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浅谈复杂体型钢结构设计（作者：王敦科）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11.000.500.20*1.401.30 21.000.500.20*1.40 1.3031.000.500.20*1.401.300.5041.000.500.20*1.400.501.3051.000.500.20*1.401.30 61.000.500.20*1.40 1.3071.000.500.20*1.401.300.5081.000.500.20*1.400.501.3091.000.500.20*1.401.30 101.000.500.20*1.40 1.30111.000.500.20*1.401.300.50121.000.500.20*1.400.501.30131.000.500.20*1.401.30 141.000.500.20*1.40 1.30151.000.500.20*1.401.300.50161.000.500.20*1.400.501.30171.000.500.20*1.401.30 181.000.500.20*1.40 1.30191.000.500.20*1.401.300.50201.000.500.20*1.400.501.30211.000.500.20*1.401.30 221.000.500.20*1.40 1.30231.000.500.20*1.401.300.50241.000.500.20*1.400.501.30251.000.500.20*1.401.30 261.000.500.20*1.40 1.30271.000.500.20*1.401.300.50281.000.500.20*1.400.501.30291.000.500.20*1.401.30 301.000.500.20*1.40 1.30311.000.500.20*1.401.300.50321.000.500.20*1.400.501.30331.000.500.20*1.401.30 341.000.500.20*1.40 1.30351.000.500.20*1.401.300.50361.000.500.20*1.400.501.30371.000.500.20*1.401.30 381.000.500.20*1.40 1.30391.000.500.20*1.401.300.50401.000.500.20*1.400.501.30411.201.20*0.500.20*1.401.30 421.201.20*0.500.20*1.40 1.30431.201.20*0.500.20*1.401.300.50441.201.20*0.500.20*1.400.501.30451.201.20*0.500.20*1.401.30 461.201.20*0.500.20*1.40 1.30471.201.20*0.500.20*1.401.300.50481.201.20*0.500.20*1.400.501.30491.201.20*0.500.20*1.401.30 501.201.20*0.500.20*1.40 1.30511.201.20*0.500.20*1.401.300.50521.201.20*0.500.20*1.400.501.30531.201.20*0.500.20*1.401.30 541.201.20*0.500.20*1.40 1.30551.201.20*0.500.20*1.401.300.50561.201.20*0.500.20*1.400.501.30571.201.20*0.500.20*1.401.30 581.201.20*0.500.20*1.40 1.3591.201.20*0.500.20*1.401.300.50601.201.20*0.500.20*1.400.501.30611.201.20*0.500.20*1.401.30 621.201.20*0.500.20*1.40 1.30631.201.20*0.500.20*1.401.300.50641.201.20*0.500.20*1.400.501.30651.201.20*0.500.20*1.401.30 661.201.20*0.500.20*1.40 1.30671.201.20*0.500.20*1.401.300.50681.201.20*0.500.20*1.400.501.30691.201.20*0.500.20*1.401.30 701.201.20*0.500.20*1.40 1.30711.201.20*0.500.20*1.401.300.50721.201.20*0.500.20*1.400.501.30731.201.20*0.500.20*1.401.30 741.201.20*0.500.20*1.40 1.30751.201.20*0.500.20*1.401.300.50761.201.20*0.500.20*1.400.501.30771.201.20*0.500.20*1.401.30 781.201.20*0.500.20*1.40 1.30791.201.20*0.500.20*1.401.300.50801.201.20*0.500.20*1.400.501.30811.351.40*0.701.40*0.60  821.351.40*0.701.40*0.60  831.351.40*0.701.40*0.60  841.351.40*0.701.40*0.60  851.351.40*0.701.40*0.60  861.351.40*0.701.40*0.60  871.351.40*0.701.40*0.60  881.351.40*0.701.40*0.60  891.351.40*0.701.40*0.60  901.351.40*0.701.40*0.60  911.351.40*0.70   921.351.40*0.70   931.35 1.40*0.60  941.35 1.40*0.60  951.35 1.40*0.60  961.35 1.40*0.60  971.35 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