中跨度体育馆屋盖结构选型研究

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1、中跨度体育馆屋盖结构选型研究摘要：本文对内蒙古某屮学体育馆屋顶结构，提出了张弦梁和网架两种结构方案，通过对这两种结构方案的结构性能和经济性的比较，最终得出了对于该种中跨度结构具体哪种结构方案更为合理的结论。关键词：张弦梁、网架、索屮图分类号：TU245.2文献标识码：A文章编号：一、工程概况内蒙古某中学体育馆屋盖，为短轴35米，长轴48米的正椭圆形。周围向心布置18根800X800混凝土柱，最大柱距11米。抗震烈度7度。屋面恒载1.0KN/m2,活载0.5KN/m2o由于考虑屋盖结构跨度偏大，因而提出张弦梁结构和网架结构两种结构方案

2、，本文将对这两种结构方案的结构性能和经济性进行比较。张弦梁结构方案张弦梁结构顾名思义，最初是由“将弦进行张拉，与梁组合”这一基本形式而得名。随着对张弦梁结构的深入理解及对其受力特点的探究，又出现其它形式。但各种形式张弦梁结构在组成上具有共同点，那就是均通过撑杆连接抗弯受压构件（如梁，拱）和抗拉构件（如弦）。所以张弦梁结构暂定义为：用撑杆连接抗弯受压构件和抗拉构件，通过在抗拉构件上施加预应力，减轻压弯构件负担的自平衡体系。张弦梁结构形式多样，考虑到本工程楼盖为椭圆形的特点，结合柱子位置，美观等诸多因索，最终采用了辐射式张弦梁结构。辐射

3、式张弦梁结构是由中央按辐射式放置梁,梁下设置撑杆，撑杆同环向索或斜索连接。辐射式张弦梁结构，具冇力流直接，易于施工和刚度大的优点。结构模型如图一。图一辐射式张弦梁结构模型该方案采用9棍平面张弦梁结构辐射式排开，固定于18根混凝土柱子顶端，椭圆中心以一个刚性环连接，使结构整体变为变形协调的空间张弦梁结构。各棍张弦梁之间以环梁和斜撑相连。张弦梁与混凝土柱子及中心环的连接边界条件均为刚接。索预拉力为lOOOKNo结构计算采用有限元分析软件SAP2000进行分析计算，并用MIDAS进行结果校核。失高的彫响首先采用失高为2m,垂度为l・5m的

4、模型进行结构试算。结果表明，挠度超出规范限值。改用失高为2.5m的模型进行计算。结果如图二，图三。最大挠度为77mm,满足要求。SAP2000的计算结果与MIDAS的计算结果基本一致，均为77mm左右。结构的变形特征同样一致，都表现为接近椭圆长轴端部的挠度最大，这是符合力学原理的。结果表明，失高的改变对整体结构挠度有很大影响，同样条件下，失高越高，结构受力性能越合理，各杆件利用越充分，挠度越小。但山于建筑美观的限制，最终确定失高为2.5mo图二SAP2000计算2.5m失高挠度图图三MIDAS计算2.5m失高挠度图梁截面的影响梁截面

5、的大小对该结构除了对应力比、挠度及屈曲系数有影响外，还对结构的自振周期有影响。对结构进行模态分析后发现，当长轴方向梁加高，而其它梁不变后，结构的第一自振周期由平动变为扭转。这是由于结构刚度分配不平衡导致的。因此，在对结构进行调整时，不能仅对长轴梁进行截面加大，而应考虑到空间结构的整体性，对其它梁的截面予以一定程度的放大，避免扭转发生。撑杆的影响撑杆在张眩梁结构中对抗弯受压构件提供弹性支撑，从而使张弦梁结构达到内力自平衡。撑杆数目变化的影响，主要体现在对构件内力的影响±o撑杆数目的增加，使构件内力减小。因此，撑杆的增加对优化构件内力是

6、有很大贡献的。但同时，山于撑杆的存在，给结构带来了撑杆失稳的情况，结构第一屈曲模态表现为撑杆失稳。这需要通过调整整体结构刚度,改变撑杆截面，改变预拉力，或将平面张弦梁结构变为张弦桁架等形式的空间张弦梁结构，已解决撑杆失稳的问题。经济性在方案调整过后，最后得到的符合各项指标的计算模型，用钢量达到60公斤/m2。再加上拉索的费用，以及施工费用，整个顶子的造价在100万左右。经济指标方面非常的不合理。因此，出于经济性的考虑，最终这版方案被淘汰，未能继续深化进行下去。结构本身方面尚未解决的问题在结构调整到最后的计算模型后，结构本身仍冇很多方

7、面的问题还未解决。首先，结构第一屈曲模态表现为扭转。在多次调整梁高或预拉力，以及改变斜撑布置后，仍未能得到很好的解决。最后考虑，这种扭转屈曲有可能是由于对钢索均等施加预拉力造成的，可以通过施加不平衡预拉力尝试解决。英二，中心环的影响。在调整过程中，中心环的大小和刚度，对屈曲系数冇一定影响。通过加大中心环，改善了屈曲模态，但过大的中心环木身也存在失稳或对结构整体性能进行削弱的情况。因此，具体什么规格的中心环最为合理，还未得出很好的结论。其三，结构本身梁的截面过大，造成用钢量大增，并•且非常不美观。这就需要调整结构形式，提出更为合理的诸

8、如张弦网壳之类的新型空间结构形式加以解决。张弦梁结构的适用范围张弦梁结构由于其结构形式简洁，富于建筑表现力，因此是建筑师乐于采用的一种大跨度结构体系。从结构受力特点来看，山于张弦梁结构的下弦采用高强度拉索，其不仅可以承受结构在荷载作用