布置，分析研究时选取有代表性的柱10、柱12和柱13。单根斜柱模型从整体结构的截取同样遵循整体计算模型的截取原则，一层计算模型平面图如图4-1所标。支承斜柱截面尺寸及配筋如图4-2所示，斜柱体的剖面图如图4-3所示，斜柱为变截面。

图4-2 斜柱截面

图4-3 斜柱体剖面

分析模型所用材料的基本参数为：混凝土弹性模量取30GPa，钢筋弹性模量取210GPa；混凝土泊松比取0.2，钢筋泊松比取0.3。

5.2 单元选取及组合

斜柱支承体系整体分析采用梁板有限元模型，建立起来的有限元整体分析模型如图4-4所示。用Beam188单元来模拟钢筋混凝土结构中的框架梁，用Shell63单元来模拟钢筋混凝土楼板和斜柱；板壳有两个特征：一是厚度比另两个方向的

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尺寸小得多，二是荷载作用在垂直于板壳面的方向。斜柱截面的高宽比较大，斜柱可以算作厚板，其厚度与另外两个方向短边的比值接近1/5，另外斜柱支承体系的整体分析主要是考虑垂直拱平面方向上的受力协调变形，因此相对于线单元来说，板壳单元模拟斜柱应该更合理，在梁板的接触方式处理方法上，利用面模型的边线生成梁单元，使梁单元与壳单元局部共用节点，保证了实际工程中梁板刚接的方式。

图4-4 主桁架拱斜柱支承体系整体分模型

对单根斜柱作局部应力分析时，斜柱体采用分离式实体模型，建立起来的有限元实体分析模型如图4-5所示。斜柱体混凝土部分用Solid65单元模拟，这是ANSYS软件提供的专门用来模拟混凝土材料的一种单元；用Link8单元模拟纵向受力钢筋，简化考虑钢筋的轴向拉压。柱体边缘的楼面梁板任然采用梁板有限元模型。柱体混凝土单元与钢筋单元的连接采用节点耦合法，耦合每个钢筋单元节点和与其最接近的混凝土单元节点的所有自由度。这种方法建立在一个基本假定之上，那就是混凝土与钢筋之间没有滑移，而在正常使用情况下这种假定是完全成立的。

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图4-5 单根斜柱实体分析模型

5.3 荷载简化确定

无论是对斜柱支承体系进行整体分析，还是对单根支承斜柱进行有限元分析，外荷载来源是一致的，屋盖荷载通过锚固在斜柱顶的主桁架拱传递到斜柱上。虽然在屋盖的施工期，屋盖荷载是一个渐变过程，支承体系的受力情况变化复杂，但为了简化计算，根据实际施工方案分阶段对计算模型加载。计算各个施工阶段控制时间点屋盖传递的荷载值，作为这一阶段的传递荷载，控制时间点之间的荷载变化规律以线性处理。

柱顶荷载也是仿真结果，其计算模型是屋盖和斜柱支承体系的组合整体梁杆模型，该模型适合对屋盖杆系结构的分析；它对斜柱支承体系过分简化，无法达到斜柱支承体系所需要的分析目的和精度。柱顶荷载简化为节点力的方式施加到有限元计算模型节点上，在柱顶主桁架拱锚固钢板面积范围内以均布荷载加载。各阶段的荷载值如表4-1所列。坐标系的确定方法是：拱平面为X-Y平面，X轴水平指向拱外，Y轴垂直向上，Z轴有X轴到Y轴的右手法则决定。

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