长春国际会展中心斜拉索桁架钢结构设计研究.pdfVIP

建筑结构分会20C}|6年年会学术会议论文 2006年 长春国际会展中心 斜拉索一桁架钢结构设计研究 谢阳 葛家琪王树徐兆熙 (中国航空工业规划设计研究院北京10t】011) 【摘要】 长春国际会展中心屋盖采用预应力斜拉索一桁架钢结构体系，桁架主跨63m．塔柱、斜拉索．桁 架相互影响．关系复杂，设计难度较大。通过误差分析，设计中将斜拉素简化为线弹性直线杆单元模型． 通过温度应力模拟索初张力，采用通用有限元分析软件，考虑包括温度变化在内的各种荷载工况，进行结 构整体分析和索张拉施工过程分析。提出了斜拉索的名义胡张力和实际初张力的概念并进行讨论-可供类 似张拉结构工程参考． [关键词】预应力钢结构斜拉索一桁架斜拉索力学模型预应力温度模拟名义初张力 实际引张力 张拉施工分析 1 工程概况 长春国际会展中心位于长春市经济开发区，是长春市政府为适应当地日益增跃的会 议、展览需要而投资建设的，总建筑面积4．2万平方米，主要由5个展区沿弧线依次排列 而组成，各展区间由连廊相通，结构上设缝相互脱离。该工程屋盖结构为预应力斜拉索一 倒三角形钢管担贯焊立体桁架，上铺压型钢板屋面。 该工程2000年3月开始进行设计，2001年初建成．当时国内已建成的斜拉索一桁架建 筑较少．该工程结构具有一定先进性。 该工程建筑造型重点突出塔柱一斜拉索结构，充分体现结构的挺拔和力度，建成后已 成为当地标志性建筑，多次召开重要会议并常年举办大型展览，取得了很好的经济和社会 效益。该工程获2003年度教育部优秀设计二等奖。 工程照片见图l，2。 谢阳．男．1970．2出生．工程硬士．高级工程||iIi 建筑结构分会2006年年会学术会议论文 2006年 图l、图2 2 结构布置 该工程屋盖钢结构布置简述如下： B、C、D区除连廊外平面布置相同，为7榀63m+21m高低跨桁架，枉距9m。3个塔柱 ·104 建筑结构分会2006年年会学术会议论文 2006年 平面上间隔布置于高低跨桁架交点处，塔柱高36m，3根拉于63m跨桁架跨中上弦中点的主 斜拉索和3根拉于21m跨桁架边支座的平衡斜拉索分别锚于每根塔柱顶。 63m跨桁架高3m，上弦间距3m，上弦杆为0244．5x12，下弦杆为中323．9x16。跨中主 斜拉索为55m‘5：21m跨桁架高1m，上弦间距1．5m．上弦杆为中139．7x5，下弦杆为139．7x8， 平衡斜拉索为6l◇‘5。高低跨桁架端头均设加强边桁架；63m跨桁架跨中设上弦水平支撑。 塔柱由4根m245钢管混凝土、间距650mm组成格构柱，塔柱本身高21．5m，其下为钢筋混 凝土柱。21m跨桁架边支座柱(平衡索下锚点)因承受较大拉力，采用中500钢管混凝土柱。 结构上弦平面见图3，1-1剖面见图4。 E区与B、C、D区不同之处是单榀为63m+22m+63m三跨桁架，主拉索对称布置，平衡 索采用127中‘5，对称交叉布置于塔柱所在桁架平面内，下端锚于塔柱底混凝土柱内。每个 塔柱项分别挂3根主拉索和l根平衡索，结构上弦平亟见图5，2-2剖面见图6。 ＼ o—j@J——————蔓g——一一“ 。 日j ’ 爱二二皿u } I＼i }1／} ：{ 口 l——一一-； {{＼{ l： d ，j} ～， ．c{＼～； }{—一一} {j≥?————E 11 I一一一I； 『}＼{ f-，、 ， r ¨ 』jI 1) d }7 {＼～兰j f上—一～。、 、， 1。 J， i一一／i{ !{＼} }；n — nl T、 I=， 3—————里盟—一一÷—墨旦一扣———鲤QL———‘旦三- 105· 1基遵 建筑结构分会2006年年会学术会议论文 2006年 ?．． 。∑一?一一一．一奠I■． 兰二 3 斜拉索的力学模型简化 斜拉索以承受轴向荷载为主，横向荷载(主要是索自重、裹冰荷载以及索自身风荷载) 一般不大。但是横向荷载的存在，使索的真实形状不再是一根直线，而是有垂度的曲线(在 均布横向荷载作用下，索的准确形状为悬链线)。 在工程中，为简化计算分析模型，一股将斜拉索处理成几何线性、弹性的直线不可压 杆单元。其力学模型的误差简单分析如下： 1)弦向分力与切向轴力的误差(直线简化的误差)： 斜拉索索端轴力理论上应是其切向轴力N，工程分析中将索简化为直线，}{=|其弦向分 力T代替。见圈7。 ·106 建筑结构分会2006年年会学术会议论文 2006年 图中f为跨中竖向垂度，口为索弦线水平夹角。定义垂跨比，z=f／L。假定横向荷 载为索自重。根据平衡条件，并略去”的高阶小量．可解得： Ⅳ 二一1=4n sin口 r 由上式可见。斜拉索弦向分力与切向轴力的误差与垂跨比和索的水平夹角正弦成正 比。当n=0．01时，误差小于4％。 由于建筑工程中斜拉索总是带应力工作，垂跨比一般均控