单向张弦梁结构的设计与思考

来源： 结构飞侠 公众号

1. 引言

笔者在工作中有幸接触到单向张弦梁项目，在学校的时候深入阅读过一些预应力钢结构方面的书，例如：陆赐麟老师的《现代预应力钢结构》，陈志华老师的《张弦结构体系》，张其林老师的《建筑索结构设计计算与实例精选》，对书中某些算例也进行过深入学习。

上海浦东国际机场航站楼算是国内比较早的采用张弦梁结构的建筑，并且在主体结构中采用抗风索，以抵抗风吸力对张弦结构的不利影响。

2.项目分析：      

通常张弦梁项目由上弦刚性横梁，刚性撑杆与下弦柔性拉索组成，当由于风荷载比较大时，张弦结构有个很重要的设计要求就是在任何工况下下弦索力T>0,说白了就是任何工况下下弦拉索不能退出工作。笔者在工作中遇到的一个项目，基本风压达到0.85kN/m ² ，100年一遇的风压来到1.0 kN/m ² ，在自重+恒载+1.5风吸力作用下，下弦拉索索力T=0，下弦拉索退出工作，由于建筑功能为训练馆，不可能给条件在建筑内部提供像浦东国际机场那样的抗风索牵引点，笔者通过多轮调整，上弦截面做的很离谱的情况才能保证T>0，此时的上弦截面明显不合理。

于是通过与建筑配合幕墙能做的抗风索的位置只能是图上所示的这样。

3.计算结果：      

主体结构三维轴测图

找型结束后的索内力（张拉控制内力）      

抗风索张拉控制内力

自重+恒载+1.5风吸力作用下的拉索内力

另外笔者还想提一下，近年来各种极端天气频繁发生，实际计算时，项目还考虑了按照100年一遇的风压，计算下弦拉索不能失效。

4.现场施工照片      

       

张弦梁结构撑杆平面外稳定性分析

1. 引言

上期单向张弦梁结构，有人提到张弦梁下弦会不会向平面外失稳，今天来说说这个事情。

2.理论推导

假设拉索与下限支撑点发生微小变形Δ，微小位移后的拉索与图中y轴夹角为β，与z轴夹角为γ，拉索的索力为T，T沿着z轴的投影为Tcosγ，T沿着y轴的投影为Tcosβ，其中cosγ=h ₂ /sqrt( l ² +h ₂ ² )，cosβ=Δ/sqrt( l ² +h ₂ ² )。 拉索张力T的竖向分量（沿着z轴）使得撑杆有往平面外失稳的趋势，其出平面的弯矩为：M _外 =2Tcosγ·Δ=2T·h ₂ /sqrt( l ² +h ₂ ² )·Δ， 拉索张力T的水平分量（沿着y轴）使得撑杆有往平面内恢复到初始状态的趋势，其恢复到平面内的弯矩为：M _内 =2Tcosβ·(h ₂ +h ₂ )=2T·Δ/sqrt( l ² +h ₂ ² )·(h ₂ +h ₂ )  

从上式就可以看出，当h ₁ >0，张弦梁矢高为正时，M _内 >M _外 ，结构自身使撑杆回到平衡位置的能力大于偏离平衡位置的能力，认为结构的平衡态处于稳定的平衡态，当h ₁ =0时，撑杆处于随遇平衡状态，当h ₁ <0时，结构处于不稳定的平衡状态。     

3. 实际项目中存在的一些做法

上海浦东国际机场设计时间较早，当时对张弦梁撑杆平面外稳定问题研究不足，据张其林老师阐述，即便是当时矢高大于0的情况下，撑杆与上弦刚性横梁的连接节点在平面外做了刚接处理。

实际的项目中也有上弦横量采用双梁，撑杆采用三角形的形式，使得张弦梁的撑杆的稳定性进一步加强，如下图所示。

4. 当张弦梁矢高小于0时的一些做法。     

长沙国际会展中心（以下图片来自网络，同济院丁洁民大师团队项目）

      

保证张弦梁面外稳定性措施                

来源： 结构飞侠 公众号，如有侵权请联系我们。

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 4人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫