長(zhǎng)懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu)抗震性能研究

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1、長(zhǎng)懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu)抗震性能研究1緒論1.1選題背景近年來,隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,人民的精神生活不斷豐富,城市公共建筑在人民的生活中扮演起了越來越重要的作用,大量作為地方性標(biāo)志的城市公共建筑迅速發(fā)展。長(zhǎng)懸臂空間桁架結(jié)構(gòu)因其獨(dú)特的建筑造型和優(yōu)美的曲線形式,在體育場(chǎng)館、展覽中心、機(jī)場(chǎng)車站等公共建筑中得到了越來越廣泛的應(yīng)用。鋼結(jié)構(gòu)因強(qiáng)度高,塑性韌性好,質(zhì)量輕等特點(diǎn),在大跨度懸臂結(jié)構(gòu)中逐漸取代了混凝土結(jié)構(gòu)形式,近年來獲得大量應(yīng)用[1]。如:深圳機(jī)場(chǎng)新航站樓(圖1.1)選擇了長(zhǎng)懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu),上海體育場(chǎng)(圖1.2)為馬鞍形大跨度懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu),懸臂長(zhǎng)度73.5m,為中國(guó)之最。C

2、CTV主樓(圖1.3)是復(fù)雜連體結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)的核心部分也是屬于長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)[2]。西山創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)基地(圖1.4)是立體鋼桁架在長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的典型,整層為空間鋼桁架結(jié)構(gòu)[3]。建筑結(jié)構(gòu)是保證建筑安全的重要支撐結(jié)構(gòu),在影響建筑安全性的各種作用中,地震作用是在地震區(qū)中的最重要的作用。地震災(zāi)害是一種高破壞性、難以預(yù)報(bào)的突發(fā)性自然災(zāi)害,強(qiáng)烈地震造成了人身生命和財(cái)產(chǎn)的重大損失。我國(guó)位于世界兩大地震構(gòu)造系的交匯區(qū)域,歷來都是地震多發(fā)的國(guó)家之一,近年來發(fā)生的汶川地震,玉樹地震以及雅安地震等更為我國(guó)的建筑抗震設(shè)防敲響了警鐘。長(zhǎng)懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu)的建筑多用于公共建筑,在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生

3、活生產(chǎn)中扮演著重要的作用,一旦破壞,勢(shì)必造成重大的財(cái)產(chǎn)和人員損失。同時(shí)考慮到此類結(jié)構(gòu)需考慮多種荷載及作用、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,特別是在高烈度區(qū),地震響應(yīng)影響因素更難以把握,因此建立適用于長(zhǎng)懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理論具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。.1.2長(zhǎng)懸臂空間桁架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)關(guān)于長(zhǎng)懸臂空間桁架的研究大多以實(shí)際工程為背景,對(duì)結(jié)構(gòu)的靜力穩(wěn)定性,經(jīng)濟(jì)合理性以及抗風(fēng)性能和抗震性能進(jìn)行研究。劉杰等依據(jù)天津東麗湖花水會(huì)所的懸挑鋼結(jié)構(gòu)桁架觀景平臺(tái)研究了不同桁架施工及使用過程中節(jié)點(diǎn)彎矩的影響,認(rèn)為線剛度較大的桁架以及采用節(jié)點(diǎn)板連接的桁架會(huì)產(chǎn)生較大的節(jié)點(diǎn)彎矩,應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程情況在設(shè)計(jì)中予以考慮[5]。

4、張毅剛等分析了三個(gè)實(shí)際工程,重點(diǎn)研究了懸臂立體桁架和懸臂網(wǎng)架雨篷結(jié)構(gòu)的抗震性能,根據(jù)研究成果對(duì)工程實(shí)際提出了一些有益的建議[6]。長(zhǎng)懸臂空間桁架結(jié)構(gòu)的施工過程需克服臨時(shí)支承反力大,支撐拆除時(shí)卸載噸位多,桁架懸臂端部變形大等一系列問題,周光毅等針對(duì)大連國(guó)際會(huì)議中心懸挑桁架的施工條件和施工工藝,提出了組合樓板及建筑構(gòu)造面層在支撐拆除后進(jìn)行施工的方案,使施工質(zhì)量更加精確[7];而李汝波等結(jié)合某大型空間懸臂桁架結(jié)構(gòu)安裝實(shí)例,詳細(xì)闡述了該工程中吊裝設(shè)備選擇,測(cè)量控制措施和鋼桁架安裝工藝及技術(shù)要點(diǎn)等一系列問題[8];張勇等則分析在施工現(xiàn)場(chǎng)沒有塔吊等大型吊裝機(jī)械的情況下,根據(jù)安哥拉某體育場(chǎng)懸

5、挑桁架屋面施工工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、場(chǎng)地條件和吊裝機(jī)械情況,制定出了一套分段拼裝,旋轉(zhuǎn)拉升的施工方案,并分析了拉升過程中的受力性能,有效地解決了小機(jī)械安裝大結(jié)構(gòu)的問題,為長(zhǎng)懸臂空間懸臂結(jié)構(gòu)的施工提供了有益的幫助[9]。在長(zhǎng)懸臂桁架結(jié)構(gòu)外形美觀和靜力穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上,研究人員也從未放松過對(duì)經(jīng)濟(jì)性與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的探索。李國(guó)娟通過對(duì)三種幾何形式的懸臂鋼管拱桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力彈塑性時(shí)程分析,并對(duì)比不同設(shè)防水平下結(jié)構(gòu)的抗震性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),得出了一些有益結(jié)論,為工程設(shè)計(jì)選型提供了借鑒[10]。杜濤進(jìn)行了天津東麗湖滑水會(huì)所的鋼結(jié)構(gòu)懸挑觀景平臺(tái)的施工全過程應(yīng)變測(cè)試,并分析測(cè)試結(jié)果,對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)鋬?yōu)化

6、和界面優(yōu)化,使結(jié)構(gòu)受力和桿件布置更加合理[11]。薛曉峰根據(jù)傳統(tǒng)長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)根部彎矩和懸臂端部豎向位移較大的特點(diǎn),提出了將受力合理、傳力有效的張弦梁原理應(yīng)用于長(zhǎng)懸臂的設(shè)想,并根據(jù)實(shí)際工程,詳細(xì)分析了該類結(jié)構(gòu)的靜力穩(wěn)定性和抗震性能[12]。同時(shí)王利軍也根據(jù)焦作太極體育館屋蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在受力性能分析的基礎(chǔ)上,提出了結(jié)構(gòu)優(yōu)化的一些建議[13]。因長(zhǎng)懸臂空間桁架結(jié)構(gòu)懸挑跨度大,結(jié)構(gòu)柔的特點(diǎn),一般為風(fēng)敏感型結(jié)構(gòu),大量學(xué)者對(duì)該類結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能進(jìn)行了分析,主要集中在體形系數(shù)[14][15],風(fēng)振系數(shù)等的確定[16][17]以及風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬[18][19]的分析,為抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供了大量的資料

7、。.2長(zhǎng)懸臂空間鋼桁架結(jié)構(gòu)靜力特性分析2.1工程概況本論文以正在建設(shè)中的河南省某市中心體育場(chǎng)罩棚為研究對(duì)象,建筑剖面圖見圖2.4。作為研究典型,對(duì)西罩棚的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究,罩棚平面圖見圖2.5。該罩棚結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用空間鋼管桁架結(jié)構(gòu),共24榀,縱向長(zhǎng)約206米,橫向一榀長(zhǎng)度大約43米。懸挑桁架的支座分為兩支腿懸臂結(jié)構(gòu)和三支腿懸臂結(jié)構(gòu)兩種,最大懸臂長(zhǎng)度29.6米,罩棚屋面材料采用鋁鎂合金板。本工程所在地區(qū)為7度區(qū),設(shè)計(jì)地震分組為第一組,設(shè)計(jì)基本加速度0.15g。根據(jù)我國(guó)的相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范,結(jié)構(gòu)安

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