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

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