玻璃顶张弦梁结构分析及应用sap2000设计

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1、玻璃顶张弦梁结构分析及应用SAP2000设计、MIDAS复核的实例发布时间：2011-09-28【作 者】：姚定国薛强 【提 要】：通过对玻璃顶张弦梁结构分析，应用结构分析软件SAP2000进行了各种工况下的分析、同时应用MIDAS软件对其计算进行了复核，计算结果基本一致。 【关键词】：张弦梁结构、SAP2000、MIDAS    1、概述   本项目为玻璃顶张弦梁工程，跨度24.6米。   张弦梁结构（BeamStringStructure，简称BSS）的概念由日本M·Saitoh教授在20世纪80年代初首先提出，它得名于“弦通

2、过撑杆对梁进行张拉”这一基本形式，是杂交空间结构在大跨体系中的良好尝试。张弦梁结构是由上弦刚性拱（或组合桁架）、撑杆以及下弦柔性索组成的自平衡受力体系，其合理地将各种构件（抗拉、抗压、抗压弯）组合在一起，充分发挥了其各自的材料力学性能，因而整个体系具有许多良好的受力性能。例如，弦的预应力使结构产生反挠度，故结构在荷载作用下的最终挠度可以减小，从而提高结构的整体刚度。撑杆对抗弯受压构件提供弹性支撑，改善后者的受力性能。   本设计采用目前应用较为成熟的结构分析软件SAP2000进行了各种工况下的分析。根据相关规范验算了所有杆件在各种

3、工况下的强度、稳定及刚度等。同时应用MIDAS软件对其计算进行了复核，计算结果基本一致。    2、设计依据的规范及规程   1）《预应力钢结构技术规程》      （CECS212-2006）   2）《建筑结构荷载规范》      （GB50001-2001）（2006年版）   3）《建筑抗震设计规范》      （GB50011-2001）（2008年版）   4）《钢结构设计规范》      （GB50017-2003）   5）《建筑钢结构焊接与验收规程》      （JGJ81-91）   6）《钢结构工程施工与验收

4、规范》     （GB50205-95）   7）《钢结构工程质量检验评定标准》      （GB50221-95）    3、荷载计算   1）恒载   玻璃荷载及其计算：   17.5/1000×26=0.455kN/m2；   遮阳系统荷载：0.25kN/m2；   檩条荷载：0.13kN/m2；   排烟窗系统荷载：0.2kN/m2。   总计：0.455+0.25+0.13+0.2=1.035kN/m2；   2）活载   屋面：0.5kN/m2    3）屋面风载：   本结构为风荷载敏感结构，基本风压按百年一遇考虑，

5、基本风压为0.4kN/m2，地面粗糙类别B类计算。竖向T=S。   4）地震荷载：   按8度（0.2g）抗震计算，Ⅱ类场地。0.65×0.16的水平影响系数。   5）温度荷载：   本次设计对温度荷载取室外温度升高到43℃时温度工况，以及室外温度降低-30℃时温度工况。   6）预应力荷载：   以施加温度荷载的方式对下弦单元施加预应力，对张弦梁而言,保持下弦始终处于受拉状态是结构存在的必要条件。因此，对下弦拉杆所施加的预应力应保证在风荷载最不利工况下下弦拉杆仍处于受拉状态。   4、荷载工况组合   对于张弦梁结构，施工阶段

6、即施加预应力和自重阶段，其非线性较强，而在其他荷载条件（如恒载、活载、风载等工况）下，若上弦梁刚度不是很小或者预加应力不是很大时，一般认为张弦梁结构非线性因素的影响可以忽略。本设计中，对YT+ZD（自重加预应力工况）进行非线性分析，以该分析的终点刚度对结构进行模态分析，对其余工况（恒载、活载、风载等）进行线性分析。   1）YT+ZD   此工况为自重加预应力工况，其中YT为预应力荷载，ZD为自重荷载。在施工过程中非线性较强，对其进行非线性分析。分项系数均为1.0。此工况在施工预拱阶段，在各荷载施加时同时存在，分析时一并考虑。对张

7、弦梁结构而言，保持拉索始终处于受拉状态是结构存在的必要条件。对拉索施加足够的预应力是一种有效的措施，但屋架的张拉一般在拼装台上进行，在此阶段，拉索的预应力在克服结构自重后起拱并处于受张拉状态。   2）YT+ZD+1.0D+0.5L   此工况主要用于控制结构施工完成后张弦梁的最终位形，其中D为恒荷载，L为活荷载。由于计算的活载较为保守，对其乘以0.5来计算张弦梁的最终位形。   3）D+L   此工况主要用于控制张弦梁结构的挠度，其中D为恒荷载，L为活荷载。   4）1.2D+1.4L+1.0（-TEMP）+1.32（YT+ZD

8、）   此工况为张弦梁竖向最大受力工况，其中，D为恒荷载，L为活荷载，-TEMP为室外温度降低到-30℃时温度荷载，YT+ZD为自重加预应力工况。《预应力钢结构技术规程》（CECS212-2006）3.2.1节可知，预应力分项系数γpi对结构有利时