某工程刚性屋面索穹顶结构方案分析与设计.pdf

第六届全国现代结构工程学术研讨会 某工程刚性屋面索穹顶结构方案分析与设计 董石麟1袁行飞1郑君华1傅学怡2陈贤川3 (1．浙江大学空间结构研究中心，浙江杭州310027)(2．中建国际(深圳)设计顾问有限公司，广东深圳518033) (3．深圳大学建筑工程学院，广东深圳518060) 摘要： 与以膜材为屋面材料的索穹顶结构相比，刚性屋面的索穹顶结构具有结构刚度大、制作加工便利，技术经济指标 好等特点，有良好的发展前景。本文结合某一工程要求，提出了刚性屋面索穹顶结构的设计方案，对其结构布置、索杆初始 预应力分布确定、内力和变位计算以及结构用钢指标等作了介绍，并对边界支承结构的刚度以及屋面支撑对结构初始预应力 分布及外荷载作用下受力性能的影响进行了研究，得出了一些有意义的结论。 关键词： 索穹顶，刚性屋面，初始预应力，支承刚度，屋面支撑 ．j▲—-L 一、 月lJ吾 在各种新型大跨度空间结构体系不断涌现的趋势中，以索、杆、膜合理组合而成的索穹顶结构近年来 构思想开发的一种新型预张力结构，最早应用在汉城奥运会的体操馆和击剑馆乜。。作为一种受力合理、结 构效率高的结构体系，它同时集新材料、新技术、新工艺和高效率于一身，并以其构造轻盈、造型别致、 尺度宏伟、色彩明快等美学特征和经济的造价受到了建筑师的青睐。继汉城体操馆和击剑馆之后，Geiger 穹顶∞1是1996年亚特兰大奥运会主赛馆的屋盖结构，这个目前世界上最大的屋盖结构被评为1992年全美 最佳设计。之后，他们又成功设计了圣彼得堡的雷声穹顶和沙特阿拉伯利亚德大学体育馆的可开启穹顶。 国外大量的工程实践显示了索穹顶结构强大的生命力和广阔的应用前景，但这类结构在国内的工程应用仍 是空白，这对我国建筑师和工程师来说不能不算是个遗憾。 国外已建索穹顶工程的屋面覆盖材料比较单一，几乎全部采用柔性织物膜，而以刚性材料作为屋面的 工程很少有报道。尽管集覆盖和承重于一身的膜材使索穹顶结构更具轻质感和流动感，但由此带来的加工 制作以及施工维护等费用大大增加了索穹顶结构的造价。与以膜材为屋面材料的索穹顶结构相比，刚性屋 面索穹项结构则具有以下几个显著特点：可以采用通用的刚性材料如压型钢板、铝板等作屋面材料；刚性 屋面可以增加屋面的整体刚度，提高结构抵抗不对称荷载的能力；另外与膜材的材料成本、加工制作、铺 设和围护等费用相比，刚性屋面的索穹顶结构造价低，施工简便，具有良好的技术经济指标。可以预见， 剐性屋面的索穹顶结构是有良好发展前景的M1。 本文结合某一工程要求，提出了刚性屋面索穹顶结构的设计方案，对其结构布置、索杆初始内力分布、 荷载作用下结构内力和变位计算以及结构用钢指标等作了介绍，并对边界支承结构的刚度以及屋面支撑系 统对索穹顶结构初始预应力分布及外荷载作用下受力性能的影响进行了研究，为该类工程的设计和应用提 供了理论依据和技术保证。 二、刚性屋面索穹项结构设计方案 (一)结构体系与索杆截面配置 本工程拟采用索穹顶结构和周边立体桁架相结合的结构体系。其中索穹顶为肋环型布置， 由中心受拉 工业建筑2006增刊 113 第六届全国现代结构工程学术研讨会 环、径向布置的脊索、斜索、压杆和环索组成。索穹顶支承于周边立体桁架环梁，环梁支承于拱形立体桁 架柱。 屋面为刚性屋面系统。径向脊索节点间设置方钢管主檩条，主檩间设置环向次檩条，上铺金属屋面板。 结构三维图、平面图和立面图如下： 图1结构三维图 图2结构平面图和立面图 ∥}1Q000,≥拿o∞$90赡曩拿Q∞专拿o∞毒嚣潞孓∞oo毒，∞叫…绷热o，Q阪一o”垭嫩…{^Tl■_ 水 图3结构剖面图 索穹顶结构杆件编号见图3，杆件截面配置见表1： 114 工业建筑2006增刊 第六届全国现代结构工程学术研讨