上海世博会主题馆结构选型与设计

上海世博会主题馆结构选型与设计主题一、上海世博会主题馆工程概况二、主题馆屋面结构方案选型三、主题馆结构计算模型与分析四、主题馆结构设计工程概况

世博会主题馆是展示上海世博会“城市，让生活更美好”的主题和凸现大型事件的展览场所。世博会期间将结合世博轴北端的庆典广场举办世博会开、闭幕式等大型活动。世博会后主题馆将综合利用为展览建筑群体。主题馆作为永久保留场馆建筑，地上建筑面积为8.0万平方米，地下建筑面积为4.0万平方米。工程概况工程概况屋面建筑平面投影为矩形平面，东西向288m，南北向216m，高度为26m。室内按功能要求分为三个区，即西侧展厅中庭、东侧展厅。其中，西侧展厅是180m×140m无柱大空间。屋面结构南、北方向各悬挑18m。

建筑平面图建筑平面图结构方案选型结构挑战主题馆屋盖结构设计之挑战西侧展厅为180m×140m无柱大空间，建成后为中国最大跨度展馆之一。为保证建筑室内净高要求，西侧展厅屋面结构高度限制在12m之内。展厅南、北方向悬挑端跨度18m，如何有效解决悬挑端弯距对内侧屋面的不利影响。屋面结构设计要体现屋面之轻盈、简洁、通透，置身于展厅中将领略到结构之韵律美及先进结构技术造就的时代感。

结构方案选型方案一：单向张弦桁架西侧展厅屋面结构选型轴侧图平面图立面图结构方案选型方案二：双向张弦桁架轴侧图平面图西侧展厅屋面结构选型立面图结构方案选型方案三：巨型折板框架轴侧图平面图西侧展厅屋面结构选型立面图结构周方案任选型西侧区展厅屋面穴结构爆选型结构参数方案一方案二方案三结构方案单向张弦桁架双向张弦桁架巨形折板框架结构高度(m)11.511.58标准竖向荷载跨中变形(mm)-368-426-262支座推力(KN)22541940单位用钢量(kg/m2)101189104西侧芽展厅乒屋面瘦结构携方案粗对比壁分析眉结果西侧芒展厅贼屋面奥结构挤方案清评价从结驴构效座率来励看，壮方案五三最祥优，贵结构盘高度鞋最小虽，竖照向刚私度大劈燕；方范案一漆在结短构高吧度能磁满足恒建筑锈室内伶要求津的前阶提下弱，结柿构挠柿度符杯合要锯求，枣且单且位用盼钢量浆最省呜；方陪案二框结构获效率傻较低细，用最钢量葬大。从对锄下部师结构拌影响甜来看苏，方垫案一陶为自夺平衡绍体系通，故之对下界部结保构推砌力较认小，笼柱子版及基咽础设付计难取度低项，结穿构费锻用少吊；方粗案三溪为巨扰型门圾式刚继架体霜系，尘上部南结构拿对基幅础的寨推力孝是一柴较难讨处理韵的问规题。从对难建筑寸要求视影响有来看捕，方由案三担两侧先巨型贤柱各附宽9m，建葱筑空黑间占迎用很缩慧大；谢方案渴一对雀下部达结构子要求萌较低当，故绣柱子狗截面椅较小数，建逐筑空伴间利怕用率在较方舒案三花高。经以肚上比圈较，察西侧惜展厅就屋面篮结构沈选择单向孝张弦康桁架方案膨。结构示方案丘选型张弦掉桁架愿实体较图西侧京展厅伤沿屋殿面纵谣向布肿置张弦隐桁架作为糕屋面城结构任的主翻要承止重体桑系。结构浆跨度14售4m，结皆构高掠度11凤.5渴m，失屋跨比叹为1/蜜12羊.5。每榀闭张弦嗓桁架宁布置2道V字型察撑杆处。西侧其展厅屋面衡结构诸选型结构危方案袄选型张弦词桁架蚂构成筋图结合倍屋面跃建筑幕形态壳和表屈面机伟理，桃上弦苏采用守断面夏为正三火角形仁立体打桁架，立疑体桁择架高3m，宽3m。两对V字型稀撑杆卫上端卷连接挣于立旬体桁肉架下喝弦杆局，下子端通注过索斑夹相挂连，乡丰从而饶确保疲了撑贼杆平设面内察、外丽稳定咐性。索夹辈设计管为在影张弦翠桁架达平面适内可家自由弹转动室，保洪证了帜索力坝有效萄传递葛。张弦萌桁架移下弦哪采用雨两根致平行多钢拉袄索，裁拉索历间隔1.驳5m拉索V字留型撑桶杆立体杆桁架索夹张弦避桁架结构训方案抽选型东侧断展厅敞、中差庭立体寄桁架着实体道图东侧采展厅捉及中共庭结肾构选注型东侧哪展厅旨及中滨庭屋龟面结紧构沿仅东西帽向采岭用多跨屋连续醒立体劝桁架作为医屋面互承重面结构乒。立体金桁架谜采用之断面笋为正三白角形邀立体叼桁架，纵源向三时榀立雪体桁共架下迅弦宽户度均戏为3m，桁挥架高梅度均雨为3m。结构耽方案悟选型挑檐名设计挑檐棕设计挑檐脑采用变截讨面平绍面桁盾架结构乔形式筐，跨丙度18碗m，间椒隔3m，共19圆2榀。为进罗一部刊加强罚挑檐剂结构累的整午体性谁，并运改善膜檩条朽的受听力性炎能，乎檩条敞中部盾通过V型隅贺撑系悬统与仗平面踩桁架欣下弦素杆连房诚接，象形成参独特方的三丙维檩种撑体戒系。挑檐边桁剂架平面咐桁架檩条隅撑挑檐益布置新图结构胖方案虽选型檩条驰体系屋面阁檩条绒体系肢剖面抹图屋面球檩条无体系诉选型檩条箱布置浓结合愧建筑添屋面吃造型兆，一都端连奥接于销立体态桁架熊上弦昨杆，绒另一名端连盾接于艰立体义桁架窝下弦鉴杆，纺内跨赖檩条壳采用H型钢。边跨时檩条擦设计羽为与晃挑檐涂相同房诚结构麦形式请，即凑变截圣面平桌面桁来架，鄙通过短桁架电檩条较抗弯项能力愁平衡制了挑蝴檐对龟边桁农架扭唉转，胃减小苗了边腹榀菱绿形桁想架的碎截面穷尺寸仇。H型碰钢檩说条桁架洞檩条挑檐张弦湿桁架边桁揭架结构匪方案劈燕选型支撑资体系屋面眯支撑航体系宽布置召图屋面头支撑虚体系屋面命沿纵丹向布接置6道支基撑。屋面饲沿横蝇向在移西侧除展厅框中间燥及两跑侧布急置4道支里撑，锅在东蜡侧更展厅抓两侧敏布置2道支应撑。屋面抽支撑结构档方案忍选型屋面樱结构平面乒图结构辜方案虾选型屋面痰结构轴侧去图结构奔方案畜选型屋面峡结构剖面京图屋面兔纵向絮剖面烦图屋面省横向草剖面泉图结构稿分析样与设恐计荷载舒取值结构堤自重秒：按末实际泊情况眼考虑屋面跌恒荷超载：西侧型展厅朱屋面县、东堵侧展疫厅屋默面及崖挑檐茅取0.岗8K棚N/外m2中庭刘屋面冠取1.刚2K污N/垂m2(考虑御太阳研能板翁荷载油）屋面活活荷惕载：然整体孕计算贸取0.绢3K曲N/苦m2；檩臭条设解计取0.镇5K卫N/均m2屋面继风荷丑载：列挑檐归处取2.坦7K葛N/假m2，其膜他屋南面取1.钢08记KN弄/m2（风声吸）温度适作用的：上相海市夏市区照年极窜端最妙高气庸温38汤.8爸℃，年夜极端局最低刚温度-2捡.0随℃，故稿取最攻不利佛季节轰温差40促.8吐℃作为扯结构分设计采温度栽值。地震太作用释：设图防烈疏度为7度，均特征僻周期0.揭9s，屋晚盖单校独计厌算阻数尼比倾取0.仰02，上瓣、下爷部结书构整盼体计光算取0.拍03肺5荷载该取值屋面除结构宽单独隆计算霜模型上、燃下部废结构巡寿整体股计算厨模型结构增分析渗模型本结台构采苦用以辩下计项算分寨析模借型：绸屋面稠单独趁计算读模型堤，采存用弹霸簧单旧元模清拟下吸部结拿构的姥刚度绣；屋途面与扣下部种结构怨整体忠计算柳模型粒；同腹时还座对单屋榀张掉弦桁幸架进腥行张淡拉分浊析。计算映模型结构正分析外与设脚计初始蠢预应伤力状川态下纹内力服图初始奖预应件力状俗态下候变形俊图初始责态单根璃索力初始搏预应侍力为19佳87葱KN，其被应力秆为11碰2M仆Pa上弦铸杆内仇力初始酬预应禾力状依态下宰为26供43碎KN单榀因张弦妨桁架静力牛分析结构慌分析宁与设次计荷载宝态单根狸索力1.艳2D阀ea袋d＋1.怖4L竟iv嚼e，内揉力为50独10砌KN在,其应酬力为28母4M省pa上弦耐杆内凭力1.瞒2D祸ea欺d＋1.钉4L锹iv猫e，内吓力94爹51陈KN1.族2恒所＋1附.4仆活荷要载作稻用下反内力锐图1.客2恒斩＋1炉.4惜活荷瞎载作孤用下伏变形条图结构烧分析第与设帖计单榀窃张弦洗桁架静力荷分析单榀尿张弦傻桁架标静力掀分析阔结果心表结构遮分析炮与设伍计荷载工况分析内容分析结果Self拉索内力（KN）1987预应力反拱(mm)103支座滑移(mm)47Self+Dead拉索内力（KN）3840跨中挠度(mm)-236支座滑移(mm)21Self+Dead+Live拉索内力（KN）4404跨中挠度(mm)-339支座滑移(mm)14Self+Dead+Wind拉索内力（KN）2497跨中挠度(mm)20支座滑移(mm)40张弦刷桁架闯跨中触最大道挠度错为-3铜39抵mm，小耳于跨怠度的1/饭40兴0在风穴载作早用下离，张张弦桁降架最吼小索辱力为24勒97致KN，拉口索不粘松弛张弦兄桁架主支座刊最大倍滑移仪量为47预mm单榀拣张弦龄桁架静力混分析荷载工况分析内容单独分析整体分析误差（%）Self+Dead+Live拉索内力（KN）415343524.5跨中挠度(mm)-368-3834支座推力（KN）112250Self+Dead+Live+Tempereture拉索内力（KN）408543285.6跨中挠度(mm)-354-3571.1支座推力（KN）941049.6屋盖进上部终结构前单独绒分析溪与上埋、下袜部结走构整口体分末析比倚较分析正结果奏评价单独权分析挖与整辣体分郑析在裤拉索库内力脾及跨钩中挠途度方波面的各差异赏均较佛小，首因此穷单独寺分析偿结果割能够巴满足改上部稍屋盖院设计努要求礼。单独童分析扎与整义体分盾析支眉座推抛力差漏异较距大，他原因验主要娃是由流于下是部结犹构复坐杂，墓采用妄弹簧建单元氏较难发真实闲模拟辰支座忧处侧任向刚宴度。窑因此佳，需耐要通坊过上撞、下吉部整击体分诊析才堵能较叉准确艰地确毅定上侨部屋若盖对神下部侮结构抹的真董实反泳力。结构席分析编与设脆计屋盖稀静力疾分析超长葛结构岛温度绑效应赔分析结构螺分析膀与设宏计楼面垦温度餐作用一层族东侧哲展厅五为18彼0m扛×1扯08津m大空篮间，厌本层目楼面麻尺寸刘超出镜规范门建议滔的伸咏缩缝掌间距塌限制咱，属截于大访面积路楼盖鞋结构毛，故钉采用广有限冤元计趴算分重析楼锈板温目度应符力问院题。钢框招架与喝混凝睡土楼凤板同佩时升束降温40凑.8饶℃，采惠用混丽凝土蚕弹性撇模量返折减诸来模习拟混屈凝土猎楼板钞的徐谷变问返题。超长跌结构挪温度伏效应筹分析结构冈分析夺与设痛计楼面材温度悠作用应力捡集中丸部位楼板尝右侧倾边三播等分螺附近楼板评左侧武边跨巾中处楼板掌上下布边左魔角处应力葬集中屠处楼绵板最热大应样力1.递90益mp忧a>寒1.饭43录mp仪a应力刮集中盆原因相同看位置暮附近拜布置乒有柱贷间支仰撑，纳限制魂了板开的自臭由收士缩非应麦力集唤中处垮楼板谷应力岗平均出为0.叮2m部pa动力犁分析第一罚阶：绝纵向狗整体取平动损，周带期1祖.2伤s第二车阶：励横向捕整体情平动养，周捡期0陈.9社4s第三站阶：挡整体议扭转傅，周钞期0集.7螺3s结构津分析顺与设击计分析内容分析结果结构自振周期T1(s)1.2T2(s)0.94T3(s)0.73T3/T10.61最大层间位移角纵向地震作用1/361横向地震作用1/409最大层间位移与平均层间位移的比值纵向地震作用1.032横向地震作用1.259动力僵分析离结果屋面艰结构从动力跑分析范结果责表通过弓屋面倚支撑兵和柱馒间支卧撑的此合理缓布置财，结倚构的挎扭转/平动扔周期筹比、柄最大僻扭转赞位移移比以旨及最召大层威间位农移角面均满钞足相飘关规错范要糕求。结构熔分析葡与设砌计设计纳结果屋面伪结构帝主要宾