弦支穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析2

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1、弦支穹頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析來源網(wǎng)絡(luò)作者：彭添劉振華劉祥字發(fā)布于2012/12/2216:53:29評(píng)論(0)有16人閱讀1工程概況三亞市體育中心(三亞市中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校二期場(chǎng)館)位于海南省三亞市，西臨師部農(nóng)場(chǎng)路，南接金雞嶺路，東靠東岸北路，北側(cè)為技術(shù)學(xué)院一期工程用地，由體育館、體育場(chǎng)、游泳館三部分組成，是三亞市及職業(yè)學(xué)校新校區(qū)的標(biāo)志性建筑群。體育館總建筑面積12764．8m2，總座位2934席；屋蓋覆蓋面積6550m2，采用預(yù)應(yīng)力弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)體系。游泳館總建筑面積4621．3m2，337座，屋蓋覆蓋面積3700

2、m2，采用焊接球空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。體育館主館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋形狀為圓形，直徑為75．36m，屋蓋矢高為8．288m；整個(gè)屋蓋覆蓋面積為3700m2。屋蓋采用弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系。該結(jié)構(gòu)體系由上部單層網(wǎng)殼和下部弦支索桿體系構(gòu)成，上部單層網(wǎng)殼網(wǎng)格布置形式為Kiewitt型；下部弦支索桿體系以肋環(huán)型布置，設(shè)置3道環(huán)索，徑向?yàn)殇摾瓧U；其中撐桿采用圓鋼管，上下端鉸接。該結(jié)構(gòu)具有用鋼量小、結(jié)構(gòu)輕盈、鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面類型少的特點(diǎn)。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。本工程索承單層網(wǎng)殼屋蓋，除具有一般索承單層網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還具有以下特點(diǎn)。1)網(wǎng)殼矢高

3、為8．288m，矢跨比為8．288／75．36=0．11。網(wǎng)殼矢跨比不大，屋蓋剛度一般，在施加預(yù)應(yīng)力后，其網(wǎng)殼面外剛度有較大提高。2)屋蓋結(jié)構(gòu)與下部混凝土結(jié)構(gòu)采用三向鉸支座。3)在使用階段，結(jié)構(gòu)主要受力狀況為：環(huán)向桿和拉索受拉，徑向桿和撐桿受壓。而在預(yù)應(yīng)力張拉階段，除索受拉外，網(wǎng)殼各桿件和撐桿均受壓。4)在撐桿下節(jié)點(diǎn)處，撐桿、環(huán)索和徑向鋼棒的內(nèi)力相互平衡，其中環(huán)索內(nèi)力最大，撐桿內(nèi)力最小。改動(dòng)其中任何一個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力，其他構(gòu)件的內(nèi)力也相應(yīng)改變。5)索承單層網(wǎng)殼屋蓋為圓球形，且各方向上的結(jié)構(gòu)布置較為均勻，因此結(jié)構(gòu)

4、受力比較均勻，內(nèi)力變化幅度比較小。6)對(duì)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件布置情況及傳力特點(diǎn)的分析得知，中心處由環(huán)向索、徑向鋼棒、豎向撐桿及鋼管網(wǎng)殼組成的屋蓋可以作為一個(gè)自承重的結(jié)構(gòu)受力單元；其內(nèi)力通過外層鋼管網(wǎng)殼傳遞至下一圈由環(huán)向索、徑向鋼棒、豎向撐桿及鋼管網(wǎng)殼組成的結(jié)構(gòu)單元，此單元不能自承重，而是通過與上一層結(jié)構(gòu)單元聯(lián)合組成能自承重的結(jié)構(gòu)受力單元。整個(gè)屋蓋通過此種受力形式，將內(nèi)力由上至下、一圈一圈逐漸傳遞至最底層的支座處。2結(jié)構(gòu)選型2．1弦支穹頂結(jié)構(gòu)拉索與徑向鋼棒張弦梁拉索有3種規(guī)格，從外到內(nèi)分別為Φ7×163、Φ7×73和Φ

5、7×37高強(qiáng)度低松弛鍍鋅鋼絲束，拉索有效截面面積分別為6276，2810，1425mm2，拉索抗拉強(qiáng)度為1670MPa，拉索錨具采用40Cr鋼；徑向鋼棒為高強(qiáng)低合金鋼，外圈Φ75，內(nèi)部?jī)扇Ζ?5，屈服強(qiáng)度不低于550MPa。為了使受力更合理，將弦支穹頂?shù)睦麇^固端節(jié)點(diǎn)設(shè)置在上弦截面的形心處，使拉索中的拉力由相交于一點(diǎn)的撐桿直接傳遞到弦桿上，同時(shí)也簡(jiǎn)化了拉索錨固端節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造。為了方便施工，張弦梁與撐桿間的連接采用了銷軸式連接，索的布置如圖2所示。???2．2弦支穹頂結(jié)構(gòu)撐桿弦支穹頂結(jié)構(gòu)撐桿布置如圖3所示，材質(zhì)

6、為Q345一B。3荷載設(shè)計(jì)參數(shù)結(jié)構(gòu)作用荷載有預(yù)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)自重、屋面及馬道懸掛恒載、屋面及馬道活荷載或雪荷載、風(fēng)荷載、溫度及地震作用。3．1恒荷栽1)屋面：1．0kN／m2(不含結(jié)構(gòu)自重)。2)馬道吊掛荷載：1．0kN／m2。3．2活荷載1)屋面：0．5kN／m2。2)馬道：1．0kN／m2。3．3風(fēng)荷載三亞市100年一遇基本風(fēng)壓為1．05kN／m2，建筑場(chǎng)地周圍為B類地貌，結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)取為1．5。由于屋蓋結(jié)構(gòu)體型相對(duì)復(fù)雜，要獲取準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布需要進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。3．4地震作用三亞市抗震設(shè)防烈度為6度(0

7、．05g)，地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為I類。3．5溫度作用使用階段溫差取±25℃。4弦支穹頂結(jié)構(gòu)初始態(tài)計(jì)算由于結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，初始預(yù)張力對(duì)弦支穹頂?shù)膬?nèi)力和初始變形影響較大，如何合理確定初始預(yù)張力是索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本結(jié)構(gòu)在分析時(shí)，綜合考慮以下因素：1)在各可能工況下，索應(yīng)保持拉力，并有一定安全儲(chǔ)備，且不超過規(guī)定的應(yīng)力比。2)過小的預(yù)張力可能使索在某些荷載組合下退出工作，處于松弛狀態(tài)。3)過大的預(yù)張力使索張拉施工不便。4)預(yù)張力不應(yīng)使上弦構(gòu)件產(chǎn)生過大的反拱值。5)過大的預(yù)張力會(huì)增加結(jié)構(gòu)施工的難度。6)

8、增加預(yù)應(yīng)力可以增加下弦拉索的平面外剛度，但會(huì)增加上弦構(gòu)件的軸向應(yīng)力，對(duì)結(jié)構(gòu)不利。在設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)過大量方案比較后，綜合權(quán)衡多種因素，最終確定初始預(yù)張力控制值如圖4所示，按照此控制值找形后，結(jié)構(gòu)變形如圖5所示，初始態(tài)下的計(jì)算結(jié)果如表1所示。???5弦支穹頂結(jié)構(gòu)荷載態(tài)計(jì)算初始態(tài)分析完成后，按照荷載組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)的荷載態(tài)分析。結(jié)構(gòu)荷載態(tài)分析時(shí)，構(gòu)件中除拉索為索單元外，其他構(gòu)件均為梁和桿單元。最不利荷載組合下結(jié)構(gòu)變形如圖6所示