大跨度变截面空间钢拱支承的整体结构的研究.pdfVIP

第七届全国现代结构工秤学术研讨会 大跨度变截面空间钢拱支承的 整体结构研究 李晓字 陈志华 (天津丈学建筑工程学院．天津300072) 摘要：以呼和浩特白塔机场航站楼为工程背景，重点分析了犬跨度变截而空间钢拱支撑的整体结构的安伞性能、力流、地 震响应：明确丁该结构体系的可靠性、力的传递方式以及传递路径以及该结构件系对地震效应的敏感性，为该结构体系的应 用提供理论依据。 关键词：大跨度，变截面钢拱，安全性，力流，地震响应 一、引言 白塔机场新航站楼的整体结构(图1)由主拱、中心拱、腹杆、连梁、屋面粱等构件组成。主拱为两 榀变截面箱型构件，落地长度205．44m。两榀拱脚距离50．4m，拱硕距离12Ⅲ，主拱最高高度40m， 拱与地面成64度角。主拱与沿纵向中心拱、两边纵向联系梁、横向屋面梁、斜腹杆构成两个连体宁间三 角形桁架，形成了稳定的守问结构。整个屋面悬挂在主拱上。 主拱平面内半径约141．1m，拱截面采用下大上小的变高度箱型截面，由钢板焊接而成，翼缘宽度 1．4m不变，截面高度由1．8m至1．4m渐变，壁厚25mm，在拱的自身斜平面内呈圆弧型。 心曲粱位于屋盖中间沿纵向的曲梁．采用800x800x20mm的箱型截面，其两端设置了落地支架将水平推力 传到下部结构，充分发挥钢结构与混凝土结构各自的优越性。 图1航站楼效果图 ． 新航站楼工程作为自治区的重要工程之一，建筑设计独特，结构体系新颖，整个屋面悬挂在主拱上， 而且整个主拱全部裸露在室外，温度对它的影响不可忽视，笔者通过有限元软件ANsYs建模分析这种新 型结构的安全性、力流以及动力特性。 二、计算模型建立 考虑大厅、连廊、指廊以及下部一层混凝土结构的共I司作用，应用有限元程序ANsYs，建市整个航 工业建筑2007增刊 第七届全国现代结构工程学术研讨会 站楼的三维图形，全真模拟结构的实际受力状态。完整的模型如(图2、3)所示：计算假定”11 撑离散化为空间铰接的Beam“单元； · 一 (2)节点连接形式与实际连接方式一致，主拱、中间曲梁、柱子采用刚性节点，屋面梁、腹杆、支 撑、檬条与结构连接采用铰接点； (3)梁柱以及其他钢结构构建材料本构模型假定为理想弹性材料，符合HoOKE定律； (4)所有结构单元均采用三维空间杆系单元，结构模型为整体三维空间模型。 图2航站楼三维实体整体模型 图3航站楼大厅上部钢结构三维实体整体模型 三、结构静力分析 在整个变截面空间钢拱支撑的屋面当中，主要受力构件是两个变截面空间斜钢拱，屋面荷载都将通过 腹杆传递给钢拱，所以对整体结构的力流分析以及钢拱的安全性能研究显得尤为重要。 (一)荷载条件 1．恒荷载： ．屋面板重：0．50足_】v，m2(钢结构自蓖，由程序根据截面大小自动计算)。 2．活荷载：050KⅣ，m2。 3．风荷载： 基本风压： 0．55删，一(n-50年)地面粗糙度B类； 风荷载按《建筑结构荷载规范》(GB50009．2001)计算： ’ 垠=∥：。∥。‘∥：，wo． 风压高度系数：口，=1．42(B类，H=30m)： 体形系数：Ⅳ。按规范中表713．1第18、19项取值。 4．雪荷载： 基本雪压： O。40删，m2(n《0年)。 屋面均布活荷载与雪压不同时考虑 ’ 5．地震作用： 选用地震规范为： oB5001l一2肿1抗震规范； 地震验算方法； 振形分解反应谱法： 抗震设防烈度为： 8度，设计基本地震加速度值为0．29： 地震类型为： 多遇地震， 设计分组为： 第一组； 场地类别为：II类。 6．温度作用： 考虑