杭州国际会议中心裙房钢屋盖结构整体稳定分析.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 杭州国际会议中心裙房钢屋盖结构整体稳定分析 刘晓罗永峰沈祖炎 李建宏 (同济大学建筑工程系，上海200092) (中国联合工程公司， 杭州310006) 摘要：大跨度空间结构因其形式多样、用钢量省，广泛应用于现代大型建筑之中。在荷载作用下，大空间结构整体失稳形 式复杂，我国现行规范没有专门针对大空间结构整体稳定分析和判定的方法，因此需要对具体结构进行具体深入的大位移弹 塑性整体稳定分析，以确定结构的整体稳定性态。本文根据设计需要，对杭州国际会议中心裙房钢结构桁架体系曲面屋盖分 别进行了完善结构和带缺陷结构的大位移弹性整体稳定分析和弹塑性稳定分析，通过数值结果比较，总结出了此类大空间曲 面桁架体系屋盖结构的整体稳定性特点，为类似工程的设计提供了有价值的参考资料。 关键词：大跨度空间结构，整体稳定分析，曲面桁架体系 一、引言 在钢结构建筑中，大跨度空间钢结构一直是倍受注目的结构形式，因其形式多样、用钢量省而广泛应 用于现代大型建筑之中。然而在荷载作用下的大空间结构整体失稳形式复杂，不同于单一杆件或构件的失 稳概念。我国现行规范没有专门针对大空间结构整体稳定的分析方法，因此借用有限元方法对具体结构进 行深入的大位移弹塑性整体稳定分析，以确定结构的整体稳定性态具有重要的工程实用意义。 二、工程概况 杭州国际会议中心位于杭州市钱江新城核心区。该工程由主楼、裙房和地下室组成，总建筑面积 为曲面桁架体系，由空间桁架、平面桁架、托架和檩条组成，屋盖各构件沿建筑中心线左右对称布置。部 分桁架为多层桁架，由连接于柱顶的托架支撑，端部悬挑，最大悬挑长度达17m。屋架上弦最高处净高12．5m， 主桁架最大跨度为60．8m。 由于裙房屋盖结构体系复杂，空间跨度大，使得结构在荷载作用下所表现出来的失稳形态较传统的结 构体系复杂。本文对该国际会议中心的钢桁架体系曲面屋盖进行了整体稳定分析，通过对屋盖结构进行完 善结构和带缺陷结构的弹性整体稳定分析和弹塑性整体稳定分析，获得了该结构的不同状态下的临界荷 载、结构最大位移及屈曲路线。通过数值比较，总结出了这类大空间曲面桁架体系屋盖结构的整体稳定性 特点，为类似工程的设计提供了有价值的参考资料。 三、计算模型 整个屋盖结构为空间桁架与檩条形成的钢网壳体系，杆件有工字形与圆管两种形式，所有节点均为刚 有限元分析。沿结构周边及中间开口处布置铰支支座。支座的具体位置详见图l，结构的计算简图如图2 所示。 根据结构特点和杭州地区情况，结构整体稳定计算采用如下荷载： 屋面恒荷载：上表面0．5kN／m2，下表面lkN／m2 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨会 屋面活荷载：0．5kN／m2 风荷载：基本风压为0．45kN／m2(50年一遇)，体形系数依据风洞实验结果确定。 选取最不利荷载组合对结构进行稳定分析，所用荷载组合形式如下： 荷载组合1：恒载+活载； 荷载组合2：恒载+活载+风载(沿0度)。 采用有限元计算软件ANSYS对结构进行完善结构与带缺陷结构的弹性与弹塑性整体稳定分析。 图1结构布置图图 2屋盖结构计算简圈 四、完善结构整体稳定分析 采用子空间迭代法对对屋盖结构进行线弹性整体稳定分析，用以预测结构屈曲荷载的上限，了解屈曲 的形状。结构前10阶线性特征值(屈曲系数)系数如表1所示，荷载组合1下的前4阶屈曲模态图如图3 所示： 表1线性屈曲系数九。， 模态 1 2 3 4 5 组合1(恒+活) 41．731 48．253 50．98l 51．804 53．665 组合2(恒+活+风) 32．342 35．204 37．168 38．866 41．361 模态 6 7 8 9