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3700

2、m2，采用焊接球空间网架结构。体育馆主馆钢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

3、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

4、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Φ

5、7×37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，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

6、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：1．0kN／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

7、．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)

8、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