国内某体育馆网架工程,椭球造型,长轴78m,短轴57m,矢高3m,中间部分矢高2.2m,如图一所示。现需要增加特殊用途,增加马道若干条。经方案比选,最终确定采取在原有网架网格中新建小型穿心网架(嵌套网架)的方案。
该工程的用途决定了新建网架的矢高不能过低,必须尽可能的做高,因此,新建网架的杆件会与原网架杆件靠的很紧。然而,根据《空间网格结构结束规程JGJ7-2010》相关条文规定,网架的最大挠度可为短向跨度的1/250。据此,原网架的最大挠度可以为57000/250=228mm。因此,原网架杆件的实际空间位置必定与理论模型有很大出入。所以,新建网架工程绝不能仅仅依照原有网架的理论模型设计。否则,两个网架的杆件极有可能发生多处碰撞。
东吴钢构研发部负责该项目的设计小组认为,新网架的设计必须在原网架变形后的实际模型中进行。采取的策略如下:
首先,用通用有限元软件SAP2000对原网架进行变形分析,然后将此变形模型导出至Tekla Structures软件,在后者中进行杆件布置的可视化调整。唯有如此,才可以最大程度的模拟实际状态下的网架杆件布置。然后,将布置完成的新网架模型取出,进行后续设计。该过程可能需要反复进行,直至设计成功。
对东吴钢构自主开发的一套SAP2000插件进行了一次升级改造后,计算模型在导出至Tekla Structures时,可以增加杆件节点的变形修正,这样,该插件就可以实现导出理论模型和变形模型的双重功能。该插件极大的提升了结构设计的精准化,省却了Tekla Structures的建模负担,缩短了设计周期。
图一,原网架三视图
图二,网架叠合模型(紫色为新建网架)
图三,纵横交错的杆件布置