吕倩 LV Qian；陈波 CHEN Bo
摘要：以大跨度格构式拱屋盖结构为研究对象，运用3D3S软件设计建模，对矢跨比为0.15、0.2、0.25、0.3、0.35的模型进行受力分析，取其第六榀结构数据进行结果分析，得到内力位移图。通过分析，指出了该结构的薄弱部位，并提出了在结构设计时选用矢跨比为0.2-0.3之间最佳，为格构式拱结构稳定性设计提供参考价值。
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关键词 ： 格构式拱屋盖结构；矢跨比；轴力；位移
中图分类号：TU39 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）03-0130-02
作者简介：吕倩（1988-），女，浙江建德人，硕士研究生，研究方向为大跨度空间结构。
0 引言
诚如作为著名的杂志《空间结构》主编Makowski[1]所说：“在30年前，空间结构还一直被认为是有兴趣但是对于工程界仍属陌生的新型结构类型，而现今大跨度空间结构已经被全世界广泛地接受。”为解决大面积空间问题而选用大跨结构形式已然成为现代建筑发展的方向之一，并且从它的发展程度可以看出一个国家建筑科学技术水平的高低 [2，3]。
格构式拱结构在外力作用下以受压和受弯为主，因此其稳定问题就尤为突出。目前，各国钢结构规范中还未有关于格构式拱结构稳定设计与计算的具体规定，所以，对格构式拱结构稳定性及影响稳定因素的研究十分必要。
本文运用3D3S软件设计三心圆钢管格构式拱屋盖结构，通过改变矢跨比来研究结构的性能，为格构式拱结构稳定性设计提供参考价值。
1 基本参数与模型建立
以100m×90m的屋盖为研究对象，设置11榀格构式拱结构，每榀间距为9m，之间由刚性系杆与斜杆连接，跨度（上弦支座间距）为100m。根据国内已建工程[4]，采用截面为等腰倒三角形，高与宽为3m，上弦40等分，下弦39等分，上下弦采用
152×10，腹杆采用102×7，刚性系杆与斜杆采用114×8，支座为固定铰支座。
在其它条件不变的前提下，分别建立矢高为15m、20m、25m、30m与35m的大跨格构式拱屋盖结构模型。
2 结果分析对比
在相同恒荷载作用下，对每个屋盖模型进行计算，取第六榀结构数据进行结果分析。
从图1，可以看出轴力对称分布，上弦杆支座处与跨中数值较大，在跨度的1/4和3/4附近出现最小值，除支座附近轴力数值随矢跨比的增大而增大，其余部位轴力数值基本都随矢跨比的增大而有所减小，当矢跨比增大到0.35时，跨中轴力有增大趋势；而对于下弦杆结果恰恰相反，支座处与跨中轴力数值明显小于其他部位，在跨度的1/4和3/4附近出现最大值（矢跨比为0.15时除外），跨中与靠近支座处轴力数值随矢跨比的增大而减小，矢跨比增大到0.3、0.35时跨中出现了受拉杆件。
图2为位移图，上下弦杆节点位移趋势保持一致，数值相差不大，最值出现在跨中。矢跨比为0.15时，数值最大，并且平均增大44％，之后随着矢跨比的增大位移值逐渐减小。当矢跨比增大到0.3时，靠近支座处出现向上的位移，跨中位移数值也有增大的趋势。而当矢跨比为0.35时，跨中位移值增大到仅次于矢跨比为0.15时的位移值。
3 结论
通过对矢跨比为0.15、0.2、0.25、0.3、0.35的大跨格构式拱屋盖结构分析后，得到以下结论：
3.1 格构式拱结构的支座处、跨度的1/4与3/4处以及跨中处容易出现最大位移或最大轴力，为结构的薄弱部位，应加以重视，采取必要的措施。
3.2 在恒荷载作用下，矢跨比为0.15~0.3之间时，结构上弦杆除支座附近杆件轴力数值随矢跨比增大而增大，其余部位基本都随矢跨比的增大而减小，当矢跨比为0.15时，杆件轴力尤为突出。下弦杆恰恰相反，跨中与靠近支座处杆件轴力数值随矢跨比的增大而减小。
3.3 恒荷载作用下，矢跨比为0.15~0.3之间时，结构的位移值随着矢跨比的增大逐渐减小。
3.4 根据图1与图2中显示的轴力、位移和矢跨比的关系，本文建议在结构设计时选用的矢跨比最佳值在0.2~0.3之间。
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参考文献：
[1]Makowski Z S. Space structure-a review of development in last decade, space structure IV [M]. London: Crosby Lockwood Staples, 1993.
[2]张毅刚,薛素铎,杨庆山.大跨空间结构[M].北京：机械工业出版社,2014.
[3]王秀丽.大跨度空间钢结构分析与概念设计[M].北京：机械工业出版社,2008.
[4]中国建筑金属结构协会钢结构专家委员会组编.大型复杂钢结构建筑工程施工新技术与应用[M].北京：中国建筑工业出版社,2012.