中国航海博物馆新型预应力杂交结构设计综述研究.pdfVIP

第四届全国预应力结构理论与工程应用学术会议论文集·综述 中国航海博物馆新型预应力杂交结构 设计综述 李亚明周晓峰焦瑜宋剑波张月楼吴景松 (上海建筑设计研究院有限公司，上海200041) 摄要位于上海临港新城的中国航海博物馆，采用钢结构与单层索网杂交的新型预应力结构体系。单层索 网做为南北向玻璃幕墙的支承结构，不仅营造出通透、晶莹的建筑形态，更重要的是单层索网的预 应力使仅在一点相连的东西侧的钢结构壳体协同工作，共同抵御静、动力荷载的作用。本文将重点 研究索网预应力大小及分布对结构静、动力性能的影响，以及该类新型预应力结构体系的关键节点 设计。 关键词新型预应力结构；单层索网：节点设计 工程概况 位于上海临港新城的中国航海博物馆，是上海新一代标志性建筑，特别是其位于三层混 凝土建筑屋顶的中央帆体建筑给人以强烈的视觉冲击力。昭示着新世纪中l虱走向海洋的雄心。 中国航海博物馆的建设也为2010年上海世博会场馆的建设提供了宝贵的经验(图1)。 中国航海博物馆中央帆体建筑的基本 体系由风帆屋面，单层索网玻璃幕墙以及边 侧玻璃幕墙等3部分构成。它犹如两张仅在 一点上相互接触的弯曲的风帆。这两张风帆 有3个独立的呈三角形的端点。大型的透明 的弧形立面玻璃幕墙将建在两张风帆之间。 该结构总高度大约将为58米(至风帆顶端)。 每个三角形风帆的底部两支点间间距大约 为70米。两张风帆的交叉点也就是立面最 ．一 高点大约离地40米。弧形立面玻璃幕墙各 图1 中国航海博物馆中央帆体建筑效果图 处宽度不等，但最宽不超过24米。最高处 为6．7米的斜立面玻璃幕墙位于建筑的边缘。 二形体构成与设计优化 中国航海博物馆中央帆体的建筑外形犹如两片风帆，新颖而富有视觉冲击。风帆的基本 体系由风帆屋面，单层索网玻璃幕墙以及边侧玻璃幕墙等3部分构成。见图2： 第四届全国预应力结构理论与工程应用学术会议论文集·综述 图2中央帆体主、次结构布置图 如图所示，本工程的结构特点如下： 1)东西侧钢结构壳体仅在中部相交，每片壳体均通过两个支座支承在+12m标高处钢筋 混凝土楼板上，这些地方的受力复杂且巨大； 2)壳体在承受各种荷载的同时，还为南北向布置的单层索网结构提供弹性支承； 3)索网的预张力设计和壳体刚度设计是密不可分的，一方面为避免索网预张力因壳体变 形损失过大，壳体结构刚度必须加大；另一方面壳体刚度过大势必引起刚结构自重加大，从 而带来支承结构设计的困难。因此，必须整体建模计算并进行合理的设计； 4)单层索网双曲面玻璃结构在国内从未有过工程实例，相关的幕墙设计规程对其正常使 用和承载能力的设计分析也没有明确的规定； 5)因体型复杂、刚度较柔，结构的风荷载动力效应较明显，风振效应的计算和等效动力 风荷载的取值对结构设计至关重要； 三有限元计算模型 中国航海博物馆中央帆体结构为杂交结构体系，既包含传统意义上的刚性结构，还包括 依靠形态、预应力提供结构刚度的柔性结构，并且似者互相影响。因此，有限元计算模型必 须是整体模型，必须体现了刚性、柔性结构的协同工作机理(钢结构为索网结构提供了弹性 支承边界，索网结构的预张力将两片钢结构帆体紧密联系在一起，对