50M直径单层球网壳整体模型试验的研究.pdfVIP

．842． 《工程力学》增刊 1999年 50m直径单层球网壳整体模型试验研究 张晔江赵宪忠陈以一陈扬骥沈祖炎周向明 (同济大学建筑工程系。 上海200092) 提要 本文针对50Ⅲ直径单层球网壳结构进行了l：10缩尺模型的竖向加载和模拟风载加载试验，分 析了试验结果．并与理论模型计算结果相比较，验证了该结构的可靠性及．垃计计算模型的适用性· 关键词 单层球网壳，缩尺试验，整体模型 。 1工程背景 上海东方明珠国际会议中心建于上海浦东陆家嘴金融贸易区，背倚上海东方明珠电视 塔，沿浦东滨江大道与浦西外滩万国建筑博览群遥遥相望。该建筑中心长约160m，高 56．5m，其建筑物的两端各有一个经纬线型的钢结构玻璃幕墙球体。它们的直径分别达50m 和38m，是整个建设项目的重要组成部分，也是设计难度最大的部分。本文主要研究50m 宣径的大球体。 大球球体采用肋环型单层网壳，与主体建筑不规则相交，下部支承在17．8m标商屋面 上，上部支承在39．7m标高屋面上，中间部分与两侧剪力墙垂直相交，高度达21．9m，形 成了曲面不完整、开口不对称的球壳。该单层球壳共40道经线，27圈纬线，相邻纬线间 球心夹角为4度。球体杆件采用热轧矩形无缝钢管，其尺寸分别为120×280×7mm，120 x280x8m。120x280×9m，120×280x 1妇m等四种规格。节点为连通(四通或三通) 式锻压刚性节点。全部钢材均采用高强度耐侯结构钢10PCuRe。 肋环型单层球面网壳，只有经线和纬线杆件，大部分网格呈梯形，与同样跨度的其他 结构类型相比，结构侧向刚度较小。在风载等非对称荷载作用下，结构的力学行为非常复 杂。而且单层网壳具有很强的儿何非线性特性及轴力效应．它们对结构刚度和稳定承载力 的影响非常大，而且这种刚度削弱还将随着加载过程而不断加重。但在结构设计荷载作用 下，构件应力处于较低水平．此时结构的几何非线性程度应加以研究；在此基础上，只要 总荷载远低于屈曲荷载，在工程设计中采用线性分析方法是可行的．本试验主要是完成上 述两方面的任务。 张哗江．男．197510出生．硕士研究生 《工程力学》增刊 1999年 ·843· 2试验概况 2．1相似关系 根据原结构设计资料及结构试验台座尺寸，按1：lO的缩尺比例设计了单层球网壳结 构整体模型。为了使模型在试验荷栽作用下产生的应力与实际结构在真实荷载作用下产生 的应力具有等值关系，可以推导出模型加载值与实际结构承受荷载的相似比为l：100。 应指出的是，实际结构的钢材为10PcuRe，其强度相当于16h恤钢材，而本试验模型 采用Q235钢材：但由于本试验中杆件应力相对较小，一般不超过Q235的强度指标，因 而对模型相似关系没有影响。 2|2节点与杆件的位置描述 球壳杆件按位置可分为两类：经线杆件和 纬线杆件。纬线编号自球项节点开始，球顶点 定为w1，其下面一圈纬线定为w2，依次类 推直至w28。经线自上往下看按顺时针方向 依次编号，从A1开始编至A8，再从B1编至 B8，依次类推直至E8。如在图l(平面展开 图)所示。 田l球无杆件塌号(甲喵胜开图) 2．3模型设计 整体模型分为四个部分：底座、上环梁、主体结构杆件和两片加肋钢板。 底座是为了模拟实际结构中与下部框架体系相连接的下环粱支座，同时将试验模型牢 J司地固定在试验台上，以保证试验时的刚度要求。底座采用截面为300×300×8rm的箱 形截面，共分为12段，接头处采用对接焊缝，用18个M30地脚螺栓与试验台地槽相连。 上环粱为6段截面200×200×8mm的拼接箱形钢梁，以模拟实际结构中与下部框架 体系相连接的钢筋混凝土矩形环梁。 模型设计过程中，先按1：10比例对实际结构中的杆件截面几何尺寸进行缩尺，然后 的归为1．0nlm。 实际结构的单层球壳在立面上并不是完整的，它在w15以下被两片钢筋混凝土剪力 墙分别从经线方向和切线方向切断。为模拟这两片刚度较大的剪力墙，在模型设计时选用 了两片带加肋的钢板，钢