西部建筑抗震勘察设计研究院河南建筑设计分院 河南新乡 453000
摘 要：近年来，我国经济的快速发展的同时，也推动着城市化建设的进程。其中，基础设施的安全系数是当前人们越来越关注的问题，而为保障项目建设的安全施工，我国针对不同地域、不同地质采用了不同的构架模式。桁架结构是一种由直杆组成的具有三角形单元的平面或空间结构，相对于其他的构架结构，采用桁架的建筑部分具有明显的稳定性。同时，在两地跨度较大的建筑之间采用桁架结构，能充分利用材料的强度，从而减轻自重和增大刚度。本文主要立足某企业的桁架结构，对相关桁架结构中的某些设计进行了特性分析，在全面分析的基础上，对转换桁架结构设计的要点和方案进行了系统的总结。
关键词：转换桁架；结构分析；设计研究
传统的架构模式在一定程度上因为其荷载量过大、架高程度受限、工程繁琐等诸多弊端，在一定程度上不仅存在着严重的安全隐患，还制约了相关企业的经济发展。而桁架转换结构在相关功能上具有传力途径明确、开设施工方便、灵活度与抗侧力都较强的优越特点，所以常被用来在高层建筑的建设施工中。因此，如何处理好在设计与施工过程中的相关难点，是保障项目建设安全可靠的关键所在。
1 桁架的解析
桁架（truss）指的是一种由杆件在相关连接作用下而形成的结构，从力学角度进行分析，桁架的构建结构上下两弦的轴力分布较为均匀，腹杆轴力较小，采用的建筑材料也较少，但是这是相对于在桁架与弯矩图相似的情况下。
从相关的材料与建筑方面，通常，将木桁架做成三角形，钢桁架多为梯形和平行弦行，钢筋混凝土下的桁架结构多为多边形与梯形。
2 实例工程概况
某企业的酒店建设工程项目的目标，是建立商用与办公与一体的高层建筑物。项目建设中包括塔楼及裙房建设，下图图1为建筑成效图，图2为宴会厅转换区域平面示意图：
图2.宴会厅转换区域平面示意图
其中，T1塔是主要用于在地震中的避难与安全防护。再者，裙房地上是7层，层高6.5米，内部4到5层的瑤轴到瑨轴之间为两层通高的酒店宴会厅，宴会厅的上方主要用来观赏和商用。为了实现酒店上部较大空间的建筑物之间的功能，我们需要在厅顶进行桁架结构的转换。
大小宴会厅在平面设计过程中，针对上方的建筑空间我们采用的是单向的钢结构转化桁架，具体平面布置图如下图所示：
图3.转换桁架平面布置图
3 结构设计难点及特点
首先，该种设计结构与常规桁架设计相比，中间部分承载的是上部与顶部两部分的何再亮，属于重型大跨转换桁架。其次，该种建筑阿德总高度是确定的，因此我们在设计时会受到净高的限制，无法形成完美的空腹桁架，所以该项工程转换桁架承担着建设整栋酒店的竖向荷载，钢桁架竖向变形和构件受力均较大。具体的剖面解析图如图4所示。再者，考虑到建筑功能，我们需要关注桁架的稳定性，必要时进行二次转换。最后，我们在建设施工时，要多多关注压弯构建的稳定性与楼板的稳定性。
图4.转换桁架剖面图
4 桁架立面形式对比
为了稳固酒店的结构设计，在进行转化桁架时我们采用的腹杆是交叉斜腹杆，图5为就针对其中的三种立面方案，进行在同等条件下的的不同对比图，而图6为类比结果：
图6.转换方案桁架类比结果
由图6可以看出，方案2在相关设计与控制方面具有最强优势，而方案3由于受自身内部的影响，竖向形变较大，稳定性较低。因此，我们就方案2进行转换桁架的设计过程。
5下弦端部后连接设计
竖向荷载的作用力下，桁架的下弦端受力较大，转换柱也承受较大的压力，不利于建筑设施的稳定性。因此，为了解决相关相对位置受压不均的情况，我采取了下弦端部在结构封顶之后进行再连接的方法，即在第一阶段保持原有的设计方案不变，但是要考虑相对的最大承载力，第二阶段进行部下弦杆连接，连接方式为活载连接。其中，连接位置如图7所示，图8为下弦端部是否进行连接后的内力对比表：
通过图8我们可以得知，采取下弦端部后连接的方法可以有效的减少受压情况，但是腹杆的相关受力情况就会有所增加，但是不会发生明显的弯矩变形，在一定程度上，满足了一级抗震的要求。
6转换桁架内力和变形分析
（1）常规分析
该项建筑我们利用MIDAS / Gen 软件整体建模，建模方案如下图所示。同时，对下弦端部后连接进行模型模拟，对转换桁架的地方进行计算分析（略）。我们通常在建筑施工方面，采用的桁架构件是H型钢，截面多为箱形截面，支柱多为型钢混凝土柱。
图9.转换桁架三维示意图
转换桁架的型钢转换柱在建筑施工中属于关键构件，在受力方面承受较大的压力。下图为型钢转换柱详图：
图10.型钢转换柱详图
（2）小震、大震竖向时程分析
针对高层建筑，我们通常要考虑他的安全性，所以我们在建筑施工前要对它的结构竖向对地震的作用效应标准进行量化分析。即在模拟状况下，分别取三组数据对小型地震、大型地震进行竖向时程分析，分析结果如图11、图12所示：
图12.大震时程频谱分析结果
由上图可知，下弦最大拉应力为253.7MPa，上弦最大压应力为218.6MPa，满足大震弹性的要求。
7弹性屈曲分析
（1）弹性屈曲分析
所有的项目建设施工过程中，我们都应该考虑在荷载的作用下，相关转化桁架各个部位的受拉、受压情况，并根据相关情况进行进行系统分析，及时找出解决方案。
进行弹性屈曲分析，对转换桁架进行整体稳定性的评估，有利于降低施工事故的发生，增加企业的经济效益与社会效益。
（2）受压腹杆稳定性计算
在桁架结构中，承受最大轴力的部位是桁架中的斜腹杆。因此，在相关作用力的压力下，相关轴力较弱的方向容易产生屈曲变形。但同时，考虑到腹杆的构造，因此我们为提高压杆平面稳定的要求，通常采用的是工字钢。
8转换桁架的设计要点及措施
第一，我们在进行具体的施工建筑时，针对不同的桁架结构要进行不同的实际具体设计，同时在建筑施工的过程中，要对桁架的变形以及转换柱的受力状况进行特别的关注。第二，对于项目建设中需要对下弦端部进行后连接的项目设计，我们必须进行系统的分阶段施工与实时模拟，确保桁架的转换柱内力在受压区的承受范围内。第三，在进行常规分析与竖向地真时程分析时，要控制相关构件的承载能力极限处于较低的应力阶段。第四，垂直转换桁架下弦的设置，应该是在下弦的平面内进行水平设置支撑下，对桁架进行系统的弹性屈曲分析，保障整体结构与二次转换过程中，主桁架平面的稳定性。
9结语
当前，我国现代科技与经济的迅速发展，城市化建设的进程逐渐加快。针对当前形势下的诸多建筑，在相关的设计与建设方面都取得了质的飞跃。随着人民生活水平与生活质量的不断提高，相关的人身财产安全意识也逐渐增强，相关建筑不断采用新技术，坚持可持续发展的方针战略，推动我国经济的持续发展。因此，在相关产业下，桁架结构的建筑手段能有效的适应当前飞速发展的生活节奏。但是在相关构建与施工的过程中，我们要针对实际情况，系统分析在施工过程中相关项目建设，同时要把握相关桁架构建的设计要点与设计目标。
参考文献：
[1]傅传国.大跨度预应力整体转换结构体系设计探讨[J].工业建筑,2000,12:125-144.
[2]傅传国.框架结构大跨度预应力整体转换结构体系受力特点分析[J].东南大学学报,2012,11:105-142.
[3]何广乾, 李宏阳, 周游.高层建筑复杂结构振动特性探讨[J].中国建筑工业出版社,1998,11:122-128.
论文作者:葛国庆
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/19
标签：桁架论文; 结构论文; 下弦论文; 建筑论文; 稳定性论文; 屈曲论文; 宴会厅论文; 《防护工程》2017年第16期论文;