网架结构例题

题目：某网架结构平面尺寸如图所示，高度2.4m，采用螺栓球节点正放四角锥网格形式，短跨方向双面起坡，坡度为5%；上弦平面承受均布恒荷载0.5kN/m2，均布活荷载0.5kN/m2，下弦平面承受均布恒荷载0.3kN/m2，结构自重由软件自动考虑；上弦周边圈梁支承，钢管材料选用Q235B钢。

试给出该网架结构各杆件内力图、节点位移图和施工图。

操作步骤：

一、几何模型

1、【建模】>【标准网格】，选择“矩形平面网架”模板（图1）。单击【下一步】。

图1

2、选择“正放四角锥网架”，平面尺寸：x向为30m，y向为24m；网格数：x向为10，y向为8；网架厚度：2.4m（图2）。单击【下一步】。

图2

3、选择约束信息。上弦周边竖向简支（图3）。单击【完成】，生成标准网格见图4。

图3

图4

4、上下弦平面每个角部都删除两个网格。【建模】>【节点】>【删除节点】，删除上下弦平面每个角部的3个节点（图4），从而删除与这些节点相连的杆件。单击右键结束删除，结构模型如图5所示。

图5

5、删除多余节点，并重新显示图形。【建模】>【消赘余点】，【图形显示】>【重绘】，结构模型如图6所示。

图6

6、【图形显示】>【各层显示】，选择“弦层1”，显示上弦平面（图7）。

图7

7、上弦平面每个角部增加两根杆件。【建模】>【单元】>【增加杆件】>【连续】，连续选择三个节点，增加两根杆件，单击右键暂停该操作；重新连续选择三个节点，增加两杆杆件。四个角部杆件添加完成后，单击右键两次，终止该操作。

图6

6、【图形显示】>【各层显示】，选择“弦层1”，显示上弦平面（图7）。

图7

7、上弦平面每个角部增加两根杆件。【建模】>【单元】>【增加杆件】>【连续】，连续选择三个节点，增加两根杆件，单击右键暂停该操作；重新连续选择三个节点，增加两杆杆件。四个角部杆件添加完成后，单击右键两次，终止该操作。

8、同第6步，选择“弦层2”，显示下弦平面。

9、同第7步，下弦平面每个角部增加两根杆件。

10、【图形显示】>【整体平面】，模型显示如图8所示。

图8

11、切换到YZ视图。【图形显示】>【视图】>【Y-Z侧视图】，如图9所示。

图9

12、上弦平面沿Y向双面起坡。【建模】>【坐标】>【起坡】>【局部起坡】，选择上弦平面，

单击右键，同时注意观察屏幕左下角状态栏的提示，选择上弦最左边节点为基点；选择“Y向双面起坡”、“B模式”、坡度为5%（图10）。

图10

二、物理模型

13、指定边界条件。【建模】>【约束】>【固定约束】，选择上弦平面周边节点，单击右键，

选择“z方向线位移”（图11）。

图11

14、【图形显示】>【各层显示】，选择“弦层1”，显示上弦平面。

15、施加上弦静荷载。【建模】>【节点荷载】>【静荷载】>【均布荷载】，选择上弦平面所

有节点，单击右键，输入上弦均布静荷载0.5kN/m2（图12），单击【确认】。

图12

16、施加上弦活荷载。【建模】>【节点荷载】>【活荷载】>【均布荷载】，选择上弦平面所

有节点，单击右键，输入上弦均布活荷载0.5kN/m2（图13），单击【确认】。

图13

17、【图形显示】>【各层显示】，选择“弦层2”，显示下弦平面。

18、同第15步，施加下弦均布静荷载0.3kN/m2。

19、定义杆件截面库。【设置/参数】>【杆件材料】，可以定义不同截面形式的截面库（图

14），本例采用MSTCAD默认的截面库。（定义杆件截面库的另外一个方法是通过【设置/参数】>【截面类型定义】，可以导入型钢）。

图14

20、定义节点规格库。【设置/参数】>【球节点材料】，可以定义螺栓球和焊接空心球规格库

（图15），本例采用MSTCAD默认的节点规格库。

图15

21、定义材料属性参数。【设置/参数】>【设计信息】，可以定义各种材料的强度设计值、容

许应力比、屈服强度标准值等参数（图16），本例采用MSTCAD的默认值。

此外，该对话框也可以设置拉杆和压杆的容许长细比、节点类型等参数。

图16

三、分析设计

22、定义工况组合。【分析设计】>【工况组合】，勾选“静荷载起控制作用”，单击【重新

设置】，程序自动生成工况组合（图17），单击【确认】。

图17

23、从杆件截面库中优选各杆件的截面尺寸。【分析设计】>【满应力设计】，单击【开始计

算】（图18）。杆件截面优选结果如图19所示，所有杆件截面都满足要求，不需要更改截面库。

注：网架结构的杆件设计参数（计算长度系数、截面类别等）由程序确定。计算长度系数可

通过【建模】>【单元属性】对话框设置；截面类别通过【设置/参数】>【杆件材料】对话框输入相关参数。

图18

图19

24、设计高强螺栓、套筒、锥头/封板等零件。【分析设计】>【高强螺栓、套筒设计/验算】，

提示出错：截面尺寸为88.54的杆件在配件库中找不到相应的锥头/

封板。如果没有出

错信息，继续进行第27步。

25、查看配件库并修改杆件截面库。【设置/参数】>【配件材料库】，如图20所示。

图20

单击【修改】，选择“锥头”和“封板”选项卡（图21），可见可将88.54截面规格改为894。单击【取消】。

图21

【设置/参数】>【杆件材料】，选择88.54的截面，将直径改为89（图22），单击【替换】。

图22

26、重新进行第23步，优选杆件截面尺寸。

27、设计高强螺栓、套筒、锥头/封板等零件。【分析设计】>【高强螺栓、套筒设计/验算】，

如图23所示，单击【验算】，验算结果如图24所示，满足要求。

图

23

图24

28、螺栓球体设计。【分析设计】>【球节点设计/验算】，如图25所示，单击【重置】，然后

再单击【验算】。验算结果如图26所示，满足要求。

图25

图26

29、实体显示图。【图形显示】>【实体】>【精度与光照设置】，勾选“显示节点细部”（图

27），单击【确定】。

图27

【图形显示】>【实体】>【实体显示】，模型显示如图28所示。

图28

30、显示内力图。显示上弦杆件，【结果/修改】>【杆件轴力】，上弦杆轴力如图29所示。

图29

分别显示腹杆和下弦杆，可得轴力如图30和31所示。

图

30

图31

31、显示节点位移图。显示上弦层，【结果/修改】>【节点位移】>【Z向节点位移】，上弦

层各节点的Z向位移如图32所示。

图32

显示下弦层，可得下弦层各节点的Z向位移如图33所示。

图33

更多显示内容可通过【设置/参数】>【显示设置】对话框实现，如图34所示。

图34

32、计算每个节点的螺栓孔角度（螺栓球网架所需步骤）。【图纸】>【节点螺孔角度计算】，

选择所有节点，单击右键，选择“水平面”选项（图35），单击【确认】。

图35

33、设计支座节点。【图纸】>【支座】>【支座类型编号】， 单击右键，选择“水平面”选项（图35），单击【确认】。