上海世博會(huì)主題館結(jié)構(gòu)選型與設(shè)計(jì)（PPT32）

上海世博會(huì)會(huì)主題館結(jié)構(gòu)選型與與設(shè)計(jì)主題一、上海世世博會(huì)主題題館工程概概況二、主題館館屋面結(jié)構(gòu)構(gòu)方案選型型三、主題館館結(jié)構(gòu)計(jì)算算模型與分分析四、主題館館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)工程概況世博會(huì)主題題館是展示示上海世博博會(huì)“城市市，讓生活活更美好””的主題和和凸現(xiàn)大型型事件的展展覽場(chǎng)所。。世博會(huì)期期間將結(jié)合合世博軸北北端的慶典典廣場(chǎng)舉辦辦世博會(huì)開開、閉幕式式等大型活活動(dòng)。世博博會(huì)后主題題館將綜合合利用為展展覽建筑群群體。主題題館作為永永久保留場(chǎng)場(chǎng)館建筑，，地上建筑筑面積為8.0萬(wàn)平方米，，地下建筑筑面積為4.0萬(wàn)平方米。。工程概況工程概況屋面建筑平平面投影為為矩形平面面，東西向向288m，南北向216m，高度為26m。室內(nèi)按功能能要求分為為三個(gè)區(qū)，，即西側(cè)展廳中中庭、東側(cè)展廳。其中，西西側(cè)展廳是是180m×140m無(wú)柱大空間間。屋面結(jié)構(gòu)南南、北方向向各懸挑18m。建筑平面圖圖建筑平面圖圖結(jié)構(gòu)方案選選型結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)主題館屋蓋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)之挑戰(zhàn)西側(cè)展廳為為180m××140m無(wú)柱大空間間，建成后后為中國(guó)最最大跨度展展館之一。。為保證建筑筑室內(nèi)凈高高要求，西西側(cè)展廳屋屋面結(jié)構(gòu)高高度限制在在12m之內(nèi)。展廳南、北北方向懸挑挑端跨度18m，如何有效效解決懸挑挑端彎距對(duì)對(duì)內(nèi)側(cè)屋面面的不利影影響。屋面結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)要體現(xiàn)現(xiàn)屋面之輕輕盈、簡(jiǎn)潔潔、通透，，置身于展展廳中將領(lǐng)略到結(jié)構(gòu)構(gòu)之韻律美美及先進(jìn)結(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)造造就的時(shí)代代感。結(jié)構(gòu)方案選選型方案一：?jiǎn)螁蜗驈埾诣扈旒芪鱾?cè)展廳屋面結(jié)構(gòu)選選型軸側(cè)圖平面圖立面圖結(jié)構(gòu)方案選選型方案二：雙雙向張弦桁桁架軸側(cè)圖平面圖西側(cè)展廳屋面結(jié)構(gòu)選選型立面圖結(jié)構(gòu)方案選選型方案三：巨巨型折板框框架軸側(cè)圖平面圖西側(cè)展廳屋面結(jié)構(gòu)選選型立面圖結(jié)構(gòu)方案選選型西側(cè)展廳屋面結(jié)構(gòu)選選型結(jié)構(gòu)參數(shù)方案一方案二方案三結(jié)構(gòu)方案單向張弦桁架雙向張弦桁架巨形折板框架結(jié)構(gòu)高度(m)11.511.58標(biāo)準(zhǔn)豎向荷載跨中變形(mm)-368-426-262支座推力(KN)22541940單位用鋼量(kg/m2)101189104西側(cè)展廳屋屋面結(jié)構(gòu)方方案對(duì)比分分析結(jié)果西側(cè)展廳屋屋面結(jié)構(gòu)方方案評(píng)價(jià)從結(jié)構(gòu)效率率來(lái)看，方方案三最優(yōu)優(yōu)，結(jié)構(gòu)高高度最小，，豎向剛度度大；方案案一在結(jié)構(gòu)構(gòu)高度能滿滿足建筑室室內(nèi)要求的的前提下，，結(jié)構(gòu)撓度度符合要求求，且單位位用鋼量最最省；方案案二結(jié)構(gòu)效效率較低，，用鋼量大大。從對(duì)下部結(jié)結(jié)構(gòu)影響來(lái)來(lái)看，方案案一為自平平衡體系，，故對(duì)下部部結(jié)構(gòu)推力力較小，柱柱子及基礎(chǔ)礎(chǔ)設(shè)計(jì)難度度低，結(jié)構(gòu)構(gòu)費(fèi)用少；；方案三為為巨型門式式剛架體系系，上部結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)礎(chǔ)的推力是是一較難處處理的問題題。從對(duì)建筑要要求影響來(lái)來(lái)看，方案案三兩側(cè)巨巨型柱各寬寬9m，建筑空間間占用很大大；方案一一對(duì)下部結(jié)結(jié)構(gòu)要求較較低，故柱柱子截面較較小，建筑筑空間利用用率較方案案三高。經(jīng)以上比較較，西側(cè)展展廳屋面結(jié)結(jié)構(gòu)選擇單向張弦桁桁架方案。結(jié)構(gòu)方案選選型張弦桁架實(shí)實(shí)體圖西側(cè)展廳沿沿屋面縱向向布置張弦桁架作為屋面結(jié)結(jié)構(gòu)的主要要承重體系系。結(jié)構(gòu)跨度144m，結(jié)構(gòu)高度度11.5m，失跨比為為1/12.5。每榀張弦桁桁架布置2道V字型撐桿。。西側(cè)展廳屋面結(jié)構(gòu)選選型結(jié)構(gòu)方案選選型張弦桁架構(gòu)構(gòu)成圖結(jié)合屋面建建筑形態(tài)和和表面機(jī)理理，上弦采采用斷面為為正三角形立立體桁架，立體桁架架高3m，寬3m。兩對(duì)V字型撐桿上上端連接于于立體桁架架下弦桿，，下端通過過索夾相連連，從而確確保了撐桿桿平面內(nèi)、、外穩(wěn)定性性。索夾設(shè)計(jì)為為在張弦桁桁架平面內(nèi)內(nèi)可自由轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，保證證了索力有有效傳遞。。張弦桁架下下弦采用兩兩根平行鋼鋼拉索，拉拉索間隔1.5m拉索V字型撐桿立體桁架索夾張弦桁架結(jié)構(gòu)方案選選型東側(cè)展廳、、中庭立體桁架實(shí)實(shí)體圖東側(cè)展廳及及中庭結(jié)構(gòu)構(gòu)選型東側(cè)展廳及及中庭屋面面結(jié)構(gòu)沿東東西向采用用多跨連續(xù)立立體桁架作為屋面承承重結(jié)構(gòu)。。立體桁架采采用斷面為為正三角形立立體桁架，縱向三榀榀立體桁架架下弦寬度度均為3m，桁架高度度均為3m。結(jié)構(gòu)方案選選型挑檐設(shè)計(jì)挑檐設(shè)計(jì)挑檐采用變截面平面面桁架結(jié)構(gòu)形式，，跨度18m，間隔3m，共192榀。為進(jìn)一部加加強(qiáng)挑檐結(jié)結(jié)構(gòu)的整體體性，并改改善檁條的的受力性能能，檁條中中部通過V型隅撐系統(tǒng)統(tǒng)與平面桁桁架下弦桿桿連接，形形成獨(dú)特的的三維檁撐撐體系。挑檐邊桁架平面桁架檁條隅撐挑檐布置圖圖結(jié)構(gòu)方案選選型檁條體系屋面檁條體體系剖面圖圖屋面檁條體體系選型檁條布置結(jié)結(jié)合建筑屋屋面造型，，一端連接接于立體桁桁架上弦桿桿，另一端端連接于立立體桁架下下弦桿，內(nèi)內(nèi)跨檁條采采用H型鋼。邊跨檁條設(shè)設(shè)計(jì)為與挑挑檐相同結(jié)結(jié)構(gòu)形式，，即變截面面平面桁架架，通過桁桁架檁條抗抗彎能力平平衡了挑檐檐對(duì)邊桁架架扭轉(zhuǎn)，減減小了邊榀榀菱形桁架架的截面尺尺寸。H型鋼檁條桁架檁條挑檐張弦桁架邊桁架結(jié)構(gòu)方案選選型支撐體系屋面支撐體體系布置圖圖屋面支撐體體系屋面沿縱向向布置6道支撐。屋面沿橫向向在西側(cè)展展廳中間及及兩側(cè)布置置4道支撐，在在東側(cè)展展廳兩兩側(cè)布置2道支撐。屋面支撐結(jié)構(gòu)方案選選型屋面結(jié)構(gòu)平面圖結(jié)構(gòu)方案選選型屋面結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖結(jié)構(gòu)方案選選型屋面結(jié)構(gòu)剖面圖屋面縱向剖剖面圖屋面橫向剖剖面圖結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)荷載取值結(jié)構(gòu)自重：：按實(shí)際情情況考慮屋面恒荷載載：西側(cè)展廳屋屋面、東側(cè)側(cè)展廳屋面面及挑檐取取0.8KN/m2中庭屋面取取1.2KN/m2(考慮太陽(yáng)能能板荷載））屋面活荷載載：整體計(jì)計(jì)算取0.3KN/m2；檁條設(shè)計(jì)計(jì)取0.5KN/m2屋面風(fēng)荷載載：挑檐處處取2.7KN/m2，其他屋面面取1.08KN/m2（風(fēng)吸）溫度作用：：上海市市市區(qū)年極端端最高氣溫溫38.8℃℃，年極端最最低溫度-2.0℃℃，故取最不不利季節(jié)溫溫差40.8℃℃作為結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)溫度值值。地震作用：：設(shè)防烈度度為7度，特征周周期0.9s，屋蓋單獨(dú)獨(dú)計(jì)算阻尼尼比取0.02，上、下部部結(jié)構(gòu)整體體計(jì)算取0.035荷載取值屋面結(jié)構(gòu)單單獨(dú)計(jì)算模模型上、下部結(jié)結(jié)構(gòu)整體計(jì)計(jì)算模型結(jié)構(gòu)分析模模型本結(jié)構(gòu)采用用以下計(jì)算算分析模型型：屋面單單獨(dú)計(jì)算模模型，采用用彈簧單元元模擬下部部結(jié)構(gòu)的剛剛度；屋面面與下部結(jié)結(jié)構(gòu)整體計(jì)計(jì)算模型；；同時(shí)還對(duì)對(duì)單榀張弦弦桁架進(jìn)行行張拉分析析。計(jì)算模型結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)初始預(yù)應(yīng)力力狀態(tài)下內(nèi)內(nèi)力圖初始預(yù)應(yīng)力力狀態(tài)下變變形圖初始態(tài)單根索力初始預(yù)應(yīng)力力為1987KN，其應(yīng)力為為112MPa上弦桿內(nèi)力力初始預(yù)應(yīng)力力狀態(tài)下為為2643KN單榀張弦桁桁架靜力分析結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)荷載態(tài)單根索力1.2Dead＋1.4Live，內(nèi)力為5010KN,其應(yīng)力為284Mpa上弦桿內(nèi)力力1.2Dead＋1.4Live，內(nèi)力9451KN1.2恒＋1.4活荷載作用用下內(nèi)力圖圖1.2恒＋1.4活荷載作用用下變形圖圖結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)單榀張弦桁桁架靜力分析單榀張弦桁桁架靜力分分析結(jié)果表表結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)荷載工況分析內(nèi)容分析結(jié)果Self拉索內(nèi)力（KN）1987預(yù)應(yīng)力反拱(mm)103支座滑移(mm)47Self+Dead拉索內(nèi)力（KN）3840跨中撓度(mm)-236支座滑移(mm)21Self+Dead+Live拉索內(nèi)力（KN）4404跨中撓度(mm)-339支座滑移(mm)14Self+Dead+Wind拉索內(nèi)力（KN）2497跨中撓度(mm)20支座滑移(mm)40張弦桁架跨跨中最大撓撓度為-339mm，小于跨度度的1/400在風(fēng)載作用用下，張弦弦桁架最小小索力為2497KN，拉索不松松弛張弦桁架支支座最大滑滑移量為47mm單榀張弦桁桁架靜力分析荷載工況分析內(nèi)容單獨(dú)分析整體分析誤差（%）Self+Dead+Live拉索內(nèi)力（KN）415343524.5跨中撓度(mm)-368-3834支座推力（KN）112250Self+Dead+Live+Tempereture拉索內(nèi)力（KN）408543285.6跨中撓度(mm)-354-3571.1支座推力（KN）941049.6屋蓋上部結(jié)結(jié)構(gòu)單獨(dú)分分析與上、、下部結(jié)構(gòu)構(gòu)整體分析析比較分析結(jié)果評(píng)評(píng)價(jià)單獨(dú)分析與與整體分析析在拉索內(nèi)內(nèi)力及跨中中撓度方面面的差異均均較小，因因此單獨(dú)分分析結(jié)果能能夠滿足上上部屋蓋設(shè)設(shè)計(jì)要求。。單獨(dú)分析與與整體分析析支座推力力差異較大大，原因主主要是由于于下部結(jié)構(gòu)構(gòu)復(fù)雜，采采用彈簧單單元較難真真實(shí)模擬支支座處側(cè)向向剛度。因因此，需要要通過上、、下部整體體分析才能能較準(zhǔn)確地地確定上部部屋蓋對(duì)下下部結(jié)構(gòu)的的真實(shí)反力力。結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)屋蓋靜力分分析超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)溫溫度效應(yīng)分分析結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)樓面溫度作作用一層?xùn)|側(cè)展展廳為180m××108m大空間，本本層樓面尺尺寸超出規(guī)規(guī)范建議的的伸縮縫間間距限制，，屬于大面面積樓蓋結(jié)結(jié)構(gòu)，故采采用有限元元計(jì)算分析析樓板溫度度應(yīng)力問題題。鋼框架與混混凝土樓板板同時(shí)升降降溫40.8℃℃，采用混凝凝土彈性模模量折減來(lái)來(lái)模擬混凝凝土樓板的的徐變問題題。超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)溫溫度效應(yīng)分分析結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)樓面溫度作作用應(yīng)力集中部部位樓板右側(cè)邊邊三等分附附近樓板左側(cè)邊邊跨中處樓板上下邊邊左角處應(yīng)力集中處處樓板最大大應(yīng)力1.90mpa>1.43mpa應(yīng)力集中原原因相同位置附附近布置有有柱間支撐撐，限制了了板的自由由收縮非應(yīng)力集中中處樓板應(yīng)應(yīng)力平均為為0.2mpa動(dòng)力分析第一階：縱縱向整體平平動(dòng)，周期期1.2s第二階：橫橫向整體平平動(dòng)，周期期0.94s第三階：整整體扭轉(zhuǎn)，，周期0.73s結(jié)構(gòu)分析與與設(shè)計(jì)分析內(nèi)容分析結(jié)果結(jié)構(gòu)自振周期T1(s)1.2T2(s)0.94T3(s)0.73T3/T10.61最大層間位移角縱向地震作用1/361橫向地震作用1/409最大層間位移與平均層間位移的比值縱向地震作用1.032橫向地震作用1.259動(dòng)力分析結(jié)結(jié)果屋面結(jié)構(gòu)動(dòng)動(dòng)力分析結(jié)結(jié)果表通過屋面支支撐和柱間間支撐的合合理布置，，結(jié)構(gòu)的扭扭轉(zhuǎn)/平動(dòng)周期比比、最大扭扭轉(zhuǎn)位移比比以及最大大層間位移移角均滿足足相關(guān)規(guī)范范要求。結(jié)構(gòu)分