某大学体育馆弦支穹顶钢结构屋盖的与设计

某大学体育馆弦支穹顶屋盖的分析与设计1主要内容1.工程概况2.结构体系与结构布置3.结构静力与动力计算分析4.静力弹塑性极限承载力计算分析5.节点设计6.施工张拉过程的仿真计算7.结语21.工程概况钻石形建筑造型；正六边形柱网外接圆直径87.757m，最大挑檐长度6m，屋盖总高度11.55m；矢跨比1/8.6；屋面坡度12度，局部凸屋面15度；屋盖中央设置正六边形的采光玻璃天窗，外接圆直径24m。

柱网布置图32.结构体系与结构布置2.1结构体系——弦支穹顶网壳与索穹顶的综合体，属于杂交结构；极大地降低支座的水平推力；调整了网壳的内力分布状况，构件受力趋于均匀，提高材料使用效率由于存在刚性的网壳部分，因此与完全柔性的索穹顶相比，施工的难度与复杂性大大降低与普通的空间桁架结构相比，弦支穹顶的构件和节点数量少，加工制作的工作量大大减少整体结构轴侧图结构正立面图42.2结构布置++=单层网壳边缘构件(环形桁架)支承索系与桅杆整体结构53.结构静力与动力计算分析3.1预应力初始态设计已有研究和工程实例表明，弦支穹顶外圈的索对结构的影响最大，由外圈到内圈索的预拉力应逐级减小。使用同济大学的3D3S软件对结构进行了非线性找形分析，在找形分析中考虑结构自重的作用。索的预应力取值考虑以下几个因素：结构整体刚度适宜（刚度与周期）；在恒荷载和预应力作用下(荷载组合C1)，脊梁的主轴弯矩图呈锯齿形，正负峰值弯矩的绝对值相接近；在控制荷载组合作用下主要的索不退出工作；支座水平推力较小；在满足上述条件的情况下，预应力值向小的方向取，以降低施工时的张拉难度。通过多次试算，下斜索由外到内初始预张力分别确定为：1800kN，1000kN，500kN，250kN，100kN。环向梁的扭矩及其正截面弯矩共同造成了脊梁正截面弯矩的突变。主脊梁轴力图(kN)主脊梁弯矩图(kN.m)6荷载组合C1脊梁轴力图（kN）

荷载组合C1脊梁弯矩图（kN-m）

在1.0永久荷载+预应力的荷载组合作用下，脊梁轴力和弯矩的分布分别如上图所示。73.2结构动力特性第1振型为左右两部分上下反对称振动，周期为：T1＝1.35s第2振型为前后两部分上下反对称振动，周期为：T1＝1.32s第3、4、5、6、7振型均表现为结构反对称上下振动，并伴有外围悬挑桁架的水平向摆动，周期分别为：T3＝1.22s，T4＝1.18s，T5＝1.18s，T6＝1.12s，T7＝1.10s第8振型表现为整体环向振动，周期为T8＝0.77s8第9、10、11振型表现为整体的介于对称与反对称之间的上下振动，周期为T9＝0.76s，T10＝0.66，T11＝0.63第12、13、14振型表现为脊梁带动六块屋面上下反对称振动，周期为T12＝0.61s，T13＝0.59，T14＝0.50第15振型表现为整体环向振动，周期为T15＝0.46s第16、18、19、20振型表现为六块屋面上下反对称振动，周期为T16＝0.43s，T18＝38s，T19＝38s，T20＝38s9第17振型表现为六块屋面上下整体振动，周期为T17＝0.41s振型及其分布与单层网壳类似；相同结构的单层网壳的周期增大约5%，这是因为索的纤柔和撑杆布置数量较少，其预张力对结构的整体刚度贡献并不大，索的主要作用在于改变结构的内力分布。从以上结果可以看到：103.3荷载态的弹性设计计算考虑了14个大类的荷载组合

。当恒荷载起有利作用时，其分项系数取为1.0；温度的分项系数1.0，组合系数0.7。各个组合中均已包括了1.0倍的预应力作用：(1)1.0结构自重（即预应力初始态）(2)1.2恒+1.4雪(3)1.2恒+1.4风(4)1.2恒+1.0温(5)1.2恒+1.4雪+1.4×0.6风(6)1.2恒+1.4风+1.4×0.7雪(7)1.2恒+1.4雪+0.7温（升温时取活）(8)1.2恒+1.0温+1.4×0.7雪（升温时取活）(9)1.2恒+1.4风+0.7温(10)1.2恒+1.0温+1.4×0.6风(11)1.2恒+1.4雪+1.4×0.6风+0.7降温(12)1.2恒+1.4风+1.4×0.7雪+0.7降温(13)1.2恒+1.0降温+1.4×0.6风+1.4×0.7雪(14)1.2（恒+0.5雪）+1.3水平地震114.静力弹塑性极限承力计算分析弹塑性模型：①(Hinge72)在脊梁每个节间的两端预设生成塑性P-M3铰，共72个铰②(Hinge600)在脊梁、环梁及肋梁每个节间的两端预设生成塑性P-M3铰，共600个铰弹塑性模型一弹塑性模型二比较分析对象：①弦支穹顶②对应的单层网壳（即去掉所有的拉索与撑杆）12组合六1（惯全跨愤雪）信荷载贩—位熄移曲捕线组合飞1（铁半跨畅雪）填荷载翠—位桃移曲捆线以结笛构中拿心点拦的竖绞向位龄移作牵为监套控位盈移泉，将侧基底乓竖向街反力腹值除川以荷叼载组舱合值今，即停为结液构弹傲塑性仔极限桌承载培安全昌系数佳。两个匹弹塑圾分析酒模型穿所能垃承受修的极救限荷稳载几弹乎完秆全一搞致。小虽然专在半王跨雪氏载组买合的马作用液下，词结构滩的次僵要杆省件将乡丰先于弄主要董杆件煎出现最塑性甘铰，索但对惨结构疤的承泛载力递几乎羡没有屑影响热，只箭有到烂了主前要杆腿件出密现塑咽性铰透，结瞒构的跟整体苏承载体力才双会发厕生突穴变，败有明侧显的畜下降正。故劳此采绒用仅汇在主按要杆绵件（姑脊梁辆）设胳置塑卧性铰口进行嫂结构Pu捡sh天-O填ve倘r分析青是完却全可坟行的灶；在竖柳向荷申载作包用下恰，结拒构并缩慧不会勾随着歼第一宁处塑唱性铰送的出市现而麻完全禽破坏绞，承披载力危降低链一定繁程度链后随允着内秃力的架重分效布，埋结构市的后宪继承辩载力思会继岭续增墨高，货即结敬构有柄很强橡的安畅全储即备13弦支泛穹顶吃比单谱层网睁壳的排弹塑厚性极椅限承它载力棉有较艇为明养显的苦提高拼。单抬层网渴壳和窄弦支娱穹顶盲的弹惊塑性迹极限炒承载印安全固系数习列于筑下表般：弹塑宾性安猪全系毙数弹塑性极限承载安全系数单层网壳弦支穹顶弦支穹顶承载力提高1.2永久+1.4满跨雪+1.0预2.062.3313.1%1.2永久+1.4半跨雪+1.0预2.222.8126.6%146.威施显工张蚁拉过屡程的洲仿真驼计算张拉邪方法肢：环索歌按应胡力释姜放后载的长帐度下丧料标子定，孔张拉打前将问环索情，斜法索及掉撑杆秀连接蹄安装寸就位馒，斜撞索在怖脊梁补的一牙端为那张拉嫌端，葡分批柏对称拘张拉丘斜索浑直到辫设计绕预应赵力；三轮均张拉虎：第一碎轮张踏拉设载计预夸应力将的2/刃3左右怒，第辨二轮伙张拉然到设萄计预齿应力鞭，第缝三轮消根据谜现场旁索力傍实测书值对启各索静进行辣微调糟；张拉掠顺序弊：从外孕圈到愁内圈路分两辣轮对奏称张内拉到扰设计久预应铺力，扯之后肤根据阶现场妻测量非进行饱第三边轮的遥微调者。第僵一轮张张拉席斜索碑到设浴计预栋拉力担的2/吵3左右豪。第欺二轮室最后劣一圈(最内疤圈)索张登拉至恶设计议预拉主时，绵其它围各索捆恰好以都达商到设刮计预法拉力觉；各轮店张拉哲时张桐拉控遭制力船的确庄定方哨法：在张洞拉过俯程中咱，每拾一圈前索的墙张拉似会导性致其睬它圈蔽索力富的变鄙化，季为了伞保证干在张尺拉最途后一片圈斜侦索后葛，其汪它各践圈索偏的预颠拉力疑均恰粱好达潜到设少计的投预拉全值，郊各斜根索的楚张拉钥控制堂力由酷逆向截施工厌（即引先从川结构结预应绸力初象始态火“放果松——拆”唇）确滤定。监控妄：实际稳张拉佳施工倦过程顺中，允同时着监控暗结构既的几迟何形暂状与樱索力勿，即灰采取姿双控粗措施坊。156.银1萄结构愧模型笋（脊法梁）半榀脊梁喝、撑萝杆及梯拉索吓的单蠢元与烟节点拖编号166.埋2史张拉封过程张拉叛过程亦与张亭拉控壶制力哈F结构弊变形锯过程林D第1暑步第2片步第3布步第4句步17F镇(续顾1)D宪(续景1)第5充步第6淋步第7睡步第8刑步18F曲(续旧2)D面(续厦2)第9柱步第1吩0步第1长1步196.其3淡构件更强度绍应力搏比与吃稳定贵应力委比变慎化过鸭程指（施奏工验填算）单元究1最投大强寻度应蛋力比胳0.览38走6，想稳定望应比皆变化罗过程报与此吹相似越，最艰大稳详定应芹力比趁0.带39惑0单元工2最所大强男度应得力比扯0.绢33板0，她稳定互应比袋变化胞过程纲与此率相似件，最蛙大稳瘦定应答力比拐0.挡33身6单元秃3最抱大强法度应蜻力比行0.顺27势4，吃稳定旅应比佳变化钻过程境与此该相似调，最蚁大稳句定应猛力比非0.蝇28驶2单元唇4最牧大强仿度应俩力比颜0.针20恨9，杨稳定棵应比上变化窑过程凶与此亚相似西，最止大稳灶定应觉力比型0.校21管7单元严5最缸大强盒度应蹦力比较0.狭12田4，南稳定鞋应比伴变化考过程件与此辣相似照，最案大稳旗定应亡力比劝0.鸟13渐6撑杆发单元敞2-闭7最扣大强效度应捐力比跌0.拐24健9，净稳定购应比改变化确过程危与此哭相似腐，最基大稳战定应戴力比驼0.舟26夺520撑杆沉单元萍3-君8最末大强争度应湿力比疼0.烂36唤3，除稳定吊应比扰变化诵过程督与此姥相似魔，最鸽大稳泛定应息力比誓0.根45顺4撑杆炕单元巧4-品9最胶大强五度应五力比秘0.霞24田9，表稳定惕应比络变化货过程恳与此姻相似趴，最肤大稳抄定应永力比桥0.脉30书7撑杆陈单元弄5-布10盼最大粘强度并应力押比0消.1迈27斤，稳槐定应液比变甚化过虫程与斯此相举似，润最大汽稳定邀应力纵比0浩.1泻63支座泊水平奸反力姓（读单位眨：k勺N）施工步H-Reaction1-33.1985520.64785310.41511411.36953510.8089610.68583727.16057830.68972931.255131031.006871130.95559设计里初始着预应妈态H的r眼=血30丝式.8兔96旬kN支座荡水平孕反力摩变化似过程柿（单苍位：快kN堪）21计算幸结果粱表明店，结孙构经胞过张窃拉能头达到捆预期隐的设晕计结仍构预喝应力跌分布摆与初桌始几钳何形旱态，弯且精岸度较径高。港该预代应力券结构漆可以善通过报正确召的施同工张偶拉得走以实伸现；部分亲构件另在张肉拉过痰程中卡的最思大强冰度与胳稳定梢应力单比超致过了祝张拉啦结束认后的伶相应努数值省指标哀，但取其数论值总匆体程味度较同小，敬且远首远小谨于最打不利锣荷载材组合献下的鹿应力芹数值梳指标踏。结脊构在摘张拉胞过程似中满巩足强随度与择稳定鲁性要谊求；最外中圈索妹的设游计预抢拉力耐最大络，张郊拉最石外圈竟斜索嘴时，保结构亦的变饱形与絮构件著内力咬的变能化也妹最大帐；计算达表明纱，由繁于上层部单唯层网祖壳的突刚性须已经举较大骨，每末一圈符索的典张拉梢虽然羞会导耳致其牧它已玩经张赢拉索康的拉会力变马化，谦但变高化幅脏度很骡小。仿真复计算合结论讯:228.弟结疼语预应若力拉裹索有耳效地亏调整廉了上亭部刚拒性网闹壳结鹅构的误内力衫分布佣，削肥减了默内力鬼峰值乖，提嫩高了丸材料向的利进用率供，总渐体经扯