摘要：针对现行网架设计不考虑支承结构对网架影响的问题，本文应用ANSYS软件，分别建立了不考虑相互作用的模型和网架与下部结构的整体模型。通过对两种模型进行有限元分析，得出结论：依据现行网架设计方法，上部网架结构杆件设计是偏于安全的，而下部结构柱的设计是偏于不安全的。结果表明，网架结构设计时，网架上部杆件仍可依据现行的网架设计方法设计，而支承结构在设计时需在现行的网架设计方法的计算结果的上有所调整。
关键词：网架结构、相互作用、ANSYS、有限单元法
中图分类号：TU                    文献标识码：  A
The Discussion Of The Interaction Of The Space Truss In Static And Motive Analysis
ABSTRACT: Contraposing the problem that the present space truss design doesn’t consider the influence which the supporting system has on the truss, two models are built in ANSYS, one of which doesn’t consider the interaction, and the other is the integer model of the space truss. In the analysis by using the finite element method, a conclusion is gotten, including that if the active design method of the space truss is adopted, it will be safe to the design of the space truss, but be unsafe to the design of the the supporting system. It indicates that we can adopt the active method to design the truss, but need to make some redressal on the results got by using the active method.
Keywords: the space truss、interaction、ANSYS、finite element method
 

大跨度空间杆件结构已经广泛地应用于诸多的影剧院、体育场馆等一些空旷结构上。这些大空间结构工程的主体多数采用钢筋混凝土框架结构，而屋面采用网架结构，这种特殊结构是由两种不同的材料及两种不同的结构形式组成的。目前，在这类结构的设计中，通常的做法是将网架和下部的框架结构分开独立设计，在设计中不考虑网架与支承结构体系在空间上的相互协调作用。而事实上，网架和下部结构是作为一个整体存在的，两者是相互作用，协同工作的。因此，本文充分考虑了网架和下部结构的相互作用，比较了结构体系的响应差异，并为网架设计提供了相应的建议和依据。
1.工程概况
该网架结构工程为某大学体育馆设计，平面形状为正方形，网架轴线尺寸为48m48m,网格尺寸为
3m3m，网架高度为3.5m，设计荷载为网架上弦0.5kN/m²，下弦0.2kN/m²，支座为固定铰支座，网架结
构为周边支承，支承结构为框排架结构，支承结构的横向和纵向柱距均为6m，框排架竖向为三层，由下
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往上每层结构高度均为4m，支承结构总高为12m，每层均设有圈梁，整体结构形式如下图图1、图2：
图1 纵向框架图
Fig.1 longitudinal frame diagram
                                           
                                                                     
                                                      图2 网架平面图                                                                
2.两种计算方案比较                                                  Fig.2 truss plane diagram  
2.1不计相互作用的计算方案
在不考虑网架与支承结构相互作用时，仅对网架进行了建模。支承柱简化其为网架周边支承节点的约束，采用了弹簧单元模拟了其对网架的约束。根据实际网架工程的设计方法，支承柱对网架的约束为周边法向可侧移，切向和竖向无侧移。而根据此条件，在计算弹簧单元的刚度系数时，则可通过计算实际支承结构的水平抗侧刚度来确定。
不考虑网架与支承结构相互作用的模型未建立下部结构的模型，现行的设计方法是将上部结构的约束反力反作用到下部结构上再进行下部结构设计，本文通过提取模型静动力分析下的弹簧单元的力和固定端反力计算出下部结构的弯矩和轴力。
2.2考虑相互作用的计算方案
考虑网架与支承结构共同作用时，对网架与下部支承结构共同建模，并将其作为一个整体来进行有限元分析。
3.网架计算理论
采用子空间迭代法，计算了网架结构在考虑共同作用和不考虑共同作用时结构的自振频率，比较了两者的自振特性差异。
本文对两模型均采用了ANSYS程序进行分析，地震反应则采用了振型分解反应谱法。同时，在计算共同作用模型的阻尼比时，采用了复阻尼等效法，确定了该组合结构的等效阻尼比。
在谱分析中，对于频谱稀疏型结构，常采用SRSS组合方法，但对于网架这类频谱密集型结构，SRSS法误差较大，本文采用了CQC法。
4.结构自振特性分析
根据上述的两种计算方案，对其进行了自振特性分析。通过ANSYS软件计算得到了两种结构的自振频率。
表1 自振频率比较
Tab.1 the contrast of the natural vibration frequency

振型 阶数	非共同作用模型		共同作用模型
	频率	振型描述	频率	振型描述
1	1.9332	Z向一阶	1.9199	Z向一阶
2	3.7575	Y向一阶	2.0804	Y向一阶
3	3.7575	X向一阶	2.0804	X向一阶
4	5.3209	局部振动	3.0934	局部振动
5	5.3209	局部振动	4.0309	局部振动
6	7.2377	局部振动	5.0091	局部振动
7	7.2893	局部振动	5.0091	局部振动
8	7.3825	扭转一阶	5.3022	局部振动
9	10.750	Z向二阶	5.3022	局部振动
10	10.751	局部振动	6.1764	局部振动

表1所列为两种计算模型前十阶的自振频率特性，从中可见，考虑共同作用和不考虑共同作用时，结构的竖向自振频率变化不大，而水平两向则变化较大，且共同作用下结构局部振动明显偏多，其原因是由于非共同作用结构中，在设计时将结构中柱沿切向的刚度忽略了，网架结构的部分周边结点的约束与实际不符，结构的两向水平刚度偏大，周期较短，频率偏大。结构形式的差异，造成了其自振特性的差异，也必然对结构的动力分析造成了影响。

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