大跨度预应力钢屋盖体系设计、施工全过程分析

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1、第幸绪论14拉2O176O—110—ll2—113．50．43423l拉305093180102322．41—109．459拉404133662330_8】411．45．1l】一5l5拉l22043829l25092018．51．113．55l缈7@口写7孵／／}ttl(b)实际采用的②③④①的施工方式图I-6浦东国际机场的预张力施工1．22预张力钢结构施工过程计算分析与传统的设计计算的区别虽然传统钢结构有时也需要进行施工过程的分析验算，但是由于其刚度较大。在线性范围内进行简单计算就能得到满足结构安全度的结果。大跨度预张力钢结构则不然

2、，这种施工过程分析计算上的差别主要体现在两个方面。首先大跨度预张力钢结构一般都是体型比较大，刚度比较柔的结构，在分析中可以归为大位移小应变的弹性问题来分析，需要采用非线性有限单元法来求解。其次，对于施工过程计算本身来说，不同的施工阶段和施工内容对应不同的结构图式。按照结构施工的不同阶段，从计算模型的角度分析，结构体系在动态变化——结构构件的增加和减少，支座约束的增加，减少或者改变，杆件铰接的变化，荷载的增加和减少，预张力的施加等等——这些都导致了结构超静定次数不断变化，结构内力和位形的不断变化，而且每一步施-d一第一。啦绪论丁过程计算

3、必须在上一步施工过程计算所的到的内力和位移的基础上进仃才能确保结构的安全度。传统的结构设计计算只足对最终结构在殴计理想状态进行。1．3发展与研究现状13．1张拉结构的历史与展望川f7][8张拉结构伴随着人类的进步而发展，同样有着悠久的历史。早在数千年前，人类的祖先所建造的帐篷式住宅便是现代索膜结构的雏形：山区的古人用竹索将竹竿串起系于大树问，横跨于小河溪上的吊桥，俨然一位现代大跨度悬索桥的“鼻祖”；而护城河上攻守兼备的可开启的城门不就像个古代的“斜拉式可开启结构”吗?!然而，张拉结构被看作一种现代意义上的结构形式，并加以科学、系统的研

4、究、设计与应用却都是近几十年事情。自二次世界大战后，伴随着经济的发展，对建筑物的造型和适用都提出了更高的要求，借助期间高强度材料的开发使用、计算机的应用、结构分析方法的进步、连接技术的改进以及施工手段的提高，这一古老的结构得以焕发崭新的生命力。世界上第一个现代悬索屋盖是美国与1953年建成的Raleigh体育馆，采用两个斜放的抛物线为边缘的鞍形正交索网。1956年瑞典建成世界上第一座现代斜拉桥Stromsund桥。六十年代，美国和德国又相继出现了最早的气承式房屋。自七十年代起，张拉结构在荚、日、德、英等国进入了大规模的实用阶段，这些国

5、家陆续建成了一批规模宏大、形式新颖、技术先进的大型空间结构。进入八十年代，美国结构工程师Geigcr在张拉整体(Tensegrity)体系这一概念基础上，提出了由索、膜及压杆组成的索穹顶模型与设计方法．并成功的将这一体型优美的结构运用于多个大型工程，为张拉结构家族再添一生力军。目前世界上最大的体育馆式1996年美国亚特兰大奥运会主馆，其屋盖为235mX186m的佐治亚穹项，采用拟椭圆形穹顶膜结构的形式。我国的张拉结构的发展始于五十年代末，当时建造的直径为94m的采用圆形双层车辐式屋盖的北京工人体育馆和外径80mX60m的采用椭圆形的案

6、形索网架结构的浙江人民体育馆，都达到了当时国际上较先进的水平。此后进二十年间，发展进入了停滞期，直至八十年代开始，张拉结构才在我国重新进入了良好的发展状态，工程实践有了较大的增长，结构形式趋向多样化，理论研究也逐渐配套，并针对我国的国情在具体的实践方面作了不少的尝试和创新，取得了不少令人欣慰的成绩。但就总体而言，我国在张拉结构方面的科研开发能力与世界先进水平相比，还有相当大的差距。纵观张拉结构的发展历史，其总体的发展趋向于更大的跨度和无柱覆盖面及，这必然对技术方面提出了更高的要求。目前阶段，取长补短充分利用各类结构的优点的杂交结构将会

7、是主要的创新途径，而具有主动适应环境能力的开含结构也为大跨度房屋的设计带来了新的挑战。I．3．2国内外研究概况(9】[‘0】【11】[12心】随着张拉结构工程的日益增多，国外对这方面的研究也趋于成熟，但是由于国外文献大都没有公开发表其核心部分内容，许多还是以专利形式存在，因此国内学者的部分相关研究人处于探索阶段。从可参阅的资料来看．日前国内外对张拉结构在结构分析方面的研究，主要归纳为以下几个方面：①材料性能研究节一章绪沦索f内材料比较单，土要是钢索，近年束出现了由高分子材料合成的新’避的尼龙材料，冈成水过高，尚未在幽内有大的应用。②成

8、形分析张拉结构受茼前的预麻力初始j陡态确定问题始终足张拉结构发计mt的一个关键问题，目前T程羿已应用较多的形：帙判定方法何：力密度法，动力松弛法，极小曲面法和广义逆法。儿rI，，前两种方法在柔性结构的形状确定分析中运用最