弦支穹顶结构设计分析2

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1、弦支穹顶结构设计分析来源网络作者：彭添刘振华刘祥字发布于2012/12/2216:53:29评论(0)有16人阅读1工程概况三亚市体育中心(三亚市中等职业技术学校二期场馆)位于海南省三亚市，西临师部农场路，南接金鸡岭路，东靠东岸北路，北侧为技术学院一期工程用地，由体育馆、体育场、游泳馆三部分组成，是三亚市及职业学校新校区的标志性建筑群。体育馆总建筑面积12764．8m2，总座位2934席；屋盖覆盖面积6550m2，采用预应力弦支穹顶钢结构体系。游泳馆总建筑面积4621．3m2，337座，屋盖覆盖面积3700m2，采用焊接球空间网架结构。体育馆主馆钢

2、结构屋盖形状为圆形，直径为75．36m，屋盖矢高为8．288m；整个屋盖覆盖面积为3700m2。屋盖采用弦支穹顶结构体系。该结构体系由上部单层网壳和下部弦支索杆体系构成，上部单层网壳网格布置形式为Kiewitt型；下部弦支索杆体系以肋环型布置，设置3道环索，径向为钢拉杆；其中撑杆采用圆钢管，上下端铰接。该结构具有用钢量小、结构轻盈、钢结构构件截面类型少的特点。计算简图如图1所示。本工程索承单层网壳屋盖，除具有一般索承单层网壳的结构特点外，还具有以下特点。1)网壳矢高为8．288m，矢跨比为8．288／75．36=0．11。网壳矢跨比不大，屋盖刚度一

3、般，在施加预应力后，其网壳面外刚度有较大提高。2)屋盖结构与下部混凝土结构采用三向铰支座。3)在使用阶段，结构主要受力状况为：环向杆和拉索受拉，径向杆和撑杆受压。而在预应力张拉阶段，除索受拉外，网壳各杆件和撑杆均受压。4)在撑杆下节点处，撑杆、环索和径向钢棒的内力相互平衡，其中环索内力最大，撑杆内力最小。改动其中任何一个构件的内力，其他构件的内力也相应改变。5)索承单层网壳屋盖为圆球形，且各方向上的结构布置较为均匀，因此结构受力比较均匀，内力变化幅度比较小。6)对结构的构件布置情况及传力特点的分析得知，中心处由环向索、径向钢棒、竖向撑杆及钢管网壳组

4、成的屋盖可以作为一个自承重的结构受力单元；其内力通过外层钢管网壳传递至下一圈由环向索、径向钢棒、竖向撑杆及钢管网壳组成的结构单元，此单元不能自承重，而是通过与上一层结构单元联合组成能自承重的结构受力单元。整个屋盖通过此种受力形式，将内力由上至下、一圈一圈逐渐传递至最底层的支座处。2结构选型2．1弦支穹顶结构拉索与径向钢棒张弦梁拉索有3种规格，从外到内分别为Φ7×163、Φ7×73和Φ7×37高强度低松弛镀锌钢丝束，拉索有效截面面积分别为6276，2810，1425mm2，拉索抗拉强度为1670MPa，拉索锚具采用40Cr钢；径向钢棒为高强低合金钢，

5、外圈Φ75，内部两圈Φ45，屈服强度不低于550MPa。为了使受力更合理，将弦支穹顶的拉索锚固端节点设置在上弦截面的形心处，使拉索中的拉力由相交于一点的撑杆直接传递到弦杆上，同时也简化了拉索锚固端节点的构造。为了方便施工，张弦梁与撑杆间的连接采用了销轴式连接，索的布置如图2所示。   2．2弦支穹顶结构撑杆弦支穹顶结构撑杆布置如图3所示，材质为Q345一B。3荷载设计参数结构作用荷载有预应力、结构自重、屋面及马道悬挂恒载、屋面及马道活荷载或雪荷载、风荷载、温度及地震作用。3．1恒荷栽1)屋面：1．0kN／m2(不含结构自重)。2)马道吊挂荷载：1．

6、0kN／m2。3．2活荷载1)屋面：0．5kN／m2。2)马道：1．0kN／m2。3．3风荷载三亚市100年一遇基本风压为1．05kN／m2，建筑场地周围为B类地貌，结构的风振系数取为1．5。由于屋盖结构体型相对复杂，要获取准确的结构风压分布需要进行风洞试验。3．4地震作用三亚市抗震设防烈度为6度(0．05g)，地震分组为第一组，场地类别为I类。3．5温度作用使用阶段温差取±25℃。4弦支穹顶结构初始态计算由于结构形式的特点，初始预张力对弦支穹顶的内力和初始变形影响较大，如何合理确定初始预张力是索结构设计中的关键环节。本结构在分析时，综合考虑以下因

7、素：1)在各可能工况下，索应保持拉力，并有一定安全储备，且不超过规定的应力比。2)过小的预张力可能使索在某些荷载组合下退出工作，处于松弛状态。3)过大的预张力使索张拉施工不便。4)预张力不应使上弦构件产生过大的反拱值。5)过大的预张力会增加结构施工的难度。6)增加预应力可以增加下弦拉索的平面外刚度，但会增加上弦构件的轴向应力，对结构不利。在设计时，经过大量方案比较后，综合权衡多种因素，最终确定初始预张力控制值如图4所示，按照此控制值找形后，结构变形如图5所示，初始态下的计算结果如表1所示。   5弦支穹顶结构荷载态计算初始态分析完成后，按照荷载组合

8、进行结构的荷载态分析。结构荷载态分析时，构件中除拉索为索单元外，其他构件均为梁和杆单元。最不利荷载组合下结构变形如图6所示