斜向交叉拱形张弦梁空间结构体系的设计应用.pdf

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斜向交叉拱形张弦梁空间结构体系的设计应用

斜向交叉拱形张弦梁空 斜向交叉拱形张弦梁空 间结构体系的设计应用 间结构体系的设计应用 1. 工程概况 2. 结构体系的确定 3. 钢拉杆张力的确定 4. 结构设计 5. 小结 工程概况 本项目是把室外游泳池改建为游泳 馆,要求保留原游泳池。 游泳馆64.5m×36m, 36m跨为拱形 屋面,拱高为6m,柱距为8.4m。 室内屋面采用菱形膜吊顶,屋面板 为彩色压形钢板,墙面为玻璃幕墙。 图1 游泳馆三维结构模型 最初方案采用网壳结构,计算发 现:因柱头和柱脚水平剪力较大,基 础平面尺寸太大,受周围已有游泳池 基础限制,无法实现。 因基础平面受到平面限制,为减 小基础尺寸,最好柱头张拉一根拉 杆,以减少上述水平力。 本项目斜向交叉拱形张弦梁结构设 计方案由一本外国杂志的封面得到了 启发。该结构形式国内项目应用较 少。 该结构形式屋面整体性能好,适应 建筑菱形幕吊顶造型,经济,美观, 大方等特点。 结构体系的确定 2.1 张弦梁结构体系 张弦梁结构由刚度较大的抗弯构件和高强 度的弦以及连接两者的撑杆组成,通过对 柔性构件施加拉力,使相互连接的构件形 成具有整体刚度的结构。 2.1 张弦梁结构体系 (续) 张弦梁结构按受力特点可以分为平面张弦 梁结构和空间张弦梁结构。 张弦梁的结构特征:承载能力高;使用荷 载作用下的结构变形小;自平衡;结构稳 定性强;建筑造型适应性强;制作、运输 、施工方便。 2.1 张弦梁结构体系(续) 钢索施加预拉力的方法常用的有花篮螺 丝或套筒调节法、张拉钢索法、支承卸 除法三种。 张弦梁结构的成形过程包括张弦梁刚性 构件的装配、索内预拉力的施加和整体 结构的安装就位等。 2.1 张弦梁结构体系(续) 张弦梁结构分析包括: 1)零状态结构加工放样形状分析; 2)结构屋面的风振效应分析; 3)荷载态各工况作用下的结构变形和 构件内力分析; 4)施工阶段结构吊装过程的分析 2.2 结构单元 图2 游泳馆屋面结构单元 2.2 结构单元续 上图所示,屋面梁平面呈菱形井字形交叉,拱形 屋面梁跨中斜向交会点处设一根竖向撑杆,撑杆 下端为四根交叉的钢拉杆。 游泳馆共有8组斜向交叉拱形张弦梁结构单元。 屋面梁两端和交叉处沿纵向设五道梁,这样形成 稳定结构体系。 2.2 结构单元(续) 沿屋面横向每隔3m布置一道支承屋面压形钢板的 檩条。 箱型柱与树叉杆肢屋面梁刚接。馆两端设钢拉杆 柱间支撑。 游泳馆屋面结构平面图见图3。 游泳馆结构三维图见图4。 图3 游泳馆屋面结构平面图 游泳馆结构三维图 图4 游泳馆结构三维轴侧图 钢拉杆张力的确定 3.1 计算发现:8组钢拉杆张拉力相互影响较大,钢 拉杆张拉力值确定,主要由施工方法和施工顺序决定 的。 3.2 施工方法: (1)搭满堂脚手架,结构安装就位后,张拉钢拉 杆;该方法会引起调整8组钢拉杆的拉力次数多。 (2)地面结构单元张拉预应力,再进行结构拼装; 该方法地面张拉力值不宜过大,会出现结构上拱变形 3.3 调整8组钢拉杆张拉施工顺序 (1)先中间后两边。拉杆拉力收敛比较快。 (2)先两边同时向中间调整。拉杆拉力收敛次数 较多。 3.4 确定施工方法和顺序后,在使用各荷载工况作用 下,根据钢棒容许应力取材料标准值30~40%,钢棒 截面赋值后,复核结构变形值。 3.5 因跨度较小,在一种工况作用下,线性弹性计算 和几何非线性计算比较,结构变形值误差较小,因 此,本结构可采用了线性弹性计算的方法。 3.6 施工计算 3.6.1 钢棒预应力张拉是通过千斤顶张拉钢棒产生变 形,用卡链式扳手拧紧调节套筒使之跟进,实际效应 是缩短钢棒有效长度,同时使与钢棒连接的其他构件 产生协同变形。 3.6.2 结构找形计算 (1)目的 求解结构的一个形状,以保证拉索张拉完毕后, 其变形后的形状为建筑设计所给定的结构形状;找出 既满足建筑师的外形要求,又符合边界条件和力学平 衡的空间

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