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1、第3卷第2期Vo.l3No.22011年6月Jun.2011大跨度钢结构屋顶方案分析与思考吴云缓(上海江欢成建筑设计有限公司,上海200070)摘要大跨度钢结构屋顶建筑因为结构形式不同,很大程度上影响建筑造型和经济造价。本文结合会展中心结构方案的建立和设计,探讨了大跨度空间结构的两组结构形式的对比和优化。文中采用合理的结构内力来表现建筑外形的设计手段对同类建筑的实施具有一定的参考价值。关键词大跨度;结构体系;巨型桁架;索结构中图分类号TU393.3文献标识码A文章编号1674-7461(2011)02-0075-04中心将是集
2、国际会议,办公,购物,休闲,娱乐为一体1前言的综合性建筑。功能复杂,建筑造型新颖别致。其中主体结构国际会展中心,跨度很大,近220m,对设计,拟建工程杭州国际会展中心位于杭州市西南部,六合塔下的钱塘江畔,东倚320国道及钱塘江,西临特别是结构设计提出了巨大的挑战。结构体系的合宋城和美国城景区,北靠之江大道,环境优美,地理位理与否,不仅是决定工程造价的关键因素之一,而且置优越。根据业主的要求,未来的杭州西湖国际会展直接决定着建筑意图与功能能否实现。图1杭州国际会展中心建筑方案效果图作者简介吴云缓(1968-),女,副主任工程师,
3、一级注册结构工程师。从事空间结构设计。76走进工程整个结构的骨架有四榀大跨拱形成,其空间图2建筑思想形如图4所示。该项目委托曾经设计上海大剧院的法国夏邦杰建筑事物所进行建筑方案设计。根据功能要求,会议中心的主体空间跨度约:纵向约220m,横向126m,脚支座33m,高75m。外观造型犹如巨大的蝴蝶,展翅欲飞,如图1所示。初始阶段,建筑师并没有给出具体的方案。这样,虽然对结构工程师来说,有较大的自由设计空间,同时也提出了一个大难题:如何构成这个蝴蝶?蝴蝶躯干如何形成?蝴蝶翅膀怎么展开,飞舞?躯干与翅膀如何连接,而且连接得牢固?从
4、力学原理出发,要求结构尽可能得简洁明图4结构空间布置图了,传力途径越简单越直接越好。这样,又往往与建为了形成蝴蝶身躯,两个梭形体不能太靠近。筑思想有冲突,但最终结构是为实现建筑意图服务这样,整体侧向水平刚度将成为薄弱环节。两个梭形的。这一对矛盾在本项目中显得尤为突出。体之间的联结,也成为结构体系的一个难点之一。3结构体系梭形体屋面横切面为下悬线,纵切面为上凸圆弧线。结构的侧面玻璃幕墙以竖向受力构件将外边拱基于上述特点和建筑构思,经过思考分析,渐大与地连,从而形成一个整体。屋面体系,侧面承力渐趋向于:在平面上采用两个220m50
5、m的梭形体体系及巨拱体系有多种方案。经过可行性分析研究,并排连接成一个蝴蝶,如图2所示。每个梭形体认为有两种方案比较具有综合优势,分析如下:有两个巨型拱组成,呈张开口的蚌壳形,脊背朝下,3.1刚性结构体系(方案一)口朝上,从侧面看象倒人字形,如图3所示。方案一中4个巨拱为空间钢桁架形式,与地面铰接,主要承受压力,是整个结构的竖向支撑体系。侧面幕墙为悬挂体系,玻璃幕墙的结构构件从外边巨拱上悬挂下来,与地面铰接,主要受拉和受弯,抵抗水平风载和幕墙的动荷载,并起到整体稳定作用。屋面结构体系由横向的下凹工字钢及纵向和斜向支撑杆组成,形
6、成空间单层曲面网架。整个结构模型见图5。图5刚性结构:空间桁架+悬挂体系巨拱的曲线形状需要考虑两方的要求:一方面是功能空间的建筑造型,另一方面是结构受力的合大跨度钢结构屋顶方案分析与思考77理性。前者要求呈椭圆形,对后者的要求则悬链线(2)巨型桁架由平面桁架和平面外起稳定作用最为理想,可以使巨型桁架的各个断面只受压力。的斜撑组成空间立体钢桁架;为了兼顾两者,方案定为介于抛物线与圆弧之间的(3)屋面结构体系由横向的工字钢及纵向和斜一个形状曲线。参见图6。向钢管组成,形成空间单层曲面网架;本方案采用SAP2000有限元程序进行了分
7、析,(4)玻璃幕墙结构骨架荷载由屋面外边巨拱负考虑了竖向荷载和横向风荷载的组合。由于处于6担,此时与地面竖向滑动铰支座连接。而玻璃部分度抗震设防烈度地区,暂时不考虑地震作用。计算荷载则由外边巨拱与地面共同负担(也就是与地面分析采用了如下假定:固定铰支座连接)。(1)4大巨型桁架与地面固定铰支座连接;分析结果如表1:图6巨型桁架曲线找形比对表1刚性方案计算分析结果按建筑方案外形建模接近合理拱轴建模矢高(H)75.3m76.6m跨度(L)214.7m219.5m1.屋架主体结构(4大桁架+檩条等)2.玻璃幕墙骨架安装,山墙地面处为
8、竖向滑动支座(屋面板同时施工)(竖向荷载全部由屋顶桁架承重,施工步骤3.玻璃幕墙骨架和屋面板完工后,山墙地横向荷载由拉索提供抗侧力)面处滑动支座固定成为铰支座4.安装玻璃及其他CASE屋面自重DL1(骨架自重*+屋面板)(115*+30)kg/m2(115*+30)kg/m2
