抗风索双层张弦梁结构受力分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会抗风索双层张弦梁结构受力分析徐巧云(北京工业大学建筑工程学院．北京100022)白正仙(北京工业大学建筑工程学院．北京100022)摘要：对设置抗风索的双层张弦粱结构进行了参数分析，探讨了下弦内外索垂度变化、抗风索高度变化对结构受力性能的影响；分析比较了设置抗风索和未设置抗风索张弦粱结构的抗风性能，得到前者抗风效果显著的结论。关键词：抗风索，双层张弦粱．参数分析一、引言双层张弦梁结构是一种新型的张弦梁结构形式．该结构形式是在张弦梁结构下弦布设两道索，在保证结构受力合理的基础上有效地减小了下弦垂度，

2、增大了室内空间；同时在相同工况以及相同垂跨比、矢跨比等参数下，双层张弦梁结构的杆件内力小于普通张弦梁结构，故在一定程度上弥补了普通张弦梁结构的不足⋯“’。目前张弦梁结构的屋面通常采用轻质屋面，屋面质量较轻。当风荷载较大时，由于结构坡度较小，风荷载体型系数为向上的风吸力。较大的风吸力作用容易抵消屋面恒载，使张弦粱结构承受向上的分布荷载作用，从而导致上弦受拉，下弦受压，这样容易使下弦索松弛而退出工作。而下弦索是影响张弦梁结构受力性能的关键因素，因此，必须采取一定的抗风措施。目前，张弦粱结构的抗风措施主要有以下几种：①对上弦配压重法。

3、增大下弦预应力法。设置锚拉索法@布设抗风索法。本文采用在双层张弦粱结构上部布设抗风索的方法，对抗风索施加一定的预应力，使其在风荷载作用下参与工作，抵抗风荷载。二、静力性能分析(一)参数的选用本文模型采用跨度129Ⅲ，上弦为倒三角截面的桁架结构，下弦设置两道索，桁架上部设置抗风索。计算分析时，上弦桁架视为杆单元，下弦拉索以及抗风索视为索单元。．双层张弦粱结构桁架上弦采用的截面为：上弦截面为0457×14，下弦支座杆件截面为m480×25，下弦中间杆什截面为巾480x19；双层张弦粱结构下弦拉索采用m7×397高强度低松弛拉索。结构

4、所受的荷载具体取值为：恒荷载：20．7kN／m；风荷载：∞。=(0．75～1．35)kN／盯，∞z=(O．469～O．8442)kN／Ⅲ，(分左风、右风)：活荷载：O．5l【N／m。考虑以下几种工况：‘表1：工况表工况荷载组合!工况l1．2恒荷载+1．3全跨活荷载工况21．2恒荷载+1．3半跨活荷载]：况31．2恒荷载+1．4风荷载l工况41．2恒荷载+l4风荷载2(二)计算分析1、结构下弦索垂跨比改变对结构的影响下弦外索垂跨比变化时，桁架上弦、下弦、位移及索应力变化情况见图卜图4。下弦内索垂跨比变化时，各指标变化情况见图5一图

5、7。下弦内外索垂跨比都变化时，各指标变化情况见图8一国10。工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会i司盛i：lj凰1．；j；

6、＼：3～＼竭。圈到团；拾；习恻；壅№№图5l韶}弦图6下弦内索垂跨比增大时，桁架上下弦部分杆件轴力减小，内索间的桁架杆件轴力增大；结构位移有小幅度的减小：内外索应力变化不大；结构的水平、竖直位移和内外索的索应力也随垂跨比的增大而减小，但效果并没有外索垂跨比对位移和索力的影响明显。474工业建筑2007增刊一图篁主旦全里墨垡丝塑三里兰查堡塑叁，司藤．}习溷i胡釜!司屈i寻恻‘刘霞瀚’割团汀幽q

7、、一；1I==I盈2自j幽”。J．工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会3、抗风索对结构的影响(1)布设抗风索对结构的影响(图15一16)’}蚕妻‘，。‘i争要一骞S彩’：j：·义铟屈罚例利1476

8、烈：j∑．力图20图21工业建筑2007增刊兰主堕叁里堡垡堕塑三塑兰查堡堕叁在工况l、工况2下，增加抗风索的高度对结构的桁架轴力影响很小；抗风索高度增大会使结构的位移和下弦内外索的索力有小幅度的增大。当风荷载较大时，抗风索的高度对结构影响较大。抗风索的高度越高，在相同荷载作用下的水平和竖直位移也较抗风索低的结构的位移小

9、；下弦索的应力也有一定的减小。因此，在张弦梁结构上部设置抗风索以更好的抵抗风吸力的作用，更有效的发挥结构的抗风性能。(3)工况3与工况4下结构的反应(见图22—23)。量VR目*羹中荷吐(b】图22集中自筑岫】图23风荷载体型系数会出现左右不对称的工况(建筑结构荷载规范6．2．3)，这样会造成结构受不对称风荷载作用即工况4。不对称的风荷载对结构的索应力影响较大，随着风荷载的增大，索应力和结构的位移的变化较大；且风荷载越大，前者的不利作用更加突出。可见，工况4对结构更为不利，采取设置抗风索的方式来抵抗风荷载是非常必要的。四、结论本

10、文对设置抗风索的双层张弦梁结构进行了不同工况作用下的受力分析和参数分析。布设抗风索的双层张弦粱结构是一种新型的结构形式。在张弦桁架上部布设抗风索，在较大的风荷载作用下，能够有效地抵抗风荷载的作用，弥补了张弦粱结构抗风性能较弱的不足。它进一步丰富了张弦梁的结构形式