某体育文化中心大跨屋盖结构设计

收稿日期：２０１８１２１２ 作者简介：曹灵泳（１９８５），男，硕士，工程师
第２０４５１卷９年第 ２６期月 曹灵泳：某体育文化中心大跨屋盖结构设计
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１）标准柱跨区域，采用钢框架结构，与大跨连接处的钢梁采 用铰接，释放大跨桁架变形引起的弯矩，见图 ３。 ２）主场馆大跨区域：建筑要求结构主要构件沿场馆的 ４５°斜 向正交布置，以契 合 建 筑 效 果，综 合 考 虑 跨 度、经 济 性 等 因 素，大 跨区域采 用 双 向 正 交 布 置 的 张 弦 桁 架 结 构。张 弦 桁 架 总 高 度 ５ｍ。上弦采用双向 正 交 布 置 的 桁 架 结 构，桁 架 采 用 钢 管 焊 接 而 成，总高度 １．８ｍ。下弦采用双向正交布置的索系，索系下凸形成 一个凸透镜面，在索系和上部桁架构件的节点位置布置竖向撑杆
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中图分类号：ＴＵ３１８
文献标识码：Ａ
１ 工程概况
上海某区体 育 文 化 活 动 中 心 一 期 工 程，建 设 内 容 包 括 体 育 馆、残联用 房 及 停 车 库 等 配 套 服 务 设 施。建 成 后 总 建 筑 面 积 为 ３０８８０ｍ２，其 中 地 上 建 筑 面 积 １８ ８８０ ｍ２，地 下 建 筑 面 积 １２０００ｍ２。本文涉及其中体育馆的屋盖结构设计。钢屋盖长约 ７９．３ｍ，宽约 ７７．１ｍ，采用沿斜向正交布置的交叉张弦桁架结构， 张弦桁架最大跨度为 ７１．２７６ｍ；所有屋盖钢结构均通过抗震球形 钢支座支承于混凝土柱顶上，所有支座均为固定铰支座。结构最 高点为 ２５．６０６ｍ。结构的设计使用年限为 ５０年，安全等级为二 级，耐火等级为一级。建筑效果图如图 １所示。

２ 结构选型与结构布置
根据屋面的建筑形态、下部结构可以提供的支承条件以及建 筑要求的效果，并 综 合 考 虑 各 结 构 体 系 适 用 性，屋 顶 按 区 域 采 用 不同的结构形式，如图 ２所示。
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（最高处 ３．２ｍ），从而构成双向正交张弦桁架，能够保证上弦和下 弦的整体稳定［１］。桁架与支座钢柱连接，支座钢柱通过抗震球型 铰支座与下部混凝土结构连接。
来自百度文库
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! "#$%&'()*+,-.! 竖向荷载下，上部桁架结构受压受弯，下部索系受拉，形成桁 架机制，同时撑杆 受 压 起 到 了 对 上 部 的 反 拱 作 用，改 善 了 结 构 的 竖向刚度和承载力。周边通过抗震球型铰支座支承于下部混凝 土柱顶，竖向力可 以 直 接 传 递 给 下 部 结 构。 水 平 力 的 传 递，由 于 上部桁架是斜向 正 交 布 置，类 似 于 满 堂 支 撑 形 式，同 时 还 在 主 桁 架压弯构件上弦 杆 平 面 内 布 置 了 封 闭 的 交 叉 支 撑，面 内 刚 度 好， 故水平力通过桁架结构直接传递给抗震球型铰支座，进而传递给 下部混凝土结构。 本文主要讨论大跨区域的张弦桁架的设计。 主要钢材采用 Ｑ３４５Ｂ，柔性支撑采用 Ｑ２３５Ｂ，桁架钢管主要截 面尺寸为 ８９／４～３２５／１４，拉索为 ５×１０９的 ＰＥ索，撑杆截面 为 １５９／８。 结构布置如图 ４，图 ５所示。
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第 ４５卷 第 ２０１９年
２６期月
山 西 建 筑
ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ
ＦＶｅｏｂｌ．．４ ５２Ｎ０ｏ１．９６
文章编号：１００９６８２５（２０１９）０６００２８０３
某体育文化中心大跨屋盖结构设计
曹灵泳
（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 ２０００９２）
摘 要：根据建筑效果的需求，上海某体育文化活动中心屋盖选用双向正交布置的张弦桁架结构，通过建立屋盖与下部混凝土结
构的整体模型，分析了各工况的结构内力和变形，并利用 ＡＮＳＹＳ有限元软件对屋盖结构进行了极限承载力分析，结果表明屋盖结
构具有良好的受力性能。
关键词：正交布置，张弦桁架，静力分析，极限承载力
所示。初始状态下，主 桁 架 压 弯 构 件 上 下 弦 的 内 力 都 较 小，拉 索
内力较为均匀。
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在 竖 向 荷 载 作 用 下 ，主 桁 架 压 弯 构 件 的 上 弦 和 下 弦 以 承 受
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３ 结构设计与分析
３．１ 结构计算模型
在结构设计软件 ３Ｄ３Ｓ中建立了整个屋盖和下部混凝土框 架结构的整 体 模 型［２］，能 够 准 确 模 拟 屋 盖 的 边 界 条 件，如 图 ６ 所示。
竖向挠度：跨中挠度限值［Ｌ／３００］，Ｌ为屋盖跨度；悬挑端挠度
限值［Ｌ／１５０］，Ｌ为悬臂长度；
杆件应力比：不大于 ０．９ｆ（ｆ为钢材的强度设计值）；拉索内力
小于其破断荷载的 １／２（安全系数不小于 ２）。
３．３ 典型工况下的静力分析
初始状态下（拉索张拉完毕，屋面荷载和活载未施加）拉索的
内力应使得张弦桁架在各种工况下的挠度和承载力满足要求，且
在风吸作用下拉索不发生松弛。经过试算调整，拉索内力如图 ７