上海南站屋盖钢结构.ppt

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1、上海南站屋盖钢结构分析同济大学罗永峰may20041建筑钢结构进展上海南站屋盖建筑造型may20042建筑钢结构进展1.1屋盖曲面形状屋盖平面：圆形，直径约276m。立面：由三部分曲面组成外柱和顶压环间--扁圆锥曲面，外径224.0m，内径32.0m，矢高19.187m。中央顶压环--直径32.0m，圆锥曲面。顶压环在主梁内端处升高2.6m，形成一突出圆锥面屋顶，矢高24.28m。外柱以外--边缘悬挑25.567m，形成边缘上翘的圆环曲面。1.屋盖概况may20043建筑钢结构进展1.2钢结构体系屋盖钢结构主梁18根，沿平面射线方向

2、均匀对称布置。梁的平面形状为二次分岔Y型梁，分岔点位于内、外柱处。梁在内柱以内部分设有下弦预应力钢棒和刚性撑杆。may20044建筑钢结构进展梁截面形式为沿轴线变截面（变截面尺寸但不变形状）的橄榄型薄壁闭口截面，在上下翼缘处分别用钢管和钢板加强。may20045建筑钢结构进展屋面檩条为圆弧曲杆钢管，连接于橄榄型主梁截面中线，檩条间距约3.832m。在半径为28.045m、46.699m、76.0m（内柱处）和112.0m（外柱处）处圆弧檩条旁增设直钢管檩条，称为主檩条。may20046建筑钢结构进展屋盖主梁间除檩条外，另设有4道X形

3、预应力钢棒索。梁间钢棒索既不平行于主梁，也不平行于檩条，均为Y型主梁分岔点处分支梁的反向延伸。may20047建筑钢结构进展may20048建筑钢结构进展屋盖结构下设两圈支柱：内圈柱分布在直径152.0m的圆周上，共18根φ650mm的钢管混凝土柱。外柱分布在直径224.0m的圆周上，共36根φ800mm的钢管混凝土柱，外柱沿圆周向两侧设有从柱顶到地面的斜向拉索，以保证柱子的侧向稳定。may20049建筑钢结构进展may200410建筑钢结构进展屋盖结构为主梁承重的刚性结构体系。主要受力构件为二次分岔的Y型主梁。主梁在内柱以内增设预

4、应力钢棒。该预应力钢棒在顶压环附近分岔成Y形并与其它梁下同样的Y形预应力钢棒相连。主梁间X形钢棒索形成各梁之间联系，将整个屋盖连为整体，钢棒布置均不通过屋盖平面形心。屋盖主檩条和X形预应力索传递拉力，使屋盖形成一个完备的抗扭、抗侧体系。屋盖顶压环将所有主梁的悬臂端连接在一起。在外柱与主梁连接节点中设置弹簧，用于减小温度变化引起的柱顶侧移及柱内弯矩，2.结构特点may200411建筑钢结构进展3.钢结构屋盖分析3.1Y型主梁的整体稳定3.1.1主梁计算模型计算梁段为外柱和顶压环之间梁段，与主梁相连接的檩条和钢棒简化为弹簧。may200

5、412建筑钢结构进展3.1.2主梁稳定性态主梁最小线性稳定系数4.959，为加劲肋局部失稳(前30阶均为内柱附近加劲肋失稳)，几何非线性稳定系数3.552，弹塑性稳定系数2.905。may200413建筑钢结构进展3.2外柱与主梁间合理弹簧刚度3.2.1影响弹簧刚度的因素影响弹簧刚度的因素：弹簧行程、柱顶侧移。由于构造限制，弹簧最大宽度70mm，行程35mm。柱顶侧移不能过大，否则柱端弯矩将很大。主索（即屋面交叉索）预应力大小对柱顶侧移和弹簧行程有影响但影响不大(但索退出工作，影响变大)。预应力大，屋面刚度大、整体性强，柱顶侧移和弹

6、簧行程小。但主索预应力大，施工难度大。弹簧刚度的确定应同时考虑索的作用。对最小主索预应力应有限制，要求索在设计荷载及常遇地震下不退出工作。may200414建筑钢结构进展3.2.2确定弹簧刚度的工况确定合理弹簧刚度和主索预应力，按不同主索预应力和不同荷载工况进行计算。考虑3种主索预应力和3种荷载组合，弹簧刚度的取值范围为2kN/mm~100kN/mm。确定合理弹簧刚度的计算内容荷载组合主索预应力弹簧刚度1.35*恒载+1.4*0.7*活载80MPa,100MPa,120MPa2~100kN/mm1.2*恒载+1.4*0.7*活载+1

7、.4*升温80MPa,100MPa,120MPa2~100kN/mm1.2*恒载+1.4*0.7*活载+1.4*降温80MPa,100MPa,120MPa2~100kN/mmmay200415建筑钢结构进展3.2.3理论计算合理弹簧刚度数值分析得出：1)影响弹簧刚度和行程的最不利荷载组合为“1.2*恒载+1.4*0.7*活载+1.4*升温”；2)主索预应力大小对弹簧刚度的影响不大；3)合理弹簧刚度为4.0kN/mm，此时在荷载组合“1.2*恒载+1.4*0.7*活载+1.4*升温”下，弹簧行程为33.3mm，不大于35mm。若弹簧刚

8、度小，弹簧行程将超出构造范围；若弹簧刚度大，外柱顶侧移大，柱底弯矩大。may200416建筑钢结构进展3.3合理预应力的确定3.3.1合理预应力的确定原则(1)屋面交叉主索和外柱斜拉索在设计荷载下均不退出工作；(2)屋面交叉主索和外柱