关键词:预应力结构 大跨度结构 空间钢结构 空间网格结构 索穹顶结构
弓式预应力钢结构 应用与发展
1.前言
预应力大跨度空间钢结构是把现代预应力技术引用到例如网架、网壳等网格结构、索、杆组成的张力结构、立体桁架结构等一类大跨度结构,从而形成一类新型的、杂交的预应力大跨度空间钢结构体系.这一类结构受力合理、刚度大、重量轻,制作安装也比较方便,在近十多年来得到开发与发展,并在大跨度、大柱网的公共与工业建筑中得到应用,且受到国内外科技界和工程界的关注和重视,其推广应用和发展前景是无比广阔的[1][2][3].
采用预应力技术于大跨度空间钢结构具有如下的特色和优势.
(1)可以改变结构的受力状态,满足设计人员所要求的结构刚度、内力分布和位移控制.
(2)通过预应力技术可以构成新的结构体系和结构形态(形式),如索穹顶结构等.可以说,没有预应力技术,就没有索穹顶结构.
(3)预应力技术可以作为预制构件(单元杆件或组合构件)装配的手段,从而形成一种新型的结构,如弓式预应力钢结构.
(4)采用预应力技术后,或可组成一种杂交的空间结构,或可构成一种全新的空间结构,其结构的用钢指标比原结构或一般结构可大幅度的降低,具有明显的技术经济效益.
预应力空间钢结构预应力的施加方法通常有两种: 一种是在预应力索、杆上直接施加外力,从而可高速改善结构受力状态,致使内力重分布,或者是形成一种新的具有一定内力状态的结构形式;另一种是通过高速已建空间结构支座高差,改变支承反力的大小,从而也可使结构内力重分布,达到预应力的目的.
预应力索、杆的材料通常可采用高强度的钢丝束、钢铰线、也可采用钢棒、钢筋.
2.预应力网格结构
现代预应力技术与空间网格结构(包括网架与网壳)相结合便可构成预应力的网格结构.通常施加预应力的方案有两种:一种是在网架的下弦平面下设置预应力索,如图1a所示,也可在网壳的周边设置预应力索,如图1b所示,通过张拉预应力索建立与外载作用反向的内力和挠度;另一种是通过网格结构支座高差强行调整就位(通常为盆式搁置就拉,在使用阶段达到支座最终反力趋向于均匀化),使网格结构建立预加应力,如图1c所示.
预应力网格结构有下列特点:
1.可采用高强度预应力拉索作为网格结构的主要受力杆件,以降低材料耗量.
2.可采用多次分批施加预应力及加荷的原则(多阶段设计原则),使杆件反复受力,并在使用荷载下达到最佳内力状态;预应力网架结构的简捷计算法及施工张拉全过程分析可参见文献[4].
3.通过预应力技术可提高整个网格结构的刚度,减少结构挠度.
4.对于网壳结构可解决水平推力问题,适当配置支座滑动构造措施,利用预应力技术可形成无水平反力的自平衡结构体系.
5.对于采用改变支座就位高差,高速结构内力分布的施加预应力方案,是一种最经济的预应力方法;此时,对网格结构无需啬任何杆件和零部件材料.
我国已建的预应力网格结构工程有十多幢,积累了丰富的设计与施工经验,其中有代表性的工程项目详见表1.
表1 预应力网格结构工程实例[5]-[6]
工程名称 |
网格结构形式 |
平面尺寸×厚度 |
预应力技术特征 |
用钢指标或省钢率 |
建成 年份 |
设计单位 |
天津宁河体育馆 |
正放四角锥网架 |
42×42×3 |
盆式搁置就位,角支座与边界中支座相对高差9? |
28.5?/?12% |
1984 |
中国建研院结构所 |
重庆一中体育馆 |
斜放四角锥网架 |
37.8×37.8×2.34四周悬挑5.4 |
盆式搁置就位,周边支座相对高差6.1? |
23.1?/?9% |
1993 |
重庆建筑大学 |
重庆南开体育馆 |
斜放四角锥网架 |
长六边形33×66×2.2 |
盆式搁置就位,二对边及四斜边支座相对高差分别为2.8?及7.3? |
19.8?/?11% |
1993 |
重庆建筑大学 |
上海国际购物中心楼层 |
正放四角锥组合网架 |
27×27,截m腰边一角 |
下弦平面下20?处增设四束高强钢丝铸锚束 |
48?/?32% |
1993 |
上海建筑设计研究院、 |
攀枝花市体育馆 |
三向短程线型双层球面网壳 |
74.8×74.8缺角八边形,矢高8.89m |
八点支承,对角柱跨度64.9m,周边设八道预应力索,分二次建预应力值700kN |
49?/? |
1994 |
攀枝花建筑勘察设计院 |
广东清远市体育馆 |
六块组合型三向双层扭网壳 |
边长46.82正六边形,矢高8.0 |
六点支承,对角柱跨度89m,周边设六道预应力索,每索建预应力值1600kN |
44.3?/? |
1995 |
贵州工大设计院、清远市设计院 |
广东高要市体育馆 |
四块组合型三向双层扭网壳 |
54.9×69.3 |
四点(每边中点)支承,支承间共设四道预应力索,每索建预应力值1400kN |
38.5?/? |
1995 |
贵州工大设计院 |
广东阳山市体育馆 |
双曲双层扁网壳 |
44×56 |
四角支承,周边共设置四道预应力索 |
43% |
1996 |
贵州工大设计院 |
郑州碧波园 |
对角线局部三层(变高度)八面锥网壳 |
80×80(2.8~7.8)间等边八边形,矢高18.5 |
四对边端支座间沿边界共设四道预应力索,每索建预应力值700kN |
43.5?/?15-20% |
1996 |
云光建筑设计咨询开发中心 |
广东新兴县体育馆 |
四块组合型三向单双层混合扭网壳 |
54×76.06 |
四点(每边中点)支承,支承间共设四道预应力索 |
28.2?/?43% |
1997 |
贵州工大设计院 |
西昌铁路分局体育活动中心 |
矩形底球面网壳与外挑1至6m柱面网壳 |
59.7×42.7×1.25矢高6.15 |
沿纵边七点支承,沿横向设置四道预应力索,分三次施加预应力 |
28.5?/?28% |
1997 |
攀枝花建筑勘察设计院 |
江苏宿迁市文体馆 |
正放四角锥双层鞍形网壳 |
80×62.5×3椭圆平面 |
周边独立柱支承,在拱向沿下弦设十一道预应力索 |
|
1999 |
江苏省建筑设计研究院 |
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钢结构工程
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只看楼主 我来说两句 抢板凳