一个球形建筑物的结构设计方案探讨

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1、特种结构990408特种结构SPECIALSTRUCTURES1999年第16卷第4期Vol.16No.41999一个球形建筑物的结构设计方案探讨高娃　石东升摘要　本文介绍了一个球形建筑物的结构设计。重点介绍了结构方案的选择及内力计算方法。关键词　球形建筑物　结构设计　内力计算DiscussionaboutaGlobularBuildingConstructionDesignGaoWaShiDongsheng(ArchitecturalEngineeringDept.,InnerMongoliaPolytec

2、hnicUniversity)ABSTRACTInthispaper,thestructuraldesign(Includethestructuralstyleandinternalforcecalculation)ofaglobularbuildingisintroduced.KEYWORDSGlobularbuildingStructuraldesignInternalforcecalculation　　一、建筑方案概述　　如图1所示，是内蒙古工业大学能源研究所自然能源村的展览中心。该建筑位于呼和浩特市北

3、郊，呼包高速公路以北。本建筑选择了形似太空工作站的球体造型，为了摆脱周围树木对建筑物的遮挡，又将其用3根斜柱托出地面6m，以便于远处观赏。万方数据file:///E

4、/qk/tzjg/tzjg99/tzjg9904/990408.htm（第1／5页）2010-3-239:36:45特种结构990408图1　　　　　　　　　　图2　　建筑物球体直径为12m，内部分为2层。第1层为设备层，第2层为展览大厅，如图2。球体中心，从地下实验室到球体内第2层楼板处，有一根中空柱，作为设备管道井。整个建筑物中部有一圈外窗，

5、厅中无柱，以保证使用功能。　　建筑物外型由16根经向肋和7根纬向肋构成，肋截面形状为长梯形。建筑物总造价要求控制在30万元以内，工期3个月。　　二、结构设计方案选择　　1.根据上述建筑方案要求，结构设计方案选择有以下几个困难：　　(1)建筑物投资少，工期短，选择方案时既要考虑经济性，又要照顾工期，应尽可能选择施工速度快，造价低的结构形式。　　(2)结构传力途径复杂，整个球体重量由3根斜柱支撑，柱脚推力大。　　(3)该建筑物形体复杂，主要由曲面和曲杆构成，不符合建筑模数，施工难度大，设计时须考虑施工的方便与可能

6、。　　2.结构方案选择　　根据工期、造价要求及设计难度，拟定了以下5种方案：　　(1)钢筋混凝土现浇方案　此方案拟采用钢筋混凝土现浇全部球体(包括肋)，此方案优点是整体性好，变形小，易于防水装修，但施工工期长，异型模板及脚手架用量大，施工费用高；结构重量大，加剧柱脚推力，故不宜采用。　　(2)全钢爆炸球方案　此方案采用钢球爆炸成型技术，将球体成型后，再进行焊接、切割等装饰处理，这种方法虽说施工简便，但钢材用量大，造价高，不宜采用。　　(3)钢筋混凝土装配式后加预应力方案　此方案将经、纬向钢混凝土肋全部分段预制

7、，拼装后施加预应力。此方案考虑全现浇异型模板用量大的缺点，将现浇混凝土改为预制，由于构件种类有限，采用预制件模板可以重复使用，减少模板费用。装配结构整体性差的不足，可采用沿经向纬向施加后张预应力的方法给予弥补。此方案施工工期短，钢材用量少，结构变形小，但施工难度大，吊装设备占用时间长，总造价仍偏高，不易采用。　　(4)钢构架方案　本方案将经向、纬向肋作为承重构件，由钢构架焊接而成，球壁挂GRC轻型保温板，钢构架由机械厂加工成形，由建安公司进行拼装。此方案施工工期短，不需模板，施工难度小，结构自重小，保温性能好

8、，但钢材用量较大。　　(5)钢网架方案　此方案是用球型钢网架构成整个球体，然后外挂墙板及装饰肋。此方案用钢量小，结构轻巧，但不易满足建筑物上开门窗和外形装饰的要求，加之网架造价高，异形杆件多，加工工期长，所以该方案总体造价也较高，不宜采用。　　三、结构的力学模型及内力分析　　这里重点讨论实际设计所选方案(4)的内力计算。　　本建筑由钢结构和钢筋混凝土结构两部分组成，下半部分是钢筋混凝土结构，由3根斜柱支撑一个环梁构成，上半部分是钢结构，由16根经向肋和7根纬向肋纵横交叉形成空间杆系。下半部分的钢筋混凝土结构计

9、算较为简单，限于篇幅这里不予讨论。上半部分钢结构计算可按弹性薄壁空间理论分析，可以采用有限元法或有限条法，这样得出的结果精确，但计算复杂、工作量大，而且需要大型计算机和专用软件，不容易实现。　　考虑到该结构荷载比较简单，主要为竖向荷载，即结构自重。水平风荷载很小，万方数据file:///E

10、/qk/tzjg/tzjg99/tzjg9904/990408.htm（第2／5页）2010-3-239:36