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06年會:四川省博物館采光天棚張拉筒殼設計

作者:建筑鋼結構網    
時間:2009-12-22 20:25:58 [收藏]
(五洲工程設計研究院 丁大益 劉威)
    (五洲工程設計研究院 丁大益 劉威)

    [提要] 隨著我國建筑材料工業的不斷進步,使得許多新型的建筑結構形式得以實現,其中預應力鋼結構的發展尤其迅速。本文結合四川省博物館采光天棚的工程實例,分析了張拉筒殼結構在不同結構狀態的受力機理,對索的初始預拉力值確定、結構的內力和變形計算、桿件及節點設計等關鍵問題進行了較為深入地分析,得出了一些有益的結論。
    [關鍵詞] 張拉筒殼 索 結構狀態 預拉力
    Cable Stayed Tube Shell Design for Sunshade of SiChuan Museum / Ding Dayi
    (Wuzhou Engineering Design and Research Institute, Beijing 100053, China)
    Abstract: As the development of building materials industry, some new type structures have
    come true. Especially prestressed steel structures, who have made a rapid progress in recent
    years. The work mechanism of cable stayed tube shell in different structure status was
    presented with the Sunshade case of SiChuan Museum. Analysis was carried out on the
    key issues, such as cable prestress value, force and deformation calculation, member and joint
    design and so on. Finally some useful conclusions were brought forward.
    Keywords: cable stayed tube shell; cable; structure status; prestress

    在鋼結構承重體系中,引入人為應力以抵消荷載應力,調整內力峰值,增強結構剛度及穩定性,改善結構其他屬性以及利用預應力技術創建新體系的,都可稱為預應力鋼結構[1,2]。預應力鋼結構靈活地選擇受壓構件形式和施加預應力的方式,從而發展出許多新的結構形式,張拉筒殼結構就是其中一種。張拉筒殼結構類似于張弦梁(桁架)結構,作為一種自平衡體系,它發揮了鋼索抗拉強度高和筒殼抗壓(拉)性能良好的特點,結構受力合理,能夠實現較大的跨度。本文擬結合四川省博物館采光天棚的設計,首先分析張拉筒殼結構在不同結構狀態的受力機理,而后對纜索初始預拉力值的確定、結構的內力和變形計算、桿件及節點設計等關鍵問題進行較為深入地分析,得到一些可供相關結構設計參考的結論。
    1. 張拉筒殼結構原理
    張拉筒殼結構與張弦梁結構的不同之處在于,張拉筒殼是用對稱的斜撐桿(或垂直桿)連接上部抗彎受壓構件(筒殼)和下部受拉構件(索)而形成的自平衡結構。構成上部筒殼的拱形梁可近似看作多跨連續梁,對稱斜撐桿(垂直撐桿)作為此連續梁的支點。預應力索可定義為三種狀態:1) 初始狀態,索施加預應力前的索段施工放樣狀態,即結構成形的起始狀態;2)成形狀態,結構在自重和預應力作用下的平衡狀態,為結構承載變形的起始狀態;3)荷載狀態,即結構在承載后的平衡狀態。上部的筒殼一側邊固定,另一側邊允許水平滑移來建立預應力,從而達到結構的“成形狀態”。在“初始狀態”的上部筒殼桿件主要受彎曲應力,成形后在“荷載狀態”則視索預應力值和基本風壓值的大小,上部筒殼桿件承受壓力或拉力,纜索受拉。
    ......
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