二次分叉空间张弦结构研究与设计.pdfVIP

第九届全国现代结构工程学术研讨会 二次分叉空间张弦结构研究与设计 陈彬磊胡正平赵楠 郑蓉军 梁晋武 (nRmt#**ⅢR％．#目lC啪,i4) 提妻t=次分叉张弦结构在大跨度圆形平面建筑实施，具有受力合理、制造拼装简便和运输方便等优点．是建筑外形与受 力的较好鲒音，有自好的应用价值和广嗣的应用前景．车文以m西舍展中心钢屋盖为倒，解决T分叉张弦结构的杆 件选型、静力分析、模志分析、整体稳定分析、抗倒塌分析和张拉方案等等的介绍％讨论，为这一黉大跨度空间铜 结构I程的设计提供借鉴。 关键诃：=冼分z．张弦结构，预应力，空间结构，整体稳定分析．抗倒塌分析．张拉方法 十年来，关于张弦结构的文献及大型工程．矩形平面布置大型张弦结构得到了空前的发展，如上海浦 东国际机场、广州国际会展中心、啥尔滨国际会展体育中心“1、国家体育馆等。关于圆形平面实施张弦结 构，国内外还鲜有报导。本文以山西会展中心为背景提出一种分叉张弦结构．能构很好的结合圆形的建筑 造型。 一、屋盖结构选型比较 球面屋盖结构选型，大致有三类。 第一类是刚性结构，例如网壳或管桁架结构(圈I一2)。其受力性能好，刚度大，是适用于中、太跨度 建筑屋盖的一种较好的结构型式。缺点是曲面外形增加了屋盖表面积和建筑空间，节点处理、支承结构和 加工制作均较复杂。随着六维数控技术的发展，管桁体系应用广泛。网架和阿壳的生产近三年己趋于平稳 状态，每年建造1500座，约250万平方米；空间管桁架，2001年建造20座，60万平方米。 羲 图1双层网壳简图 图2管桁架简图 第二类是柔性结构，车辐式柔索结构与索穹项(圈3-4)是其之典范，它构思巧妙、受力合理。结构中 存在的一个或多个应力回路，防止了应力流失，使结构能够通过预应力得到刚化：大量预应力钢索的应用， 充分利用了钢材的抗拉强度，结构效率极高。目前处于发展阶段，用量还不大，专家预计每年将以2095的 速度增加。其中大型的车辐式柔索结构自工人体育馆起，有些应用，但大型索穹顶结构中国还空缺。 Tn建筑20∞增刊 第九届全国现代结构工程学术研讨会 图3索穹顶简图 图4车辐结构简图 第三类是半刚性结构又称为杂交结构(图5～6)，是一种介于刚性和柔性结构之间的组合形式【如31，既可 以通过改变纯柔性构件的性质构成半刚性的弦支穹顶；又可以是由刚性体系和张拉柔性体系组合而成分叉 型张弦结构。弦支穹项与分叉张弦结构，刚性元件与柔性拉索共同组成自平衡的受力体系。国内目前已经 建成的大型弦支穹顶有9项竣工，且有论文发表。 图5弦支穹顶简图 图6分叉张弦结构结构简图 考虑到杂交结构同其它类型结构形式相比，受力明确，杆件标准化，材料加工方便，可以批量化生产， 国内施工成熟，且施工周期相对较短。上部结构设计同时着手展厅基础施工，上部结构与外墙装修相继进 行。弦支穹顶一般与单层壳整合，杆件数量较多。二次分叉空间张弦结构能够直接实现建筑外形，杆件较 少，且受力明确，施工方便。最终结构定为二次分叉空间张弦结构。 二、工程概况 中国(太原)煤炭交易中心是省政府确定兴建的五大公益基础设施项目之一，位于长风商务区北侧， 占地面积592亩，总建筑面积一期10万平方米，投资7．9亿元，设有煤炭交易中心、会展中心、展览中 心及商业、服务配套设施等。为了贯穿“向前弥补50年的空缺，向后确保50年不落后”的理念，设计中 围绕会展分区做了周密的安排，也给结构设计增加了相当大的难度。本文将介绍屋盖钢结构体系的设计。 会展中心工程由北京市建筑设计研究院独立设计。 会展展厅总建筑面积为4．5万平方米。太原会展中心屋盖钢结构为环形(图7—11)，内径42m，外径约 颗，内外柱距89m，整个屋盖结构由径向布置16根大跨度空间二次分叉的张弦结构支撑，分叉间距约30m。 基础选型为桩基础。地震、风荷载产生的水平力通过主梁、钢索传递到柱顶。无论地震或者风荷载产生的 水平力