某大學(xué)體育館弦支穹頂鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的與設(shè)計

某大學(xué)體育館弦支穹頂屋蓋的分析與設(shè)計1主要內(nèi)容1.工程概況2.結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置3.結(jié)構(gòu)靜力與動力計算分析4.靜力彈塑性極限承載力計算分析5.節(jié)點(diǎn)設(shè)計6.施工張拉過程的仿真計算7.結(jié)語21.工程概況鉆石形建筑造型；正六邊形柱網(wǎng)外接圓直徑87.757m，最大挑檐長度6m，屋蓋總高度11.55m；矢跨比1/8.6；屋面坡度12度，局部凸屋面15度；屋蓋中央設(shè)置正六邊形的采光玻璃天窗，外接圓直徑24m。

柱網(wǎng)布置圖32.結(jié)構(gòu)體系與結(jié)構(gòu)布置2.1結(jié)構(gòu)體系——弦支穹頂網(wǎng)殼與索穹頂?shù)木C合體，屬于雜交結(jié)構(gòu)；極大地降低支座的水平推力；調(diào)整了網(wǎng)殼的內(nèi)力分布狀況，構(gòu)件受力趨于均勻，提高材料使用效率由于存在剛性的網(wǎng)殼部分，因此與完全柔性的索穹頂相比，施工的難度與復(fù)雜性大大降低與普通的空間桁架結(jié)構(gòu)相比，弦支穹頂?shù)臉?gòu)件和節(jié)點(diǎn)數(shù)量少，加工制作的工作量大大減少整體結(jié)構(gòu)軸側(cè)圖結(jié)構(gòu)正立面圖42.2結(jié)構(gòu)布置++=單層網(wǎng)殼邊緣構(gòu)件(環(huán)形桁架)支承索系與桅桿整體結(jié)構(gòu)53.結(jié)構(gòu)靜力與動力計算分析3.1預(yù)應(yīng)力初始態(tài)設(shè)計已有研究和工程實(shí)例表明，弦支穹頂外圈的索對結(jié)構(gòu)的影響最大，由外圈到內(nèi)圈索的預(yù)拉力應(yīng)逐級減小。使用同濟(jì)大學(xué)的3D3S軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了非線性找形分析，在找形分析中考慮結(jié)構(gòu)自重的作用。索的預(yù)應(yīng)力取值考慮以下幾個因素：結(jié)構(gòu)整體剛度適宜（剛度與周期）；在恒荷載和預(yù)應(yīng)力作用下(荷載組合C1)，脊梁的主軸彎矩圖呈鋸齒形，正負(fù)峰值彎矩的絕對值相接近；在控制荷載組合作用下主要的索不退出工作；支座水平推力較??；在滿足上述條件的情況下，預(yù)應(yīng)力值向小的方向取，以降低施工時的張拉難度。通過多次試算，下斜索由外到內(nèi)初始預(yù)張力分別確定為：1800kN，1000kN，500kN，250kN，100kN。環(huán)向梁的扭矩及其正截面彎矩共同造成了脊梁正截面彎矩的突變。主脊梁軸力圖(kN)主脊梁彎矩圖(kN.m)6荷載組合C1脊梁軸力圖（kN）

荷載組合C1脊梁彎矩圖（kN-m）

在1.0永久荷載+預(yù)應(yīng)力的荷載組合作用下，脊梁軸力和彎矩的分布分別如上圖所示。73.2結(jié)構(gòu)動力特性第1振型為左右兩部分上下反對稱振動，周期為：T1＝1.35s第2振型為前后兩部分上下反對稱振動，周期為：T1＝1.32s第3、4、5、6、7振型均表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)反對稱上下振動，并伴有外圍懸挑桁架的水平向擺動，周期分別為：T3＝1.22s，T4＝1.18s，T5＝1.18s，T6＝1.12s，T7＝1.10s第8振型表現(xiàn)為整體環(huán)向振動，周期為T8＝0.77s8第9、10、11振型表現(xiàn)為整體的介于對稱與反對稱之間的上下振動，周期為T9＝0.76s，T10＝0.66，T11＝0.63第12、13、14振型表現(xiàn)為脊梁帶動六塊屋面上下反對稱振動，周期為T12＝0.61s，T13＝0.59，T14＝0.50第15振型表現(xiàn)為整體環(huán)向振動，周期為T15＝0.46s第16、18、19、20振型表現(xiàn)為六塊屋面上下反對稱振動，周期為T16＝0.43s，T18＝38s，T19＝38s，T20＝38s9第17振型表現(xiàn)為六塊屋面上下整體振動，周期為T17＝0.41s振型及其分布與單層網(wǎng)殼類似；相同結(jié)構(gòu)的單層網(wǎng)殼的周期增大約5%，這是因?yàn)樗鞯睦w柔和撐桿布置數(shù)量較少，其預(yù)張力對結(jié)構(gòu)的整體剛度貢獻(xiàn)并不大，索的主要作用在于改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布。從以上結(jié)果可以看到：103.3荷載態(tài)的彈性設(shè)計計算考慮了14個大類的荷載組合

。當(dāng)恒荷載起有利作用時，其分項(xiàng)系數(shù)取為1.0；溫度的分項(xiàng)系數(shù)1.0，組合系數(shù)0.7。各個組合中均已包括了1.0倍的預(yù)應(yīng)力作用：(1)1.0結(jié)構(gòu)自重（即預(yù)應(yīng)力初始態(tài)）(2)1.2恒+1.4雪(3)1.2恒+1.4風(fēng)(4)1.2恒+1.0溫(5)1.2恒+1.4雪+1.4×0.6風(fēng)(6)1.2恒+1.4風(fēng)+1.4×0.7雪(7)1.2恒+1.4雪+0.7溫（升溫時取活）(8)1.2恒+1.0溫+1.4×0.7雪（升溫時取活）(9)1.2恒+1.4風(fēng)+0.7溫(10)1.2恒+1.0溫+1.4×0.6風(fēng)(11)1.2恒+1.4雪+1.4×0.6風(fēng)+0.7降溫(12)1.2恒+1.4風(fēng)+1.4×0.7雪+0.7降溫(13)1.2恒+1.0降溫+1.4×0.6風(fēng)+1.4×0.7雪(14)1.2（恒+0.5雪）+1.3水平地震114.詳靜飯力彈發(fā)塑性呈極限驕承力急計算粱分析彈塑療性模研型：暑①(把Hi昏ng膠e7啊2)棚在脊攏梁每熟個節(jié)史間的窩兩端互預(yù)設(shè)乞生成耗塑性冷P-等M3亞鉸，貍共7剝2個脫鉸②(羊Hi喪ng兵e6足00閘)在所脊梁豎、環(huán)彈梁及胞肋梁季每個纏節(jié)間纏的兩趨端預(yù)巾設(shè)生嫌成塑渡性P戶-M杏3鉸坡，共盆60灰0個斷鉸彈塑什性模荷型一彈塑癢性模兼型二比較巷分析頑對象：①室弦支休穹頂②對井應(yīng)的和單層滋網(wǎng)殼崇（即刷去掉督所有框的拉泰索與矛撐桿夠）12組合衫1（潛全跨河雪）埋荷載陜—位姓移曲浮線組合嘗1（禾半跨吹雪）業(yè)荷載嘴—位猶移曲自線以結(jié)杯構(gòu)中脖心點(diǎn)某的豎圍向位縣移作逢為監(jiān)球控位將移笨，將烤基底右豎向辣反力罰值除冰以荷虜載組堵合值庸，即婆為結(jié)底構(gòu)彈塵塑性稈極限琴承載技安全追系數(shù)敗。兩個躺彈塑鄭分析周模型辭所能體承受俯的極雪限荷囑載幾朱乎完低全一寸致。遷雖然略在半饞跨雪贊載組奮合的潔作用銅下，光結(jié)構(gòu)淹的次尚要桿章件將彩先于箏主要濟(jì)桿件可出現(xiàn)少塑性時鉸，躬但對縮慧結(jié)構(gòu)妻的承尊載力晉幾乎吊沒有踢影響鄉(xiāng)豐，只注有到醉了主晴要桿挪件出引現(xiàn)塑六性鉸魚，結(jié)噸構(gòu)的盼整體寨承載球力才合會發(fā)舌生突勺變，搖有明搞顯的貨下降羽。故炸此采蒼用僅陷在主埋要桿肯件（宇脊梁速）設(shè)要置塑槍性鉸進(jìn)進(jìn)行蔽結(jié)構(gòu)Pu飯sh振-O腰ve宣r分析毯是完邪全可芹行的翻；在豎梨向荷仇載作闖用下澆，結(jié)閥構(gòu)并丟不會罵隨著闖第一綱處塑跳性鉸熄的出擇現(xiàn)而架完全快破壞柱，承矩載力耳降低信一定桶程度榆后隨破著內(nèi)主力的員重分欄布，丹結(jié)構(gòu)頭的后怖繼承努載力頑會繼侵續(xù)增需高，饅即結(jié)括構(gòu)有液很強(qiáng)成的安奴全儲始備13弦支陣穹頂增比單丙層網(wǎng)競殼的篇彈塑鎖性極犁限承辜載力屆有較貨為明暮顯的幫提高赴。單角層網(wǎng)免殼和捎弦支摧穹頂序的彈饅塑性陽極限躁承載洗安全缸系數(shù)偽列于殼下表才：彈塑叫性安宿全系巧數(shù)彈塑性極限承載安全系數(shù)單層網(wǎng)殼弦支穹頂弦支穹頂承載力提高1.2永久+1.4滿跨雪+1.0預(yù)2.062.3313.1%1.2永久+1.4半跨雪+1.0預(yù)2.222.8126.6%146.詢施沾工張錄拉過贈程的愿仿真腐計算張拉蝕方法教：環(huán)索下按應(yīng)懸力釋映放后信的長壁度下殺料標(biāo)神定，模張拉搭前將寨環(huán)索冰，斜耀索及綿撐桿役連接倦安裝踢就位床，斜下索在燃脊梁看的一凡端為瞞張拉下端，橫分批亭對稱塞張拉售斜索著直到土設(shè)計厭預(yù)應(yīng)鄉(xiāng)豐力；三輪闖張拉墊：第一偉輪張改拉設(shè)理計預(yù)藏應(yīng)力傾的2/比3左右畢，第思二輪克張拉英到設(shè)戰(zhàn)計預(yù)喇應(yīng)力沿，第之三輪示根據(jù)頁現(xiàn)場船索力疤實(shí)測嗽值對曲各索芝進(jìn)行貌微調(diào)飛；張拉約順序嗽：從外專圈到殊內(nèi)圈殘分兩敞輪對更稱張仗拉到傭設(shè)計須預(yù)應(yīng)瓶力，棚之后昆根據(jù)波現(xiàn)場占測量閥進(jìn)行綱第三逢輪的壁微調(diào)賺。第各一輪獵張拉冰斜索飽到設(shè)魄計預(yù)鍬拉力哄的2/臟3左右包。第片二輪節(jié)最后罰一圈(最內(nèi)截圈)索張公拉至攪設(shè)計喇預(yù)拉足時，見其它保各索照恰好槳都達(dá)肥到設(shè)怕計預(yù)引拉力破；各輪施張拉捕時張并拉控晚制力柳的確小定方典法：在張援拉過卵程中院，每康一圈復(fù)索的清張拉害會導(dǎo)宜致其儉它圈祖索力沫的變幻玉化，惱為了你保證攝在張慮拉最舍后一惰圈斜淺索后降，其映它各話圈索埋的預(yù)驕拉力職均恰朝好達(dá)初到設(shè)燃計的作預(yù)拉福值，透各斜禾索的欄張拉饒控制云力由殃逆向潮施工港（即職先從躺結(jié)構(gòu)喊預(yù)應(yīng)翅力初勤始態(tài)統(tǒng)“放趨松——拆”踏）確瘦定。監(jiān)控酷：實(shí)際糊張拉樣施工鬧過程起中，射同時浙監(jiān)控頸結(jié)構(gòu)沖的幾鍬何形胖狀與茫索力評，即欣采取刺雙控肌措施愁。156.糾1株結(jié)構(gòu)阿模型偵（脊并梁）半榀脊梁石、撐供桿及屠拉索暮的單動元與東節(jié)點(diǎn)淡編號166.紫2蝴張拉斯過程張拉出過程士與張委拉控駕制力歡F結(jié)構(gòu)刻變形澇過程庸D第1唐步第2場步第3駱步第4鄙步17F躁(續(xù)姥1)D區(qū)(續(xù)張1)第5糾步第6遞步第7閉步第8刪步18F夸(續(xù)竄2)D走(續(xù)戚2)第9瘡步第1廣0步第1痛1步196.璃3岔構(gòu)件交強(qiáng)度控應(yīng)力編比與已穩(wěn)定偉應(yīng)力什比變牛化過脊程巖（施蹦工驗(yàn)劃算）單元驕1最痕大強(qiáng)個度應(yīng)銷力比暈0.館38哈6，魄穩(wěn)定援應(yīng)比既變化著過程涉與此使相似捕，最董大穩(wěn)盛定應(yīng)義力比漫0.以39著0單元役2最臂大強(qiáng)驢度應(yīng)苦力比酒0.封33然0，抹穩(wěn)定姜應(yīng)比跳變化通過程辨與此駝相似點(diǎn)，最觸大穩(wěn)杜定應(yīng)連力比伴0.蓮33攀6單元勤3最即大強(qiáng)韻度應(yīng)臘力比紋0.吸27竭4，煎穩(wěn)定愿應(yīng)比可變化雷過程訊與此討相似皂，最緣瑞大穩(wěn)既定應(yīng)河力比約0.區(qū)28胃2單元祖4最釣大強(qiáng)壁度應(yīng)泛力比拘0.字20鑼9，撫穩(wěn)定駕應(yīng)比做變化鞭過程綿與此庫相似岸，最咳大穩(wěn)法定應(yīng)振力比類0.剪21缸7單元男5最平大強(qiáng)酸度應(yīng)鑼力比妨0.趕12通4，鏡穩(wěn)定酸應(yīng)比帳變化床過程些與此留相似設(shè)，最盤大穩(wěn)延定應(yīng)芹力比爛0.捆13脾6撐桿研單元繪2-礎(chǔ)7最德大強(qiáng)符度應(yīng)蔥力比港0.脹24桑9，猾穩(wěn)定察應(yīng)比霧變化摔過程肝與此半相似碰，最縣大穩(wěn)跨定應(yīng)緣瑞力比囑0.吃26跌520撐桿染單元堪3-烘8最在大強(qiáng)夸度應(yīng)彩力比驢0.兵36志3，禮穩(wěn)定茶應(yīng)比外變化搜過程裁與此蠻相似駁，最姓大穩(wěn)使定應(yīng)狐力比抗0.現(xiàn)45串4撐桿黃單元櫻4-吩9最冤大強(qiáng)泄度應(yīng)供力比該0.鐵24晚9，丈穩(wěn)定閥應(yīng)比撿變化敗過程陣與此禾相似日，最貫大穩(wěn)很定應(yīng)扇力比采0.刑30淡7撐桿撓單元即5-蘋10辭最大場強(qiáng)度序應(yīng)力劉比0狂.1理27朗，穩(wěn)校定應(yīng)煮比變聾化過熊程與因此相盡似，肥最大竭穩(wěn)定綢應(yīng)力里比0晴.1秀63支座得水平哨反力吹（代單位始：k京N）施工步H-Reaction1-33.1985520.64785310.41511411.36953510.8089610.68583727.16057830.68972931.255131031.006871130.95559設(shè)計悉初始編預(yù)應(yīng)喬態(tài)H籍r糾=赤30婆.8午96河kN支座譯水平喉反力花變化躁過程惕（單印位：白kN驢）21計算化結(jié)果雕表明廉，結(jié)索構(gòu)經(jīng)隔過張殃拉能會達(dá)到恢預(yù)期頌的設(shè)潑計結(jié)功構(gòu)預(yù)肝應(yīng)力選分布延與初筋始幾潑何形塔態(tài)，撐且精符度較羽高。葡該預(yù)仆應(yīng)力錯結(jié)構(gòu)糟可以展通過波正確括的施察工張繼拉得哀以實(shí)蓮現(xiàn)；部分杰構(gòu)件挖在張犯拉過廁程中饑的最踢大強(qiáng)葉度與瞞穩(wěn)定局應(yīng)力夸比超走過了旦張拉跌結(jié)束沒后的撿相應(yīng)報數(shù)值踩指標(biāo)攻，但份其數(shù)牽值總慎體程餅度較巧小，桌且遠(yuǎn)戀遠(yuǎn)小街于最薪不利慰荷載夾組合桃下的響應(yīng)力村數(shù)值特指標(biāo)床。結(jié)腥構(gòu)在壘張拉隙過程閉中滿采足強(qiáng)反度與刃穩(wěn)定蕉性要筆求；最外縫圈索存的設(shè)漠計預(yù)濤拉力裝最大桑，張恢拉最艱外圈步斜索靈時，六結(jié)構(gòu)淘的變偶形與碼構(gòu)件淋內(nèi)力蜻的變候化也銅最大護(hù)；計算蝦表明灣，由同于上盈部單高層網(wǎng)別殼的校剛性墳已經(jīng)餃較大葬，每滴一圈濾索的堅張拉匹雖然致會導(dǎo)汁致其放它已免經(jīng)張淡拉索衛(wèi)的拉寬力變賠化，裳但變蠟化幅勉度很宿小。仿真宋計算包結(jié)論殊:228.啟結(jié)尿語預(yù)應(yīng)胡力拉依索有譽(yù)效地京調(diào)整蜻了上死部剛械性網(wǎng)箱殼結(jié)衛(wèi)構(gòu)的佛內(nèi)力岔分布孫，削腹減了貝內(nèi)力典峰值情，提絮高了拒材料健的利較用率