绍兴山水馆巨型椭球钢屋盖结构选型与设计.pdf

[摘要]绍兴金沙东方山水商务休闲中心水馆建筑造型为一体量巨大的椭球体。该椭球体中央区域形态扁平、受弯为主，壳体作用弱；周边部位曲率较大、呈压弯受力状态，壳体作用相对显著。巨大的跨度和扁平的形态给结构选型与设计带来了较大挑战。经过多方案比选和优化，最终采用由径向主桁架、中部环桁架、中央弦支穹顶、子区域单层联方网壳共同构成的钢桁架弦支穹顶组合网壳结构。重点阐述结构体系选型及优化的过程，介绍钢屋盖的结构布置、静动力特性、温度作用表现、整体稳定性和极限承载力。同时介绍支座及典型节点的设计与分析结果等。分析结果表明，选择钢桁架弦支穹顶组合网壳这一新型结构形式可有效满足超大跨度下的结构受力和建筑美观需要。[关键词]钢结构；屋盖；弦支穹顶；选型；承载力；设计

内容摘抄：

1工程概况
金沙东方山水商务休闲中心位于浙江省绍兴市，其中水馆建筑造型为一大体量扁平椭球体。整个屋盖落于地下室柱顶即±0.000标高处，在与相邻的山馆接口处有一道弧形切口。屋盖纵向长度为228m,横向最大宽度为137m,中央最高处标高为30m,跨比分别为1/7.6和1/4.6。水馆建筑效果如图1所示。

2结构体系选型
2.1结构选型的制约与挑战
目前在国内已建大体量壳体结构中，采用的结构体系包括肋环形布置的空腹双层网壳（国家大剧院)山、联方型单层圆柱面网壳（天津西站）23)、正交管桁架结构（福州海峡国际会展中心）[4)、弦支穹顶结构（常州体育会展中心体育馆）[5]等，如图2所示。

2.2结构体系选型
结合以上特点和制约条件，并借鉴上述已建大体量壳体结构的结构特点，本屋盖结构体系最终采用“钢桁架弦支穹顶组合网壳结构”。这是一种较新颖的组合结构形式，借鉴了巨型结构体系的概念，采用“主骨架+次结构”结构形式，结构体系布置如图3,4所示。

3结构分析与设计
3.1分析模型
分析中利用SAP2000与ANSYS12.0建立了屋盖结构单独模型。通过面荷载将荷载施加于径向主桁架上弦与屋面单层网壳杆件上。结构杆件均采用梁单元模拟，对于索撑杆及其他需要弯矩释放的构件采用释放杆端弯矩的梁单元，拉索采用只拉杆单元。对于柱顶铰支座，支座处杆件采用一端弯矩释放的梁单元。

4关键节点设计与分析
本工程关键节点为主桁架落地处与支座的连接节点、弦支穹顶环索与斜拉索索夹节点、主桁架与环桁架下弦相贯节点，3处节点均采用铸钢节点连接。如图9所示。
其中，索夹是弦支穹顶结构中竖向撑杆、径向钢拉杆及环向拉索的交汇点，是下弦环索将预应力转换为对上部网壳支承力的关键节点。绍兴水馆中央弦支穹顶要求环索贯通，设计时采用了上下贯通型铸钢索夹，并对销轴连接板的承载力、索夹抗滑移性能以及索夹上盖板的内侧抗剪性能进行相应验算。支座处铸钢节点受力最大，且直接传递荷
载至支座，最为关键，设计时采用ANSYS12.0对节点受力进行了相应的有限元分析，分析结果表明，在最不利荷载组合下，忽略杆件边缘约束效应的影响，铸钢件最大应力约150MPa,最大变形约0.15mm,铸钢件应力及变形均满足结构设计要求。

（略）

投稿会员：巧克力布丁