上海南站屋蓋鋼結(jié)構(gòu).ppt

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1、上海南站屋蓋鋼結(jié)構(gòu)分析同濟(jì)大學(xué)羅永峰may20041建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展上海南站屋蓋建筑造型may20042建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展1.1屋蓋曲面形狀屋蓋平面：圓形，直徑約276m。立面：由三部分曲面組成外柱和頂壓環(huán)間--扁圓錐曲面，外徑224.0m，內(nèi)徑32.0m，矢高19.187m。中央頂壓環(huán)--直徑32.0m，圓錐曲面。頂壓環(huán)在主梁內(nèi)端處升高2.6m，形成一突出圓錐面屋頂，矢高24.28m。外柱以外--邊緣懸挑25.567m，形成邊緣上翹的圓環(huán)曲面。1.屋蓋概況may20043建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展1.2鋼結(jié)構(gòu)體系屋蓋鋼結(jié)構(gòu)主梁18根，沿平面射線方向

2、均勻?qū)ΨQ(chēng)布置。梁的平面形狀為二次分岔Y型梁，分岔點(diǎn)位于內(nèi)、外柱處。梁在內(nèi)柱以?xún)?nèi)部分設(shè)有下弦預(yù)應(yīng)力鋼棒和剛性撐桿。may20044建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展梁截面形式為沿軸線變截面（變截面尺寸但不變形狀）的橄欖型薄壁閉口截面，在上下翼緣處分別用鋼管和鋼板加強(qiáng)。may20045建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展屋面檁條為圓弧曲桿鋼管，連接于橄欖型主梁截面中線，檁條間距約3.832m。在半徑為28.045m、46.699m、76.0m（內(nèi)柱處）和112.0m（外柱處）處圓弧檁條旁增設(shè)直鋼管檁條，稱(chēng)為主檁條。may20046建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展屋蓋主梁間除檁條外，另設(shè)有4道X形

3、預(yù)應(yīng)力鋼棒索。梁間鋼棒索既不平行于主梁，也不平行于檁條，均為Y型主梁分岔點(diǎn)處分支梁的反向延伸。may20047建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展may20048建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展屋蓋結(jié)構(gòu)下設(shè)兩圈支柱：內(nèi)圈柱分布在直徑152.0m的圓周上，共18根φ650mm的鋼管混凝土柱。外柱分布在直徑224.0m的圓周上，共36根φ800mm的鋼管混凝土柱，外柱沿圓周向兩側(cè)設(shè)有從柱頂?shù)降孛娴男毕蚶?，以保證柱子的側(cè)向穩(wěn)定。may20049建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展may200410建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展屋蓋結(jié)構(gòu)為主梁承重的剛性結(jié)構(gòu)體系。主要受力構(gòu)件為二次分岔的Y型主梁。主梁在內(nèi)柱以?xún)?nèi)增設(shè)預(yù)

4、應(yīng)力鋼棒。該預(yù)應(yīng)力鋼棒在頂壓環(huán)附近分岔成Y形并與其它梁下同樣的Y形預(yù)應(yīng)力鋼棒相連。主梁間X形鋼棒索形成各梁之間聯(lián)系，將整個(gè)屋蓋連為整體，鋼棒布置均不通過(guò)屋蓋平面形心。屋蓋主檁條和X形預(yù)應(yīng)力索傳遞拉力，使屋蓋形成一個(gè)完備的抗扭、抗側(cè)體系。屋蓋頂壓環(huán)將所有主梁的懸臂端連接在一起。在外柱與主梁連接節(jié)點(diǎn)中設(shè)置彈簧，用于減小溫度變化引起的柱頂側(cè)移及柱內(nèi)彎矩，2.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)may200411建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展3.鋼結(jié)構(gòu)屋蓋分析3.1Y型主梁的整體穩(wěn)定3.1.1主梁計(jì)算模型計(jì)算梁段為外柱和頂壓環(huán)之間梁段，與主梁相連接的檁條和鋼棒簡(jiǎn)化為彈簧。may200

5、412建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展3.1.2主梁穩(wěn)定性態(tài)主梁最小線性穩(wěn)定系數(shù)4.959，為加勁肋局部失穩(wěn)(前30階均為內(nèi)柱附近加勁肋失穩(wěn))，幾何非線性穩(wěn)定系數(shù)3.552，彈塑性穩(wěn)定系數(shù)2.905。may200413建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展3.2外柱與主梁間合理彈簧剛度3.2.1影響彈簧剛度的因素影響彈簧剛度的因素：彈簧行程、柱頂側(cè)移。由于構(gòu)造限制，彈簧最大寬度70mm，行程35mm。柱頂側(cè)移不能過(guò)大，否則柱端彎矩將很大。主索（即屋面交叉索）預(yù)應(yīng)力大小對(duì)柱頂側(cè)移和彈簧行程有影響但影響不大(但索退出工作，影響變大)。預(yù)應(yīng)力大，屋面剛度大、整體性強(qiáng)，柱頂側(cè)移和彈

6、簧行程小。但主索預(yù)應(yīng)力大，施工難度大。彈簧剛度的確定應(yīng)同時(shí)考慮索的作用。對(duì)最小主索預(yù)應(yīng)力應(yīng)有限制，要求索在設(shè)計(jì)荷載及常遇地震下不退出工作。may200414建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展3.2.2確定彈簧剛度的工況確定合理彈簧剛度和主索預(yù)應(yīng)力，按不同主索預(yù)應(yīng)力和不同荷載工況進(jìn)行計(jì)算?？紤]3種主索預(yù)應(yīng)力和3種荷載組合，彈簧剛度的取值范圍為2kN/mm~100kN/mm。確定合理彈簧剛度的計(jì)算內(nèi)容荷載組合主索預(yù)應(yīng)力彈簧剛度1.35*恒載+1.4*0.7*活載80MPa,100MPa,120MPa2~100kN/mm1.2*恒載+1.4*0.7*活載+1

7、.4*升溫80MPa,100MPa,120MPa2~100kN/mm1.2*恒載+1.4*0.7*活載+1.4*降溫80MPa,100MPa,120MPa2~100kN/mmmay200415建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展3.2.3理論計(jì)算合理彈簧剛度數(shù)值分析得出：1)影響彈簧剛度和行程的最不利荷載組合為“1.2*恒載+1.4*0.7*活載+1.4*升溫”；2)主索預(yù)應(yīng)力大小對(duì)彈簧剛度的影響不大；3)合理彈簧剛度為4.0kN/mm，此時(shí)在荷載組合“1.2*恒載+1.4*0.7*活載+1.4*升溫”下，彈簧行程為33.3mm，不大于35mm。若彈簧剛

8、度小，彈簧行程將超出構(gòu)造范圍；若彈簧剛度大，外柱頂側(cè)移大，柱底彎矩大。may200416建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展3.3合理預(yù)應(yīng)力的確定3.3.1合理預(yù)應(yīng)力的確定原則(1)屋面交叉主索和外柱斜拉索在設(shè)計(jì)荷載下均不退出工作；(2)屋面交叉主索和外柱