国家大剧院钢壳体施工支撑体系抗风、温度应力及稳定性分析

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1、第五届全国现代结构工程学术研讨会国家大剧院钢壳体施工支撑体系抗风、温度应力及稳定性分析赖达东罗尧治提要国家犬剧院铡壳体施T支撑体系结构为螺栓球月架结构。其中外圈两道拼装平台同辈结柯体型太，高宽№人，本立对其进行佩荷找和％度分析。并目分析m度盘化对结构变位的影响灵敏度，研究T设置结构温度缝与吾对结构受力和变位的影响。对网桨结掏的整体稳定性进行7分析研究。关键自桁架式网架．抗A#析，％度戍力．温度鳢．整体稳定性，初始缺陷一、削吾国家大剧院钢壳体结构为趔大犁空间钢结构，钢壳体安装用的支撑结构绛综合考虑后，选择桁架式螺栓球网架掣一构作为其支

2、撑结构(刚I，2)。支撑网架包括独立的=部分，11顶环粱网架(简称SO)外嘲尺寸为74x42m：2)第道拼装平台网架(简称S1)的外围尺、r为184079x120660m，3)第二道拼装平台网架(简称s2)的外闺尺q为122705x83188m。其中sl、s2网架为封闭的竖向网架，厚度4m．网架顶标高分别为236m、356m。、本文着重分析风荷载、温度及整体稳定性对结构的影响。通过对网架结构在风荷载和温度应力下的强度和变形的分析计算，保证田家太剧院钢壳体施工时对支撑结构变位的精度要求，确定安装时对结构变位的精确调整。分析了设置温度缝

3、和不设置对结构的影响。另外，采用非线性全过程分析，研究了阿架结构的整体稳定性。二、结构抗风分析图1网架支撑结构平、立面由于Sl、s2网架为高宽比大的环状结构，风荷载的取值计算有其特殊的～面。风荷载按规范公式计算，风荷载标准值∞=—虬Ⅳ：‰(1)工业建筑2005年增刊第五届全国现代结构工程学术研讨会按荷载规范，北京地区基本风压‰=o．45KN／m2。s1、S2网架没有围护结构，体型系数以按钢结构桁架的体形系数取值，即∥肼=rp／z，，其中伊为档风系数，经计算本网架结构的档风系数伊为0．1。本文考虑正北风向水平风为最不利风荷载。由结构的

4、特点，正风面网架的体型系数从=1．3，所以∥。=0．13。鉴于Sl、S2网架的特点，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，风振系数∥按规范公式JJ口：1+—Cv—。p,(2)。∥：式中，按结构的迎风面较大考虑，脉动增大系数f=2．119(插值取得)；脉动影响系数y=0．40：由此，可以得到按高度变化的风荷载取值。S1、s2网架节点风荷载取值如表1。表1S1、s2网架按高度变化的节点风荷载＼●j弋510152030纪O．05O．17O．380．601．Opz0．740．841．0081．061．191．441．6l1．85缈(ra

5、V／m210．0460．0520．0620．079O．108计算得到的水平方向位移模态如图2、3所示一图2s1网架的水平向位移图(放大)图3s2网架的水平向位移图(放大)三、结构温度分析考虑结构的正温差为+30度，负温差为．20度。S1、S2网架在正负温差荷载下的变形如图¨所示。图4正温差的位移图(放大)图5负温差的X、Y方向位移图(放大)工业建筑2005年增刊22l第五届全国现代结构工程学术研讨会图6正温差的x、y方向位移图(放大)图7负温的x、y方向位移图(放大)四、温度荷载对结构变位的影响灵敏度分析由于四季温度变化的不定性，每

6、天实际由温度荷载引起的结构位移也不确定。本文除了考察全年和一天温度变化对结构的影响外，另分析不忙司温差荷载下结构的位移以及单位温度荷载对结构变位的影响。Sl、S2网架结构在4种不唰温差荷载下的位移和由此推测的单位温度荷载产生的位移分别如表2。表2S1、s2网架不同温差荷载下的位移Sl网架不同温差荷载下的位移S2网架不同温差荷载卜^的位移温差x方向Y方向z方向温差x方向Y方向z方向(℃)(ram)(mm)(ram)(℃)(ram)．15．5．6．21．320．5．15．16．939．930．4．20．7．2．26．822．5．20．1

7、9．4．42．132．3．25．9．1．32．325．1．25—2I．944．335．1．30．10．9．37．927．8．30．24．446．538．2单位温差F单位温差的位移一O'35．1．10．49．O．50．44O．52下的位移五、稳定性分析s0网架结构由于采用桁架式满堂网架，结构整体性好，一般不存在整体失稳问题。故由静力线性计算分析设计即可满足要求。．．对于Sl、s2网架，考察结构屈曲特征值，特征值入是根据线性分析得出的一个保守的屈曲荷载放大倍数参考值。．表3列出了各荷载工况下网壳结构特征值。。～表3S1、S2的结构屈曲特

8、征值-T况组合静+活静+活+风Sl38．64I37．3959S237．35537．046根据空间网格结构技术规程，初始几何位移缺陷(曲面形状的安装偏差)对各类空间网格结构的稳定性承载力均有较大影响，应在验算中考虑。节点安装位置偏差沿空