钢筋混凝土空间薄壳结构案例.doc

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1、个人收集整理勿做商业用途钢筋混凝土空间薄壳结构圆顶结构案例分析姓名：章名路班级：建筑121　学号:2012012３65指导老师：韩景玮个人收集整理勿做商业用途1.北京老山奥运自行车馆（1)项目简介北京２０08奥运会老山自行车赛馆位于北京石景山区老山街，屋盖采用双层球面网壳结构,覆盖直径14９．5３6m，矢高14.６9m,矢跨比约为l／１0，表面积约为1８　240　ｍ2.网壳支承于倾斜人字形钢柱及柱顶环形桁架之上,柱顶支承跨度为l33.06m．沿周边外挑8.238m,网壳厚度2．8ｍ,为跨度的１/47．5.屋盖以金属屋面板为主,中部设玻璃采光带.钢结构总用钢量为204

2、0ｔ，合1１2ｋ∥ｍ2，其中双层球面网壳用钢量约７0kg，m２（２)结构形式网壳通过2４对人字型柱支承于沿周边均匀分布的24根钢筋混凝土柱柱顶，人字型柱柱顶设置钢结构圈梁,利用网壳外挑部分设置圈梁桁架。钢筋混凝土柱柱顶标高＋7.15ｍ,网壳最高点标高+35．49m。网壳采用四角锥网格，最大网格尺寸为4.96m×4．24m,厚度２．８m。以四角锥网格为主，径向网格32个,最外圈环向网格96个，向内经多次缩格使网格大小均匀,网壳杆件采用圆钢管截面,钢管规格为矽114×4~矽20３×12,节点为焊接空心球节点，规格为D３０0×１2一D6０0×个人收集整理勿做商业用途24(

3、加肋）．球面网壳周边通过环形桁架支承于人字形钢柱柱顶，环形桁架由4根环梁通过腹杆连接而成全部采用圆钢管截面,其中网壳上、下弦周边的３根环梁截面为>500×16，人字形钢柱柱顶环梁截面为>1２00×20，环梁与腹杆及与人字形钢柱均采用钢管相贯节点相连．人字形钢柱沿环向倾斜设置,共24对,其截面为>l　200×18的圆钢管,柱脚采用铸钢球铰支座节点,如右图所示.除柱脚铸钢节点钢材为Gｓ一２0Mn5Ｎ外,室内钢结构钢材为Q３４５B,室外则采用Ｑ345C，以确保低温下的材料性能.(３)计算模型网壳结构设计中假定所有节点为铰接节点,杆件为轴心受力的空间杆单元，采用空间杆系有限

4、元法进行分析,分析模型如图５所示.采用空间网格结构设计软件ＴｗｃＡD和通用有限元分析软件ＡＢAQUS进行结构分析，以便相互校核. 个人收集整理勿做商业用途（４）荷载分析由于网壳矢跨比较小,在结构自重、屋面恒载、吊挂荷载及屋面活荷等竖向荷载作用下，网壳将产生较大的水平推力．由于人字形钢柱柱脚采用了可以转动的铸钢球铰节点，该水平推力主要由沿网壳周边布置的刚度很大的环形桁架承受，钢柱仅受轴向压力作用，减小了钢柱及下部混凝土结构的负担．风荷载以风吸力为主,风荷载作用下结构的内力及变形与竖向荷载作用效应相反,并使环形桁架受压、人字型钢柱柱脚节点受拉.由于结构体型较大,设计中考

5、虑了温度荷载效应,温度变化根据北京当地的气候情况取为一２０~枷℃．分析表明,温度变化时，结构可以自由地发生较大的温度变形（见图6)而不产生温度应力，升温至“0℃时，结点最大水平位移为26．9咖．由于半跨雪荷载将使结构产生反对称变形(见图7)，因此，对半跨雪荷载进行了补充分析．与满跨活荷载作用相比，在半跨雪荷载作用下,大部分杆件应力有所减小或基本不变，仅无雪荷一侧跨度三分点附近个别杆件应力略有增大.总的来说,不对称分布的雪荷载对该网壳结构的设计不起控制作用.      (5)点刚度对结构性能的影响由于环梁连续设置、环梁与人字形钢柱采用钢管相贯节点连接,节点刚度较大．设

6、计中简化为节点铰接的杆单元与实际情况不完全相符,尽管一般情况下忽略节点刚度使结构整体设计偏于安全，但节点局部由弯矩引起的次应力可能导致节点失效,危及整体结构的安全；同时,节点刚度可能限制整体结构“自由地”个人收集整理勿做商业用途发生温度变形而引起较大的温度应力．为了考察节点刚度对结构性能的影响，将环梁及人字形钢柱假定为梁单元，补充进行了在竖向荷载和温度荷载作用下的结构分析.在竖向荷载作用下,网壳大部分杆件应力有所降低,只有与环梁直接相连的个别杆件应力有所增大，且增大幅度很小；网壳上、下弦周边的3根矽500×1６的环梁中剪力、弯矩及扭矩等引起的次应力很小，基本可以忽略

7、不计;人字形钢柱中剪力、弯矩及扭矩等引起的次应力也较小，且人字形柱本身设计应力很低,经验算,人字形柱应力仍满足设计要求；柱顶环梁(西１200×2０)受力性能类似于多跨连续梁,在与人字形柱相连的节点处有较大的弯矩作用,使该节点处环梁应力有较大幅度的增大,达到220　ＭPa以上，虽满足设计要求但应力偏高,因此,结合人字形钢柱与柱顶环梁相贯节点的设计,在该节点处外包等厚度补强钢板、内衬肋板，如图1１.一方面满足节点受力要求，另一方面可以有效降低该处环梁应力。ﻭ(6)结论老山自行车馆屋盖采用的带人字型柱的双层球面网壳结构概念清晰、传力明确、应力分布合理，具有良好的抗震性