索结构实例一

实例一东海大桥桥头堡

三、工作状态分析

1. 荷载取值

恒载：结构自重+悬挂物重。悬挂物重为4个2KN的集中荷载，施加于拱跨内。

活荷载：检修荷载取每3米1KN。

风荷载：基本风压0.6KN/m2，地面粗糙度类别为A类，风载直接作用于杆件面，

体型系数取0.7。根据结构布置特性去y正向、y负向、x正向三个风攻角。

温度作用：升温25°C,降温25°C。

地震作用：抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g；场地类别IV类，设计地

震分组一组；阻尼比0.02；按上海规程计算。

2.荷载组合

1) 1.20 恒载+ 1.40 活载

2) 1.20 恒载+ 1.40 风载

3) 1.20 恒载+ 1.40 温度

4) 1.20 恒载+ 1.40 风载+ 1.40x0.7 温度

5) 1.20 恒载+ 1.40 风载+ 1.40x0.7活载

6) 1.20 恒载+1.3水平地震+ 0.5竖向地震

四、节点设计

节点是钢结构设计的灵魂所在。节点设计应做到：符合计算模型的受力模式、构造合理、耐久可靠，便于施工安装。

1、半相贯节点

景观设计要求拱轴向管与环管为半相贯连接，这种连接方式削弱了节点区的刚度，容易造成应力集中，不利于荷载效应的传递。由于设计周期很短，无法进行试验验证，只能通过有限元数值模拟指导该节点的构造设计。ANSYS的有限元分析结果如图所示。轴向管束造成环管受力较复杂，在相贯线周围出现应力较高区域，局部应力接近钢材屈服应力（345N/m2），所以我们采用了图所示的加强措施，用一段“瓦片状”半管加强轴向管以防其局部受压屈曲，环管中沿环向插入一块加劲板，以减小相贯线部位的应力峰值。

实例二

无锡中国纺织采购博览城国际会展中心中厅屋盖

三、工作状态分析

•荷载

1) 永久荷载：

– 1.0 kN/m2（包括屋面板、檩条以及吊挂）

2) 可变荷载：

–屋面活荷载：0.5 kN/m2

–屋面雪荷载

•基本雪压：0.45 kN/m2 ；屋面积雪分布系数：1.0；考虑满跨和半跨雪荷载。

–风荷载

•基本风压：0.45 kN/m2；地面粗糙度类别：B类；风荷载体型系数按《荷载规范》

•风振系数：1.3

–地震荷载

•设防烈度为6度，设计基本地震加速度0.05g，设计地震分组第一组；Ⅲ类场地–温度荷载

•考虑30°C的降温和30°C的升温

•组合

1) 1.2（恒＋预张力）＋1.4活

2) 1.0（恒＋预张力）＋1.4风

3) 1.2（恒＋预张力）＋1.4（活（雪）＋0.6风）

4) 1.0（恒＋预张力）＋1.4（0.7活（雪）＋风）

5) 1.2（恒＋预张力）＋1.4温度

6) 1.2（恒＋预张力）＋1.4（活（雪）＋0.7温度）

7) 1.2（恒＋预张力）＋1.4（活（雪）＋0.6风＋0.7温度）

实例五

复旦大学上海视觉艺术学院

一、工程概况

•本工程位于上海市，建筑总高度29.5米，玻璃幕墙高度基本为29.5米。整个玻璃幕墙形状犹如眼球构造，分成两大部分，顶部主拱与“睫毛”桁架之间采用框式幕墙，“睫毛”桁架以下的部分采用索杆体系支承的点支式玻璃幕墙，共11榀立挺桁架，二道腰桁架，从上至下7道水平索杆，两道立挺桁架之间设置3道竖索。

二、初始状态分析

本工程中点支式玻璃幕墙的支承体系为柔性索杆—刚性桁架的混合结构，需要考虑索杆梁结构共同作用。

一般可以采用降温手段实现拉索的预张力并求解结构初始状态的平衡内力，这要求建立的结构几何模型十分精确。本工程中索桁架都布置在空间弧形球面上，索桁架的几何模型很难确保在一个平面内，所以在采用降温处理时，第一步计算后部分索因缩短而退出工作，导致迭代计算失效。

本工程计算时，模拟实际情况，在迭代计算中给定端部索段预张力30kN 不变，最终确定自平衡的结构初始状态内力分布。计算表明，达到平衡状态时的结构几何模型与原模型最大误差为2mm，证明原结构布置和几何模型是能实现初始的平衡状态的。

三、工作状态分析荷载工况

①主拱桁架

1.恒载工况0 （D）

i.上弦表面：0.5kN/m2

ii.上弦主拱桁架及次桁架表面

：1.0kN/m2

2.活载工况1（L）

i.上弦表面：0.5kN/m2

ii.上弦主拱桁架及次桁架表面

：0.5kN/m2

3.风载工况2-3（W）

基本风压w0=0.55 kN/m2，

风振系数βz=1.5，

风压高度变化系数：根据荷载

规范和主体结构标高确定。

风压体型系数：正风压0.8，

负风压-1.0。②幕墙支承体系

1）、恒载工况0（D）

i.结构自重：由软件自动处理

ii.玻璃恒载：0.7kN/m2 2）、活载工况1（L）

活载工况：0.5kN/m2，

分布在玻璃面板上3）、风载工况2—3（W）

4）、预张力（P）

拉索的预张力为30kN。

③温度作用：±20℃

三、工作状态分析（续）

荷载组合

不考虑温度作用的组合

承载能力极限状态

①. 1.2 ×D + 1.4 ×L + 1.4 ×0.6 ×W ②. 1.2 ×D + 1.4 ×0.7 ×L + 1.4 ×W ③. 1.2 ×D + 1.4 ×L

④. 1.2 ×D + 1.4 ×L

⑤. 1.0 ×D + 1.4 ×L

正常使用极限状态

①. 1.0 ×D + 1.0 ×L + 1.0 ×0.6 ×W ②. 1.0 ×D + 1.0 ×0.7 ×L + 1.0 ×W ③. 1.0 ×D + 1.0 ×L

④. 1.0 ×D + 1.0 ×L

考虑温度作用的组合承载能力极限状态①. 1.2 D + 1.4 L + 1.4 ×0.6 W + T ②. 1.2 D + 1.4 ×0.7 L + 1.4 W + T

③. 1.2 D + 1.4 L + T ④. 1.2 D + 1.4 L + T ⑤. 1.0 D + 1.4 L + T 正常使用极限状态①. 1.0 D + 1.0 L + 1.0 ×0.6 W + T ②. 1.0 D + 1.0 ×0.7 L + W + T

③. 1.0 D + 1.0 L + 1.0 T ④. 1.0 D + 1.0 L + 1.0 T