对建筑预应力钢结构设计的讨论论文.PDF

中国月期刊咨询网 对建筑预应力钢结构设计的讨论论文 陈中建 冯雪松 摘 要：随着现代建筑事业的快速发展和建筑物使用功能要求的不断提高，现在的建筑物结构跨度越来越大。预应力 钢结构因其良好的受力性能和广阔的应用前景已经越来越得到人们重视。本文建筑设计论文就预应力钢结构设计的几 个方面展开讨论。 关键词：钢结构；预应力；结构设计 一、张力松弛法在预应力空间结构中的应用 张力松弛法是针对预应力空间网格结构设计与施工张力控制值计算问题而研究出的一种力学分析方法。这种方法不仅 能计算索的张力施工控制值，而且能计算结构中所有构件在张拉施工任一阶段时的内力、节点变位。当采用分组分批 张拉施工方法时，每批索只要一次张拉到计算所得的张力施工控制值即可，当最后一批索张拉完毕，所有组索的实际 内力将达到它们各自的张力设计值。这样，目前通常所采用的分阶段分组分批张拉，逐阶段张力调整的施工方法将得 以改善，张拉施工的工作效率将大大提高，施工成本大大降低。 （一）张力松弛法解决的问题 1、计算结构中各构件在索张拉施工每一阶段时的实际内力，包括在索张拉全部完成时各构件的最终实际内力；（过 程内力计算） 2、依据索张力设计值，根据张拉的实际情况，计算张拉各阶段中索的张力施工控制值，以使张拉工作全部完成时， 各组索的实际内力恰好等于其张力设计值；（以结果内力为目标反推算过程内力） 3、用于预应力空间结构设计，进行合理布索与结构优化分析。 （二）预应力空间结构的主要优点及注意问题 预应力空间结构的主要优点在于增加结构的整体刚度和提高结构的承载力；减轻结构的重量；优化结构的空间利用并 使结构更美观。结构中的索若采用整体张拉方法则施工费用相当高昂；若采用分组分批张拉、逐步调整张力的施工方 法，工艺简单且易于操作，但施工的张力调整工作相当麻烦费时且费用亦较高且必须考虑以下问题： 1、分批张拉时，后批索张拉必然会造成前面所有批索实际张力发生改变，这种变化既不是纯粹的递增关系也不是纯 粹的递减关系，但这种变化并不是没有规律的。 2、当最后一批索张拉完毕时，除最后一批索外，所有的索的实际内力值均不是施工时的张力控制值，即：几乎所有 的索由于张拉施工的原因，其初始内力都发生了变化。 3、预应力空间结构中有许多与刚性构件相连接的索，这些索分成若干个组，其中每组索包含同时张拉施工的索，各 组索的划分应根据结构索的分布情况以及施工的实际情况而定。 （三）关于使用张力松弛法的结论： 1、张力松弛法主要应用于带有施加预应力加强索的空间结构受力分析，可应用于张力施工控制值的计算，也可应用 于张拉施工过程各阶段中各索及杆件的实际内力值的计算。同时，还能计算结构中所有构件在张拉施工任一阶段时的 内力与节点变位。 2、各组索的张力施工控制值均是针对某一特定张拉施工顺序的，施工时的张拉顺序不同，则计算所得的张力施工控 制值也不同。本方法的计算结果应用于分组分批张拉施工时，必须按照计算时设定的施工张拉顺序进行，否则最后的 结果是错误的。每批索只要一次张拉到计算所得的相应的张力施工控制值即可，当最后一批索张拉完毕，所有组索的 实际内力将达到它们各自的张力设计值。 3、该方法还可用于预应力空间结构设计，进行合理布索与结构优化分析。 4、张力松弛法是一种实用的、非常高效率的分析方法。 5、张力松弛法可以推广应用到任何形状的预应力空间网格结构，无论结构中各根索的张力设计值相同或不相同。 二、张弦梁结构中的预应力作用 张弦梁结构是通过撑杆连接梁（拱）和索而形成的一种新型杂交结构形式，通过对下弦索施加预应力可以使结构形成 整体共同参加工作。下弦索的预应力，通过撑杆使梁产生与使用荷载作用时相反的位移，从而部分抵消了外荷载的作 用；联系索与梁之间的撑杆对于上弦梁起到了弹性支撑的作用，可以减小上弦梁的弯矩；同时，下弦索负担外荷载对 上弦梁产生的外推力，从而不会对边缘构件产生水平推力，整体结构形成自平衡体系。 通常认为随着预应力的增大，结构的变形将减小；已有的一些对张弦梁结构的研究工作也得出类似结论，认为增大预 应力可以有效的减小变形和上弦梁的正应力，有益于结构性能的改善。但是，分析该结构，必须区分其在施加预应力 前后的状态，即零状态和初始态，本文定义零状态为体系在无自重、无预应力作用时的放样状态；初始态为体系在自 重和预应力作用下的自平衡状态。为求解零状态几何参数和初始态预应力分布提出了逆迭代法，但是无法在此基础上 连续进行承受外荷载作用下的分析。因而以往的一些对张弦梁结构力学性能的研究并未区分这两种状态，同时对