装受力分析与计算[J].安装，2008（9）.