无锡新桥镇文体中心大跨钢结构屋盖设计与分析.pdf
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1、 年 月第 卷第 期?年 月第 卷第 期中 文 引 用 格 式:梁 俊,张 永 胜,刘 杰,等无 锡 新 桥 镇 文 体 中 心 大 跨 钢 结 构 屋 盖 设 计 与 分 析 特 种 结 构,():英 文 引 用 格 式:,():无 锡 新 桥 镇 文 体 中 心 大 跨 钢 结 构 屋 盖 设 计 与 分 析梁 俊张 永 胜刘 杰刘 伯 霞江 苏 省 建 筑 设 计 研 究 院 股 份 有 限 公 司南 京摘 要:本 工 程 大 跨 钢 结 构 屋 盖 采 用 正 交 正 放 桁 架 结 构 布 置 形 式,长 轴 跨 度 约 为,短 轴 跨 度 约 为,钢 屋 盖 与 下 部 混 凝 土
2、 结 构 之 间 通 过 单 向 或 双 向 活 动 球 形 支 座 连 接。本 文 主 要 对 钢 屋 盖 的 基 本 设计 参 数、结 构 体 系、支 座 布 置 及 选 型 等 进 行 了 介 绍,对 整 体 结 构 模 态、钢 屋 盖 设 计 控 制 指 标、复 杂 相贯 节 点 应 力 及 结 构 动 力 弹 塑 性 等 进 行 了 分 析。模 态 分 析 表 明 结 构 在向 和向 的 刚 度 较 为 接 近,结 构布 置 相 对 合 理;采 用 和两 种 软 件 分 别 对 整 体 模 型 和 独 立 屋 盖 模 型 进 行 包 络 设 计,给 出了 屋 盖 钢 构 件 应 力
3、比 指 标 和 不 同 标 准 工 况 下 的 挠 度 计 算 结 果,各 项 指 标 均 满 足 规 范 要 求;复 杂 相 贯 节点 应 力 分 析 采 用 了和 软 件 协 同 工 作,该 方 法 相 较 于 传 统 的 节 点 有 限 元 分 析 方 法可 快 速 高 效 地 进 行 节 点 应 力 校 核;动 力 弹 塑 性 分 析 结 果 表 明,最 大 弹 塑 性 层 间 位 移 角 满 足 规 范限值 要 求,大 震 弹 塑 性 时 程 基 底 剪 力 是 小 震 弹 性 基 底 剪 力 的 倍,地 震 作 用 在 合 理 范 围 内,反应 出 结 构 整 体 耗 能 能 力
4、较 好。关 键 词:大 跨 钢 结 构 屋 盖支 座 选 型设 计 控 制 指 标节 点 应 力 校 核动 力 弹 塑 性 分 析:牞 牞 牞 牶 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 牞 无锡新桥镇文体中心大跨钢结构屋盖设计与分析梁 俊张 永 胜刘 杰刘 伯 霞?牶 工 程 概 况本 工 程 位 于 江 阴 市 新 桥 镇 飞 马 水 城 片 区,地上 建 筑 包 括 文 体 中 心 面 积、太 极 研 究院 面 积,配 套 用 房 面 积。地 下 车 库 面 积。本 文 主 要 以 文 体 中 心大 跨 钢 结 构 屋 盖 作 为 设 计 和 研 究 对 象。图为 文 体
5、 中 心 建 筑 鸟 瞰 图 和 人 视 图。文 体中 心 地 上 共 六 层,平 面 呈 椭 圆 形。一、二 层 层 高为,三 层 层 高 为,四 层 层 高 为,五 层 层 高 为,六 层 层 高 为,其 中 三 层 局 部 错 层 为,结 构 总 高 度。图为 文 体 中 心 建 筑 平 面 及 长、短 轴 剖 面 图。图 文体中心建筑效果 图 文体中心建筑平、剖面图(单位:)(:)主 要 设 计 参 数 恒 载 与 活 载恒 载主 要 包 括 结 构 自 重、屋 面 附 加 恒 载()、下 弦 附 加 恒 载()、检 修马 道()、斗 屏 自 重();不 上 人 屋面 活 荷 载取 ,
6、下 弦 平 面 活 荷 载取 。风 荷 载基 本 风 压 按年 重 现 期 取 ,地面 粗 糙 度 为类,风 荷 载 体 型 系 数按 建 筑 结构 荷 载 规 范 ()(以 下 简 称 荷规 )表 第项 计 算,本 工 程 拱 形 屋 面 矢 跨比 ,取,在风 向 和风 向 角 下,屋 盖 风 荷 载 体 型 系 数 分 块取 值 如 图所 示,风 压 高 度 变 化 系 数按 屋 盖最 高 点 计 算,取,风 振 系 数 参 考 广 东 省 标 建 筑 结 构 荷 载 规 范()中第 条 以 及 相 关 文 献,中 关 于 风 振 系 数 的研 究 结 论,本 工 程 风 振 系 数 取,
7、最 终 风 荷 载按 照 荷 规 第 式 计 算。图 屋盖风荷载体型系数 ()雪 荷 载基 本 雪 压 按年 重 现 期 考 虑,取,屋 面 积 雪 分 布 系 数参 照 荷 规 表 中 第项 和 第项,按 照 均 匀 分 布 及 不 均 匀 分 布 等 四种 情 况 考 虑,如 图情 况 所 示。本 工 程 屋盖 坡 度约 为,为,跨 度取 短 轴 长 度,情 况、中取,情 况中,雪 荷 载 按 照 荷 规 第 条 计 算。年 月第 卷第 期 图 屋盖积雪分布情况 温 度 作 用根 据 气 象 报 告 当 地 最 高 气 温,为,最 低 气 温,为;合 拢 温 度 区 间 的 量 化 取值
8、考 虑 为 在 最 高、最 低 的 基 本 气 温 区 间 按的 比 例 划 分,中 间的 区 间 值 即 为 合 拢 温 度区 间。因 此,结 构 的 最 高 初 始 平 均 温 度 为,最 低 初 始 平 均 温度 为,;所 以 结构 的 升 温 工 况:,降 温 工 况:,温 度 作 用 直 接 施 加 于 结 构 杆件 上。地 震 作 用本 工 程 设 计 工 作 年 限 为年,结 构 安 全 等级 为 一 级,结 构 重 要 性 系 数 为取;抗 震 设防 类 别 为 乙 类,抗 震 设 防 烈 度 为度,设计 地 震 分 组 为 第 一 组,场 地 类 别 为类,特 征 周期 为,
9、钢 屋 盖 独 立 模 型 阻 尼 比 取,整体 结 构 模 型 取,钢 结 构 屋 盖 抗 震 等 级 按 照 建 筑 抗 震 设 计 规 范(年 版)()(以 下 简 称 抗 规 )中 表 钢 结 构 房屋 抗 震 等 级 确 定 为 四 级。主 要 设 计 荷 载 组 合 工 况本 工 程 设 计 荷 载 组 合 主 要 包 括 以 下大 类,如 表所 示。恒活风温 工 况 为 本 工 程 强度、稳 定 及 变 形 的 主 要 控 制 工 况。表主 要 设 计 荷 载 组 合 工 况 项 目组 合 工 况组 合恒活 ()恒风 恒活风 ()()恒风雪 恒温 恒风温 (或)(或)恒活温 ()
10、(或)(或)()恒活风温 ()(或)(或)()()()()()恒活地 震()(或)()()()()注:其 中为 恒 载 工 况,和分 别 表 示 活 荷 载 和 不 上 人 屋 面活 荷 载,为 风 荷 载 工 况,为 雪 荷 载 工 况,和分 别 表 示温 升 和 温 降 工 况,、和分 别 表 示、向 水 平 地 震 作 用和 竖 向 地 震 作 用。钢 屋 盖 结 构 设 计 与 分 析 结 构 体 系本 工 程 整 体 屋 盖 平 面 形 似“鱼”的 造 型,由“鱼 头”和“鱼 尾”两 部 分 组 成。由 于 建 筑 造 型 设计,布 置 网 架 结 构 实 现 不 规 则 平 面 相
11、 对 困 难 且 网架 螺 栓 球(焊 接 球)数 量 较 多,节 点 自 重 大,现 场施 工 难 度 大;网 壳 结 构 平 面 外 整 体 稳 定 性 问 题 突出,不 适 合 对 挂 载 有 较 大 需 求 的 屋 面;张 弦 结 构轻 盈 可 实 现 较 大 程 度 的 跨 越,但 张 弦 结 构 适 合 边界 条 件 较 为 规 则 的 情 况,且 高 空 施 加 预 拉 力 和 锚固 相 对 困 难。平 面 钢 管 桁 架 结 构 简 单,跨 越 性好,水 平 刚 度 大,承 载 能 力 强,施 工 工 艺 成 熟,大 跨 度 管 桁 架 相 较 网 架 可 减 少 用 钢 量,
12、且 本 工 程桁 架 下 弦 因 建 筑 功 能 需 要 设 置 检 修 马 道 及 吊 挂 斗屏,最 终 综 合 考 虑 建 筑 造 型 及 功 能 特 点,采 用 平面 正 交 管 桁 架 结 构 体 系,增 加 结 构 的 整 体 稳 定 性和 主 桁 架 平 面 外 稳 定 性。钢 屋 盖“鱼 头”部 分 主 要 采 用 正 交 正 放 平 面 钢管 桁 架 结 构 体 系,由榀 主 桁 架 无锡新桥镇文体中心大跨钢结构屋盖设计与分析梁 俊张 永 胜刘 杰刘 伯 霞?和榀 次 桁 架 以 及 辅 助 桁 架组 成,短 轴 方 向 为 主 桁 架 受 力 方 向,跨 度 为 不 等,长
13、轴 方 向 为 次 桁 架 受 力 方 向,跨 度 为 不 等,因 屋 面 呈 椭 球 形,每榀 桁 架 无 法 统 一 尺 寸,上 弦 杆 件 呈 弧 形,桁 架 矢高 ,矢 跨 比 约 为,屋 盖 通 过 设置 水 平 支 撑 提 高 结 构 整 体 刚 度 同 时 保 证 水 平 力 的传 递,图为 钢 屋 盖 三 维 示 意 图。图 钢屋盖三维示意 钢 屋 盖“鱼 尾”部 分 由榀 桁 架 为 放 射 状 设 置,桁 架 跨 度 约,高 度,环 向 设 置 三 道 稳 定 桁 架 ,“鱼 尾”结 构 布 置 相 对 简 单,本 文 不 再 赘 述。图为 钢 桁架 立 面 图。表给 出
14、钢 屋 盖 主 要 构 件 截 面 规 格,材 质 均 为钢。图 钢桁架立面(单位:)(:)表钢 屋 盖 主 要 构 件 截 面 规 格 构 件 选 型 构 件 名 称构 件 规 格主 桁 架上 弦 杆 下 弦 杆 腹 杆 次 桁 架上 弦 杆 下 弦 杆 腹 杆 水 平 支 撑上 弦 支 撑 下 弦 支 撑 支 座 布 置 及 选 型钢 屋 盖 与 下 部 混 凝 土 结 构 之 间 通 过 设 置 单 向或 双 向 活 动 球 形 支 座 连 接,支 座 放 置 于 混 凝 土 环梁 之 上,支 座 设 置 原 则 为 主 桁 架 或 次 桁 架 一 端 固支 另 一 端 单 向 滑 动,
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