網架支座節點
關注創建者：CAEer吳皓 創建時間：2023-10-18
網架支座節點的實例教程
摘 要：文章提出了一種可三向位移調節的新型鋼網架支座節點，支座與混凝土柱之間采用長螺栓連接，支座底板與預埋件之間設有一對互相垂直的螺栓槽孔，可實現支座的三向位移調節。為了研究新型鋼網架支座節點在實際工程當中的受力狀態，運用有限元分析軟件ABAQUS，按照實際受力情況對傳統網架支座節點和新型網架支座節點進行了非線性受力分析。結果表明：兩節點在實際荷載加載下，空心球支座應力、混凝土柱應力，以及鋼筋籠應力相差不大，表明新型網架支座節點在實際工程當中能安全使用。
關鍵詞：三向位移調節;網架支座節點;ABAQUS;受力分析;
在我國建筑工程快速發展的背景下，建筑造型也發生了日新月異的變化，這就要求必須由多種復雜的結構來完成。網架結構在大跨度空間結構中的應用非常廣泛，網架可通過支座與預埋件和混凝土柱連接，最終與基礎連接，如圖1所示。鋼網架結構在多種大跨工程當中得到了越來越多的運用[1]。但鋼網架在安裝的過程中受到結構自重、風荷載等影響，導致網架在合攏時桿件無法精準對接，而傳統的網架支座對網架位移的調節能力有限，因此有必要對網架支座節點的構造進行進一步研究。
同時，鋼網架結構支座節點受力通常比較復雜，對其承載力性能進行分析是工程設計的一個重要環節，而節點的損傷極有可能導致與其連接的鋼構件發生破壞，進而帶來結構整體的損傷，所以節點分析是鋼網架結構設計的聚焦點問題，而確保節點區域安全和穩定則是關鍵所在[2]。
因此，本文提出了一種可三向位移調節的鋼網架支座，支座與混凝土柱之間采用長螺栓連接，支座底板與預埋件之間設有一對互相垂直的螺栓槽孔，可實現支座的三向位移調節。并運用有限元分析軟件ABAQUS對其進行有限元模擬，比較在同一載荷下其支座應力、混凝土應力，以及鋼筋應力，分析新型鋼網架支座節點能否用于實際工程中。
展開 網架或桁架結構的支座分為上弦支承和下弦支承兩種形式。當網架結構采用上弦支承時，由于構造原因，支座牛腿容易與網架腹桿發生碰撞，設計時需要考慮該因素，并相應調整網架布置或牛腿尺寸。碰撞如圖所示。
由于網架腹桿軸線多為空間直線，難以通過二維放樣確定其碰撞關系。作者在實際工作中利用grasshopper強大的參數化三維建模能力，進行了網架上弦支承支座的碰撞檢查，并以此確定網架和牛腿幾何尺寸的精確設計。以下對主要思路及主要的電池進行講解說明。
首先確定想要達到的效果，即輸入支座牛腿中心點、支座尺寸、支座轉角、支座高度、腹桿中心線幾何信息和腹桿尺寸，通過gh建模運算，自動判斷腹桿與牛腿是否碰撞，如若碰撞，則輸出互相侵入的尺寸，以方便調整牛腿或網架。輸入數據如圖所示：
首先，根據牛腿邊長，支座點，支座高度可以在gh中生成支座平面，這一步需要進行一些簡單的數學運算，并利用4SurfPt電池生成平面。電池及生成的效果如圖所示。
然后利用pipe電池，可以輕易地建出腹桿。
接下來利用BBX（Brep和Brep相交）電池，可以求得腹桿和支座平面的布爾運算結果。如果二者發生了碰撞，則會返回曲線。如上圖所示，返回2條曲線。由于圓管和平面相交，必然會返回一條圓錐曲線，對于相交位置在牛腿的一條邊上的情況，可以求得曲線端點（Endpoints電池）的中點與曲線的距離，作為侵入深度，如果需要對牛腿進行切削，則在此基礎上考慮一定的施工間隙即可。對于相交位置剛好在牛腿角部的情況，可以求得交點分別與角點的距離，以及角點與曲線中點的距離，以指導牛腿的設計。
關注公眾號“建筑結構參數化”并后臺回復“支座碰撞檢查”可獲取完整電池文件.
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展開 2）利用程序的節點搜索功能在SATWE的“分析結果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構件編號簡圖”中快速找到層間位移角超過規范限值的節點，加強該節點對應的墻、柱等構件的剛度。節點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。
五、位移比（層間位移比）：主要為限制結構平面布置的不規則性，以避免產生過大的偏心而導致結構產生較大的扭轉效應。見抗規3.4.2，高規 4.3.5及相應的條文說明。位移比（包括層間位移比，下同）不滿足規范要求，說明結構的剛心偏離質心的距離較大，扭轉效應過大，結構抗側力構件布置不合理。
位移比不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：SATWE程序不能實現。
2、結構調整：只能通過調整改變結構平面布置，減小結構剛心與質心的偏心距；調整方法如下：
1）由于位移比是在剛性樓板假定下計算的，結構最大水平位移與層間位移往往出現在結構的邊角部位；因此應注意調整結構外圍對應位置抗側力構件的剛度，減小結構剛心與質心的偏心距。同時在設計中，應在構造措施上對樓板的剛度予以保證。
2）對于位移比不滿足規范要求的樓層，也可利用程序的節點搜索功能在SATWE的“分析結果圖形和文本顯示”中的“各層配筋構件編號簡圖”中，快速找到位移最大的節點，加強該節點對應的墻、柱等構件的剛度。節點號在“SATWE位移輸出文件”中查找。也可找出位移最小的節點削弱其剛度，直到位移比滿足要求。
六、周期比：主要為限制結構的抗扭剛度不能太弱，使結構具有必要的抗扭剛度，減小扭轉對結構產生的不利影響。見高規4.3.5及相應的條文說明。周期比不滿足規范要求，說明結構的抗扭剛度相對于側移剛度較小，扭轉效應過大，結構抗側力構件布置不合理。
周期比不滿足規范要求時的調整方法：
1、程序調整：SATWE程序不能實現。
2、結構調整：只能通過調整改變結構布置，提高結構的抗扭剛度。
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為了研究新型鋼網架支座節點在實際工程當中的受力狀態，運用有限元分析軟件ABAQUS，按照實際受力情況對傳統網架支座節點和新型網架支座節點進行了非線性受力分析。結果表明：兩節點在實際荷載加載下，空心球支座應力、混凝土柱應力，以及鋼筋籠應力相差不大，表明新型網架支座節點在實際工程當中能安全使用。
網架或桁架結構的支座分為上弦支承和下弦支承兩種形式。當網架結構采用上弦支承時，由于構造原因，支座牛腿容易與網架腹桿發生碰撞，設計時需要考慮該因素，并相應調整網架布置或牛腿尺寸。碰撞如圖所示。
由于網架腹桿軸線多為空間直線，難以通過二維放樣確定其碰撞關系。作者在實際工作中利用grasshopper強大的參數化三維建模能力，進行了網架上弦支承支座的碰撞檢查，并以此確定網架和牛腿幾何尺寸的精確設計
高層結構設計的難點在于豎向承重構件（柱、剪力墻等）的合理布置，設計過程中主要通過對一些目標參數的控制來達到這一目的。
一、軸壓比：主要為限制結構的軸壓比，保證結構的延性要求，規范對墻肢和柱均有相應限值要求。見抗規6.3.7和6.4.6，高規 6.4.2和7.2.14及相應的條文說明。軸壓比不滿足規范要求，結構的延性要求無法保證；軸壓比過小，則說明結構的經濟技術指標較差，宜適當減少相應墻、柱的截面面積
