新型张弦梁结构研究与应用.pdf

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1、第三届全国现代结构工程学术研讨会新型张弦梁结构研究与应用马克俭1张华刚1肖建春1张朝辉2张健3(1贵州工业大学空间结构研究所．贵阳55m032贵州铝业实业有限公司设计院．贵阳5500003江苏天地钢结构集团公司，徐州221004)摘要：张弦梁结构定义为“用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件而形成的自平衡体系”。目前国内采用张梁和张弦桁架的工程均遵循定义的内含，即弦通过撑杆对梁或立体桁架进行张拉。新型张弦梁结构是将常规的管式梭形钢桁架的钢管下弦以钢索取代，弦通过竖杆和斜腹杆对梁或立体桁架进行张拉而形成的自平衡体系，新型张弦结构的优点是节点构

2、造简单，施加预应力简单易行造价低，本文通过平面尺寸42mXl05．8m的实际工程予以介绍。关键词：新型，张弦梁，工程实例×一、概述(一)张弦梁结构的基本定义和研究现状张弦梁结构简称“BSS”(BeamStringStructure)，由日本大学M．Saitoh教授首创，并定义为“用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件而形成的自平衡体系”。这是一种平面体系的张拉整体结构的基本体系，它的特点是最大限度地处于连续的张力状态，撑杆(即压杆)只是一个个孤立的单杆，张力索通过压杆组成具有预应力自平衡的结构体系。索、杆组合后张拉形成张拉整体结构，索、杆、

3、梁组合后进行张拉，即形成结构自平衡的张弦粱结构体系。张弦结构的上弦由梁改变为空间立体桁架，则空间立体桁架即为“抗弯受压结构”，形成“张弦桁架”，使张弦结构能够跨越更大的跨度，张弦桁架的出现，显示我国在张弦梁结构的领域内的开拓与创新，广卅l国际会展中心126．6米的大跨度张弦立体桁架工程的建成应用，给予工程技术人员一个启示：张弦梁不是一种固定不变的结构模式，她有待人们去开拓，创新，开发更多的新型张弦梁结构形式。目前国内外对张弦结构研究工作并不太多，在张弦梁结构计算方面，有张弦梁简化分析方法，采用梁元，杆元和索单元由虚功原理推出的非线性问

4、题的一般平衡方程，考虑几何非线性有限元公式和采用逆迭代法确定张弦梁结构的形状，分析方法也日趋成熟。在张弦梁结构的节点构造，施工步骤和施加预应力的方法方面也作了不少工作，但仍有不少问题有待更好地解决。(二)张弦梁结构受力过程的几种状态上世纪末，在上海浦东国际机场航站楼的进厅，售票厅，商场等处，分别采用了支点水平投影长度为49．3n、82．6m、44．4m和54．2m的张弦梁结构，该工程填补了国内的空白，倍受工程人员的关注，此项工程张弦梁屋盖的基本几何图形如图1所示，它由上弦钢梁，下弦。^旧女墨—Tz+受用撑杆’⋯_____士_呻l二。I

5、。。j下选拳张弦梁结构简图钢索和受压的钢撑杆组成，张弦梁的受力过程中的几个工作状态是掌握张弦梁工作原理的关键所在；1)零状态结构在成形之前，要根据设计的节点坐标(x，Y)在放样的工作平台放样，此时结构无预应力称之为零状态。2)初始状态1；工业建筑2003年增刊f．．图+B杜．第三届全国现代结构工程学术研讨会根据放样尺寸建立预应力时，结构平躺在放样台上，由两端张拉，此时结构自重并非面内力，下弦索在张拉时使撑杆均为压力，但轴向压力值是不相同的(对称杆除外)；初始状态1使结构产生变形，如图1虚线所示位置，此亦为张弦梁的基本几何形状。图1中的

6、上述节点A和下弦节点B分别表示如图2a和图2b中，两者均可视为理想的铰接连接，图2a张弦粱上、下弦节点构造⑦@吲黑．，@够"¨1张拉是在张弦梁两端进行，随着张拉力的建立同时，上、下节点铰处，沿拉力方向产生摩擦带动撑杆，以上弦较为中心，撑杆为半径，左右摆动，同时随着张拉力的加大，撑杆将沿张弦梁上弦方面移动，如图1虚线所示位置，形成上、下弦受拉，撑杆受压的自平衡结构体系。初始状态1是张弦粱成形的关键所在，它既要控制撑杆的摆动，又要允许结构沿上弦方向平移，建立预应力时对张弦梁各个节点应采取辅助的构造措施，确保张拉后形成设定的形状的自平衡结构

7、体系，这给施工带来一定的难度。3)初始状态2；成形后张弦梁结构，将由平躺位置扶直，并在设定的吊装设备下吊到安装位置，初始状态2此时承受结构自重，预应力同时要考虑吊点的数量和位置，根据施工方案从一端向另一端滑动施工或直接吊装就位后，用缆绳固定安装柃条和支撑屋面部份自重，即出现形成初始状态2。(三)荷载状态在初始状态2的基础上，考虑其他与屋盖相关的设计荷载的各种工况。上述几种受力状态下，结构的位移自然也伴随产生，即由零状态几何变化到初始状态1产生的初始状态位移和在初始状态的基础上，由外荷载作用后产生的相对初始状态位移的荷载位移。初始状态1

8、的预应力分布决定了零状态的几何放样尺寸，如何放样，如何保证建立预应力时达到施工图纸所要求的几何尺寸亦是结构成形关键问题。二、新型张弦梁结构为了推广和发展张弦梁结构，使此类结构易于为一般钢结构施工单位所掌握；为了减少上弦轴