專利名稱：格構式框架結構初步設計的簡化方法
技術領域：
本發明涉及一種格構式框架結構初步設計的簡化方法，屬于土建技術領域。
背景技術：
近年來，電網設計技術的飛速發展、變電工程電氣接線形式與設備追求緊湊布置的發展趨勢，促使著變電土建專業的技術創新，“格構式框架結構”成為備受關注的設計技術。格構式框架結構是一種空間格構框架結構，由格構梁、格構柱通過組合形成框架結構來承受外荷載。由于主要承受風荷載的作用，其格構梁、格構柱主要承受彎矩內力的作用。這類結構具有桿件數量多、荷載工況多樣、結構受力復雜的特點。格構式構件在受彎時，一側的弦桿受壓、另一側弦桿受拉，形成抵抗外彎矩的內彎矩；在受剪時，格構構件斜腹桿軸力的水平分量將平衡剪力。由于受力材料的分布遠離中性軸，其承受荷載的能力強、剛度大。 傳統的設計流程中，首先，初步確定每一根桿件的截面，然后采用桿系有限元等方法計算得到結構在荷載工況作用下的響應，主要包括整體結構的變形和每一根桿件所承受的最大內力；在得到各桿件的內力后，根據有關公式驗算桿件的強度和穩定。如果強度和穩定不能滿足要求，則加大初選桿件的截面；而若強度和穩定均有很大的富余，則適當減小初選桿件的截面；初選桿件更改后，重新建立計算模型，重復內力計算和承載能力驗算并進而修正初選截面。由于每一次桿件截面的變化都會帶來結構剛度及其分布的變化，并進而影響內力的分布，因此上述迭代過程需要一直進行到選定截面不再進行調整為止。另外，對于格構式框架結構，由于主要承受風荷載作用，而風荷載的大小與各桿件的截面有直接關系，因此，每一次的截面調整，還帶來相應的荷載調整，使計算過程更為復雜。如上所述，在傳統的格構式框架設計流程下，采用的是初選截面-截面驗算-截面調整的迭代過程。這一過程存在以下三個方面的缺點I、在一個完整的設計過程中，這樣的迭代可能需要進行若干次，而當結構的模型涉及數萬根桿件的時候，迭代和設計過程是無法想象的；2、過于關注局部構件，設計結果沒有整體性。由于設計驗算基于每一根單根桿件， 而容易忽視對結構性能起更重要的因素，例如格構梁柱的根開、步距等結構布置方案。而在若干次迭代計算后再來更改結構布置方案所需要的建模過程復雜而繁重；3、有可能僅能得到局部的最優解。總體上傳統設計過程是一種“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的技術方案，而工程結構中某一個局部的剛度改變可能帶來的結構響應影響是整體的、全局的，因此即使按照傳統方案迭代優化得到一個滿足受力性能的結果，也不能保證這一結果的最優性。

發明內容
本發明的目的是是克服現有技術的格構式框架結構設計過于復雜、過于關注局部構件，設計結果沒有整體性、有可能僅能得到局部的最優解，不能保證是全局的最優解的問題。為了解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是一種格構式框架初步設計的簡化方法，其特征在于包括以下步驟步驟(I)，初步確定格構式框架結構中待測格構構件的各格構梁和格構柱的尺寸和桿件參數；步驟(2)，判斷格構式框架結構中格構構件的類型，若為平面格構構件執行步驟
(3)，若為空間格構構件執行步驟(4)；步驟(3)，根據步驟(I)確定的各格構梁和格構柱的尺寸和桿件參數，計算獲取格構構件弦桿的彈性模量E。、腹桿的彈性模量Et、單肢弦桿的抗彎慣性矩I。、截面積A。、腹桿的橫截面積At、lt斜腹桿長度、斜腹桿層間距步距h、斜腹桿的傾斜角度Θ、格構構件反彎點內的長度H參數值，然后執行步驟(5)，其中框架梁、柱，反彎點內的長度H取為整個格構構件長度的一半；步驟(4)，根據步驟(I)確定的各格構梁和格構柱的尺寸和桿件參數，計算獲取格構構件弦桿的彈性模量E。、腹桿的彈性模量Et、單肢弦桿的抗彎慣性矩I。、截面積A。、腹桿的橫截面積At、斜腹桿長度lt、斜腹桿層間距步距h、斜腹桿的傾斜角度Θ、格構構件反彎點內的長度H在兩個方向的值，其中框架梁、柱，反彎點內的長度取為整個格構構件長度的一半，并計算得到參數a、b、At,a、At,b、0a、0b的值，然后執行步驟(6)，其中a為一個方向的根開尺寸，b為另一方向的根開尺寸，At,a和At,b分別為平行于a、b兩個方向上的單根腹桿面積，93和9b分別為平行于a、b兩個方向上腹桿的傾斜角，并滿足公式(I)、(2)，
權利要求
1.格構式框架結構初步設計的簡化方法，其特征在于包括以下步驟步驟(I)，初步確定格構式框架結構中待測格構構件的各格構梁和格構柱的尺寸和桿件參數；步驟(2)，判斷格構式框架結構中格構構件的類型，若為平面格構構件執行步驟(3)， 若為空間格構構件執行步驟(4)；步驟(3)，根據步驟(I)確定的各格構梁和格構柱的尺寸和桿件參數，計算獲取格構構件弦桿的彈性模量Ec、腹桿的彈性模量Et、單肢弦桿的抗彎慣性矩I。、截面積A。、腹桿的橫截面積At、lt斜腹桿長度、斜腹桿層間距步距h、斜腹桿的傾斜角度Θ、格構構件反彎點內的長度H參數值，然后執行步驟(5)，其中框架梁、柱，反彎點內的長度H取為整個格構構件長度的一半；步驟(4)，根據步驟(I)確定的各格構梁和格構柱的尺寸和桿件參數，計算獲取格構構件弦桿的彈性模量E。、腹桿的彈性模量Et、單肢弦桿的抗彎慣性矩I。、截面積A。、腹桿的橫截面積At、斜腹桿長度lt、斜腹桿層間距步距h、斜腹桿的傾斜角度Θ、格構構件反彎點內的長度H在兩個方向的值，其中框架梁、柱，反彎點內的長度取為整個格構構件長度的一半，并計算得到參數a、b、At,a、At,b、0a、0b的值，然后執行步驟￠)，其中a為一個方向的根開尺寸，b為另一方向的根開尺寸，At, 3和At,b分別為平行于a、b兩個方向上的單根腹桿面積， 93和Qb分別為平行于a、b兩個方向上腹桿的傾斜角，并滿足公式(I)、(2)，
2.根據權利要求I所述的格構式框架結構初步設計的簡化方法，其特征在于步驟(3) 或步驟⑷計算Θ、a、b的參數值沿構件縱向上有變化時，采用加權平均值計算。
全文摘要
本發明公開了一種格構式框架結構初步設計的簡化方法，將復雜的格構式框架結構簡化為由數量不多的梁、柱組成的框架結構，可以快速估算得到組成格構構件每一桿件的內力，具有建模方便、計算速度快，計算結果精度較高的特點，特別適用于大型格構式空間框架結構在初步設計階段結構布置和截面尺寸的確定，該方法采用等代剛度計算公式，對格構式結構方案的設計具有全局性，可以降低結構方案調整所需要的工作量，更容易在整個設計過程中體現設計者的概念意圖，得到全局優化的設計結果，通過本方法設計得到的精度能夠很好地滿足格構式框架結構在初步設計階段的計算要求。
文檔編號E04B1/19GK102587492SQ20121007314
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者吳京, 吳剛, 周元強, 姚剛, 楊利生, 楊明, 王尉, 王磊, 詹瑒 申請人:東南大學, 江蘇省電力設計院