专利名称：格构式框架结构初步设计的简化方法
技术领域：
本发明涉及一种格构式框架结构初步设计的简化方法，属于土建技术领域。
背景技术：
近年来，电网设计技术的飞速发展、变电工程电气接线形式与设备追求紧凑布置的发展趋势，促使着变电土建专业的技术创新，“格构式框架结构”成为备受关注的设计技术。格构式框架结构是一种空间格构框架结构，由格构梁、格构柱通过组合形成框架结构来承受外荷载。由于主要承受风荷载的作用，其格构梁、格构柱主要承受弯矩内力的作用。这类结构具有杆件数量多、荷载工况多样、结构受力复杂的特点。格构式构件在受弯时，一侧的弦杆受压、另一侧弦杆受拉，形成抵抗外弯矩的内弯矩；在受剪时，格构构件斜腹杆轴力的水平分量将平衡剪力。由于受力材料的分布远离中性轴，其承受荷载的能力强、刚度大。 传统的设计流程中，首先，初步确定每一根杆件的截面，然后采用杆系有限元等方法计算得到结构在荷载工况作用下的响应，主要包括整体结构的变形和每一根杆件所承受的最大内力；在得到各杆件的内力后，根据有关公式验算杆件的强度和稳定。如果强度和稳定不能满足要求，则加大初选杆件的截面；而若强度和稳定均有很大的富余，则适当减小初选杆件的截面；初选杆件更改后，重新建立计算模型，重复内力计算和承载能力验算并进而修正初选截面。由于每一次杆件截面的变化都会带来结构刚度及其分布的变化，并进而影响内力的分布，因此上述迭代过程需要一直进行到选定截面不再进行调整为止。另外，对于格构式框架结构，由于主要承受风荷载作用，而风荷载的大小与各杆件的截面有直接关系，因此，每一次的截面调整，还带来相应的荷载调整，使计算过程更为复杂。如上所述，在传统的格构式框架设计流程下，采用的是初选截面-截面验算-截面调整的迭代过程。这一过程存在以下三个方面的缺点I、在一个完整的设计过程中，这样的迭代可能需要进行若干次，而当结构的模型涉及数万根杆件的时候，迭代和设计过程是无法想象的；2、过于关注局部构件，设计结果没有整体性。由于设计验算基于每一根单根杆件， 而容易忽视对结构性能起更重要的因素，例如格构梁柱的根开、步距等结构布置方案。而在若干次迭代计算后再来更改结构布置方案所需要的建模过程复杂而繁重；3、有可能仅能得到局部的最优解。总体上传统设计过程是一种“头痛医头、脚痛医脚”的技术方案，而工程结构中某一个局部的刚度改变可能带来的结构响应影响是整体的、全局的，因此即使按照传统方案迭代优化得到一个满足受力性能的结果，也不能保证这一结果的最优性。
发明内容
本发明的目的是是克服现有技术的格构式框架结构设计过于复杂、过于关注局部构件，设计结果没有整体性、有可能仅能得到局部的最优解，不能保证是全局的最优解的问题。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是一种格构式框架初步设计的简化方法，其特征在于包括以下步骤步骤(I)，初步确定格构式框架结构中待测格构构件的各格构梁和格构柱的尺寸和杆件参数；步骤(2)，判断格构式框架结构中格构构件的类型，若为平面格构构件执行步骤
(3)，若为空间格构构件执行步骤(4)；步骤(3)，根据步骤(I)确定的各格构梁和格构柱的尺寸和杆件参数，计算获取格构构件弦杆的弹性模量E。、腹杆的弹性模量Et、单肢弦杆的抗弯惯性矩I。、截面积A。、腹杆的横截面积At、lt斜腹杆长度、斜腹杆层间距步距h、斜腹杆的倾斜角度Θ、格构构件反弯点内的长度H参数值，然后执行步骤(5)，其中框架梁、柱，反弯点内的长度H取为整个格构构件长度的一半；步骤(4)，根据步骤(I)确定的各格构梁和格构柱的尺寸和杆件参数，计算获取格构构件弦杆的弹性模量E。、腹杆的弹性模量Et、单肢弦杆的抗弯惯性矩I。、截面积A。、腹杆的横截面积At、斜腹杆长度lt、斜腹杆层间距步距h、斜腹杆的倾斜角度Θ、格构构件反弯点内的长度H在两个方向的值，其中框架梁、柱，反弯点内的长度取为整个格构构件长度的一半，并计算得到参数a、b、At,a、At,b、0a、0b的值，然后执行步骤(6)，其中a为一个方向的根开尺寸，b为另一方向的根开尺寸，At,a和At,b分别为平行于a、b两个方向上的单根腹杆面积，93和9b分别为平行于a、b两个方向上腹杆的倾斜角，并满足公式(I)、(2)，
权利要求
1.格构式框架结构初步设计的简化方法，其特征在于包括以下步骤步骤(I)，初步确定格构式框架结构中待测格构构件的各格构梁和格构柱的尺寸和杆件参数；步骤(2)，判断格构式框架结构中格构构件的类型，若为平面格构构件执行步骤(3)， 若为空间格构构件执行步骤(4)；步骤(3)，根据步骤(I)确定的各格构梁和格构柱的尺寸和杆件参数，计算获取格构构件弦杆的弹性模量Ec、腹杆的弹性模量Et、单肢弦杆的抗弯惯性矩I。、截面积A。、腹杆的横截面积At、lt斜腹杆长度、斜腹杆层间距步距h、斜腹杆的倾斜角度Θ、格构构件反弯点内的长度H参数值，然后执行步骤(5)，其中框架梁、柱，反弯点内的长度H取为整个格构构件长度的一半；步骤(4)，根据步骤(I)确定的各格构梁和格构柱的尺寸和杆件参数，计算获取格构构件弦杆的弹性模量E。、腹杆的弹性模量Et、单肢弦杆的抗弯惯性矩I。、截面积A。、腹杆的横截面积At、斜腹杆长度lt、斜腹杆层间距步距h、斜腹杆的倾斜角度Θ、格构构件反弯点内的长度H在两个方向的值，其中框架梁、柱，反弯点内的长度取为整个格构构件长度的一半，并计算得到参数a、b、At,a、At,b、0a、0b的值，然后执行步骤￠)，其中a为一个方向的根开尺寸，b为另一方向的根开尺寸，At, 3和At,b分别为平行于a、b两个方向上的单根腹杆面积， 93和Qb分别为平行于a、b两个方向上腹杆的倾斜角，并满足公式(I)、(2)，
2.根据权利要求I所述的格构式框架结构初步设计的简化方法，其特征在于步骤(3) 或步骤⑷计算Θ、a、b的参数值沿构件纵向上有变化时，采用加权平均值计算。
全文摘要
本发明公开了一种格构式框架结构初步设计的简化方法，将复杂的格构式框架结构简化为由数量不多的梁、柱组成的框架结构，可以快速估算得到组成格构构件每一杆件的内力，具有建模方便、计算速度快，计算结果精度较高的特点，特别适用于大型格构式空间框架结构在初步设计阶段结构布置和截面尺寸的确定，该方法采用等代刚度计算公式，对格构式结构方案的设计具有全局性，可以降低结构方案调整所需要的工作量，更容易在整个设计过程中体现设计者的概念意图，得到全局优化的设计结果，通过本方法设计得到的精度能够很好地满足格构式框架结构在初步设计阶段的计算要求。
文档编号E04B1/19GK102587492SQ20121007314
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者吴京, 吴刚, 周元强, 姚刚, 杨利生, 杨明, 王尉, 王磊, 詹瑒 申请人:东南大学, 江苏省电力设计院