拱结构屋架矢跨比对多跨钢结构房屋柱顶水平位移的影响(2)

　　根据表1～3的计算结果做一个简单的分析，可分为以下三种情况：

　　1）拱结构屋架支座水平推力T较小，风荷载引起的柱顶水平位移SW较为显著的情况（SW远大于ST）。此时，虽然对于A柱，SWA与STA方向不同，二者叠加对SA有利，但是由于迎风面与背风面体型系数的原因，SWA>SWE。在SW远大于ST的情况下，最不利的柱顶水平位移仍然应该是A柱柱顶水平位移SA。表1数据为仅有风荷载作用下，5种矢跨比的各柱柱顶位移的绝对值，可以近似看作此种情况的一种极端形式。表1数据说明，最大柱顶位移绝对值确实是出现在A柱，且随着矢跨比λ的增大而增大。此情况下，矢跨比λ越小越有利，不仅可以用STA减弱SWA，还可以增大拱结构自身水平抗推刚度K，使得中间的柱子能分摊更多的风荷载引起的水平力；

　　2）风荷载W较小，拱结构屋架支座水平推力产生的柱顶水平位移ST较为显著的情况（ST远大于SW）。此时，对于E柱，SWE与STE方向不同，且ST远大于SW，必定SE>SA。最不利的柱顶水平位移显然应该是E柱柱顶水平位移SE。表2数据为仅有竖向荷载作用下，5种矢跨比的各柱柱顶位移的绝对值，可以近似看作此种情况的一种极端形式。表2数据说明，最大柱顶位移绝对值出现在A、E两柱，因为只有对称布置的竖向荷载作用，两柱柱顶位移绝对值相同，方向相反，且随着矢跨比λ的增大而绝对值减小。此情况下，矢跨比λ越大越好，可以减小拱结构屋架支座水平推力T，或增加拉杆（若已有拉杆可增强拉杆抗拉刚度）来减弱T；

　　3）SW与ST相差不显著的情况。表3为按照荷载规范将各种荷载进行组合后，5种矢跨比的最不利柱顶位移绝对值及其所在位置，是此种情况的典型代表，也是生产实践中最常遇到的情况。表3数据说明，随着矢跨比λ的不同，最大柱顶位移绝对值出现在A柱或E柱，而且矢跨比λ就不是越大或越小越好，而是存在一个最优的中间值，使得柱顶的最不利位移绝对值最小。表3数据表明，该算例最优矢跨比是0.25，此时最不利柱顶位移出现在E柱，最不利柱顶位移绝对值达到了5组矢跨比计算结果中的最小值71mm。

　　3 结论

　　从上文的分析中，可以得出结论：采用拱结构屋架的多跨钢结构房屋，拱结构屋架矢跨比λ对柱顶水平位移确实有显著影响，且较为复杂，不能简单的认为矢跨比λ越大越好，而是存在一个最优的中间值。因此，在具体设计当中，在没有更进一步的理论公式指导下，应该通过对多个矢跨比模型分别计算的方式，在指定的范围内找到最优的矢跨比。这种做法往往是设计这类结构时容易被忽视的。

　　参考文献

　　[1]适用建筑结构静力计算手册，北京：机械工业出版社，2009，1.

　　[2]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范.

　　[3]GB 50017-2003 钢结构设计规范.

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