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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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