弧形框架结构的设计与弹性稳定分析

一、概况
弧形钢框架位于室内，其内部设施均由下部混凝土结构支撑，框架只需承担自身重量及与其相关的装饰和悬挂设施的重量。
结构布置方案：由于框架结构需要配合内部建筑功能及造型要求，同时也考虑到结构受力的合理性，采用球半径为18.4m的球冠造型，球心距所在楼层楼板12.5m，32根H型钢钢柱沿径向将球等分为32份，同时沿环向等距布置12道环梁。受下部结构及建筑开洞的限制，球冠底部收放为16根钢柱，沿球冠径向钢柱向上收放3次，每次为间隔收放。在距其第二道梁处收放一次，在距球冠节点的第五道梁处收放一次，最后在距球冠顶部节点处仅保留8根钢柱相交。收放处采用斜撑构造，柱脚为刚接，其布置图如下：

二、模型建立与分析
由结构布置图可以看出，柱子为弧形柱。结构恒载为1.3kN/m2,活载为0.5 kN/m2，按照规范计算，其最大应力出现在洞口柱脚处，应力比为0.888。这说明构建足够安全。
由于规范中对弧形柱的计算长度在规范中是没有给定的。因此按照规范条文说明的计算方法，将球冠形钢框架转化为强度问题进行设计分析。按照条文规范采用二阶弹性分析，加上假象力其方法如下：
水平支座及其反力编号从下到上依次为1到13，按照条文说明计算，
求出水平支反力为：
 
表2-1支座水平反力（单位：kN）

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13
9.6	40	-8.8	15.26	22.7	-36.64	-18.96	16.82	-14.46	31.37	-28.16	-74.62	-91.03

注：方向水平向右为正
 
的计算如下：
表2-2侧移弯矩增大系数

编号	假想水平力 (kN)	水平反力(kN)	轴力(kN)	μ（mm）	H（m）
1	0.10624	-91.03	111	1.4	3.281	1.001979
2	0.213035	-74.62	71	2.9	3.281	1.001598
3	0.420297	-28.16	47	2.4	3.281	1.005678
4	0.615226	31.37	41	1.1	3.281	1.000194
5	0.789655	-14.46	39	1	3.281	1.000384
6	0.939025	16.82	40	1.1	3.281	1.000862
7	1.058646	-18.96	44.6	0.7	3.281	1.002238
8	1.144647	-36.64	52	0	3.281	1.001003
9	1.194437	22.7	70.3	-0.7	3.281	1.001017
10	1.206344	15.26	31	1.1	3.281	1.000822
11	1.114406	-8.8	22.1	-0.9	3.281	1.000066
12	1.116243	40	29.2	-0.7	3.281	1
13	1.017318	9.6	-6.8	-0.7	3.281	1.000151

注：水平向右为正，轴向压力为正

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文章名称： 弧形框架结构的设计与弹性稳定分析

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