剛性屋面板索穹頂靜動(dòng)力性能研究

《剛性屋面板索穹頂靜動(dòng)力性能研究》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫(kù)。

1、第七屆牟國(guó)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)剛性屋面板索穹頂靜動(dòng)力性能研究李紅雨劉錫良韓慶華f天津水泥工業(yè)設(shè)計(jì)研究院，夭津300400)(天律大學(xué)建T學(xué)院，天津300072)摘要：索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)一經(jīng)『¨J世便以其構(gòu)造輕盈、造型別致、尺度宏偉、色彩明快等美學(xué)特征和所能實(shí)現(xiàn)的超大跨度受到了建筑師與結(jié)構(gòu)丁程師的青睞，但由于其施工的保密性及復(fù)雜性使其在一定程度上廣泛應(yīng)用還存在很大難度，鑒于此，也出于對(duì)兩種屋面材料膜、剛性屋面板(壓型鋼板)樹(shù)料特性的考慮．提出了剛性屋面板索穹頂方案，本文探討了該結(jié)構(gòu)的靜力性能并對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析且考察了預(yù)應(yīng)力、邊界、支撐等因素對(duì)其影響。關(guān)

2、鍵詞；剛性屋面板索穹項(xiàng)，膜，壓型鋼板，模態(tài)分析一、剛性屋面板索穹頂索穹項(xiàng)是由拇索和壓桿組成的自應(yīng)力宅間結(jié)構(gòu)體系，是最近十幾年發(fā)展起來(lái)的一種新型的空間結(jié)構(gòu)形式。這種結(jié)構(gòu)體系作為一種受力臺(tái)理、結(jié)構(gòu)效率高的全張力結(jié)構(gòu)體系，它同時(shí)集新材料、新技術(shù)、新工藝和高效率于一身，并以其構(gòu)造輕盈、造型別致、尺度宏偉、色彩明快等美學(xué)特征和所能實(shí)現(xiàn)的超大跨度受到了建筑師與結(jié)構(gòu)師的青睞。在建筑結(jié)構(gòu)中膜以其輕盈、透亮等其它材料所沒(méi)有的特性發(fā)揮了日益重要的作用，在張拉結(jié)構(gòu)由其是索穹頂結(jié)構(gòu)這樣的柔性結(jié)中更是占有極其重要的地位。當(dāng)今世界上的幾座已建索穹項(xiàng)工程主要分布在美國(guó)、韓國(guó)、

3、臺(tái)灣，它們所用的結(jié)構(gòu)形式大都為傳統(tǒng)的Geiger型、Levy型，如其中著名的雷聲穹頂、GeorgiaDome等，國(guó)外己建索穹項(xiàng)工程的屋面覆蓋材料比較單一，幾乎全部采用柔性織物膜，而以剛性材料作為屋面的工程很少有報(bào)道，然而由于膜為柔性材料的特性為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)了一系列的困難，其高昂的價(jià)格也使結(jié)構(gòu)的總體造價(jià)有很大提高，鑒于此情況，出于以下目的：l、降低索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)的施工難度；2、降低結(jié)構(gòu)總體造價(jià)；3、為結(jié)構(gòu)的保溫等構(gòu)造措施以及結(jié)構(gòu)將來(lái)的維護(hù)提供方便。4、作為一種新的形式可以為將來(lái)的實(shí)際工程提供必要的理論依據(jù)，并指導(dǎo)實(shí)踐，因此采用剛性屋面板來(lái)代替膜

4、，必將給結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)，維護(hù)帶來(lái)一定的稗益。在結(jié)構(gòu)中，輕型剛性屋面板通常所用材料為壓型鋼板，鋁合金壓型板等金屬面板及玻璃面板，其中又已壓型鋼板應(yīng)用最為廣泛。建筑用壓型彩色涂層鋼板是一種新型建材，它最早是從瓦楞鋼板發(fā)展而來(lái)的，本世紀(jì)30年代國(guó)外發(fā)明了第一條彩帶生產(chǎn)線后，將成卷鍍鋅鋼板或冷軋鋼板上直接滾涂彩色有機(jī)涂層，經(jīng)高溫烘烤而成為彩色鋼板塊狀或卷狀，再經(jīng)滾壓成型為各種壓型鋼板用于建筑物屋頂和墻面，美觀而輕巧，成為現(xiàn)代不可缺少的新型建筑材料，它具有自重輕、強(qiáng)度高、防水性能好、設(shè)計(jì)施工周期短、耐久性、耐侯性強(qiáng)、平面布置靈活、剖面形式多樣等優(yōu)點(diǎn)

5、，為建筑設(shè)計(jì)、施工提供了便利。使用建筑壓型鋼板與其它材料組合，可進(jìn)行高速度的工業(yè)化建筑施工，建成的房屋結(jié)構(gòu)整潔、美觀，并可達(dá)到很好的保溫隔熱效果，隨著設(shè)計(jì)水平的提高，材質(zhì)的改善，施工技術(shù)的改進(jìn)，輕型剛性屋面板已經(jīng)獲得了廣泛的應(yīng)用，曰益受到人們的青睞．不但在工業(yè)廠房、輕鋼住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大量采用，而且在一些大跨空間結(jié)構(gòu)中也顯露頭腳，例如在天津博物館、廣州國(guó)際會(huì)議展覽中心、廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)(圖1)等結(jié)構(gòu)中就采用了它們，給建筑增色不少。工業(yè)建筑2007增刊第七屆全圍現(xiàn)代結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)研討會(huì)a．天津博物t自c．廣州白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)圖1采用剛性屋面板的工程b廣州國(guó)

6、際會(huì)議展覽中心在對(duì)索穹頂?shù)氖芰π阅艿难芯恐?，以往研究一般僅考慮預(yù)應(yīng)力索單元承受荷載，而忽略屋面材料如薄膜單元、剛性屋面板對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響，在下部結(jié)構(gòu)為剛性的結(jié)構(gòu)中未考慮剛性屋面板參與協(xié)同工作是偏于安全的，而在下部結(jié)構(gòu)為柔性時(shí)情況確是不確定的，且這也并不能真實(shí)反映索穹項(xiàng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際工作狀況，并且這種簡(jiǎn)化計(jì)算是否偏于安全也未經(jīng)驗(yàn)證。文獻(xiàn)[5]對(duì)膜與下部結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作做了一些研究，并指出：如僅考慮預(yù)應(yīng)力索單元和壓桿單元構(gòu)成的結(jié)構(gòu)骨架承受荷載，相對(duì)于索、膜協(xié)同工作的索穹頂結(jié)構(gòu)的極限承載力的計(jì)算將會(huì)偏大，而對(duì)其節(jié)點(diǎn)豎向位移值的計(jì)算將偏小，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏于不安

7、全。所以在進(jìn)行索穹頂結(jié)構(gòu)的荷載分析過(guò)程中，考慮預(yù)應(yīng)力索和薄膜單元協(xié)同工作承受外荷載作用是相當(dāng)必要的，只有這樣才能得到結(jié)構(gòu)在荷載作用下的真實(shí)反應(yīng)。因此對(duì)剛性屋面板對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響的研究也是很有必要的，且這樣才能反映結(jié)構(gòu)的受力真實(shí)情況。二、靜力分析(一)模型建立由于壓型鋼扳材料本身的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)及其本身受力的合理性．它在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中得到了十足的發(fā)展，本文也采用壓型鋼板代替膜材作為索穹頂?shù)奈菝娌牧吓c索穹頂有機(jī)結(jié)合起來(lái)，參考?jí)盒弯摪逶谳p鋼結(jié)構(gòu)中的普遍作法，將索穹項(xiàng)索桿節(jié)點(diǎn)作一些改動(dòng)便可將其應(yīng)用于索穹頂結(jié)構(gòu)當(dāng)中，其作法是這樣的：在索穹頂上弦節(jié)點(diǎn)處設(shè)置調(diào)整屋面

8、高度用的短柱，然后在短柱上架設(shè)屋而梁(兩根屋面粱之間架設(shè)聯(lián)系梁)，再在屋面梁上布置檁條，最后在檁條上鋪設(shè)壓型鋼板。為了探討此種結(jié)構(gòu)的受力