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1.结构设计的放与抗--关于白城滑冰馆坍塌可能的过度约束
2.白城滑冰馆坍塌概念分析，钢结构拱架水平推力太大可能是破坏原因
最近，吉林省白城市某滑冰馆的钢屋面结构发生了坍塌事故，从现场照片可以知道该屋面采用钢桁架结构，为不对称双坡屋面，屋面桁架两端与钢筋混凝土柱连接（图1）。
从现场照片可以看到，钢桁架两端仅上弦杆与钢筋混凝土柱连接（图2），这一支座连接构造引起了大家的关注，许多专业人士在某知名土木类公众号留言发表了自己的看法。浏览这些留言可以发现，读者的观点两极分化，部分读者认为该支座构造不合理甚至非常荒谬，但是另一部分读者从专业的视角分析，认为这是简支梁常见的连接方式，完全没有问题。笔者将在本文对这种连接节点的合理性进行简单分析，希望给大家提供参考。
作为背景内容，有必要介绍下笔者在“应充分重视起拱钢屋面梁的支座连接设计”中的一个观点：在这类钢筋混凝土柱上连接起坡屋面钢梁简支梁（桁架）结构中，屋面梁两端可能存在设计时按照水平位移释放计算，但实际节点构造却无法实现水平滑动的情况，导致实际屋面梁对支座存在水平推力的情况。
为了直观起见，本文将结合具体算例来进行说明。首先，我们先来看下普通桁架梁（即不起坡），桁架的形式与事故体育馆类似，桁架上弦作用均布线荷载，两端的约束条件根据不同情况变化。需要说明的是，本文算例的参数与实际结构并无关联，大家只需关注不同情况下数值的相对大小。
约束桁架梁的左端竖向（Z方向）和水平方向（X方向），右端仅约束竖向位移，这是最为典型的简支梁约束条件。从图4可见，这种边界条件下，约束上弦杆和约束下弦杆各杆件的轴力非常接近（除支座附近第一节），仅有的差别来自约束不同弦杆带来的跨度变化引起。这说明，在典型简支梁的约束条件下，桁架受弯矩的作用，此时仅约束桁架梁的上弦或下弦对主要计算结果没有影响。
考虑在实际结构中，梁端部的水平位移无法完全释放，此时约束桁架梁的左右两端的竖向（Z方向）和水平方向（X方向）。
由图5可知，这种约束条件下，将支座设置在上弦和下弦桁架梁的轴力具有很大的差异。分析可知，与端部水平位移释放时不同，在这种边界条件下桁架梁的支座处会产生水平反力（图6），并且两种情况下支座反力的方向是相反的，均与弯矩引起的轴力方向相反。
我们通常利用桁架结构的抗弯性能，对于其轴压下的受力关注不多。那么，当轴力作用于单一弦杆时，上下弦之间的内力传递如何呢？图7中在桁架的上弦作用一大小为100kN的水平压力，可见轴力只在上弦杆传递，并未能通过腹杆的变形协调传递给下弦杆。因此，当桁架梁的水平位移被约束时，被约束的弦杆不仅受到桁架截面弯曲引起的轴力作用，同时还受到支座水平荷载的作用。
以约束上弦杆的桁架梁为例，当支座水平位移被释放时，弯矩作用下跨中截面上弦杆的轴力为-1017.95kN（图4a），当支座水平位移被约束时，上弦杆的水平拉力为689.81kN（图6a），两者之和为-328.14kN，这一数值与图5a中跨中截面的上弦杆轴力-330.98kN非常接近。但是，对于下弦杆和腹杆的轴力图4a和图5a所示两种情况并无明显差别。分析可知，对于约束下弦杆的情况也存在类似的关系。
起坡桁架梁如8所示，计算条件与普通桁架梁类似。
分析结果表明，当支座水平变形释放时，约束上弦杆和下弦杆时桁架梁各杆件的轴力类似（图9），仅靠近支座第一节的杆件有所差别，这与普通桁架梁类似。
当支座的水平变形被约束时，桁架的支座将产生较大水平反力（见“应充分重视起拱钢屋面梁的支座连接设计”），且此时水平反力均为弦杆的轴压力（与未起坡的不同）。比较图10a和10b可以看出，约束上弦杆时桁架梁的上弦杆的轴压力为-690kN~-1048kN远大于约束下弦杆时的最大值-437kN。这是由于对于起坡桁架梁来说，支座的水平反力均为压力，这一压力和弯矩引起的上弦杆压力是叠加的，与下弦杆压力是抵消的。两种约束条件时，靠近支座的第一根杆的内力均较大，这与水平约束释放的情况具有很大差异。但是，与未起坡桁架不同的是，水平反力也会引起桁架截面的弯矩，内力分析时要略微复杂些。
通过本文的讨论，可以得到下面几点结论：
此外，对于吉林白城的事故，笔者认为，在结构层面，除了支座可能存在问题外，桁架的现场对接部位可能存在连接质量问题（见下图），此处截面腹板的连接应该按照轴心受力杆件对待，而非受弯构件。
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