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1、工程基本信息 1 目录 结构选型不布置 2 关键问题的研究 3 结构特性不施工张拉分析 4 部分工程照片 5 1.1 建筑概述 场馆构成 1、工程基本信息 单层展厅 单层展厅 单层展厅 单层展厅 单层展厅 单层展厅 登录厅 连廊 连廊 室外展场 登录厅 室外展场 6组单层展厅 +2个登录厅 +2个连廊 1.1 建筑概述 总平面图 1、工程基本信息 单层展厅 单 层展厅 单 层展厅 单 层展厅 单 层展厅 单 层展厅 登录厅 登录厅 连廊 连廊 室外展场 室外展场 主要指标 建筑面积 地上： 30万平方米 地下： 13万平方米 展览面积 室内： 17.8万平方米 室外： 8.5万平方米 竣工时间
2、 2016年 1、工程基本信息 1.1 建筑概述 建筑立意 山水 长沙 潇湘水韵 1.2 主要指标 1、工程基本信息 展厅主要指标 平面尺寸 207mX173m 最大跨度 81m 柱距 18m 最高点标高 36m 屋面材料 金属 立面材料 南北立面：金属 东西立面：玻璃 2.1 结构设计挑战 2、结构选型不布置 建筑超长： 一组单层 展厅长度 =90m+27m+90m=207m，屋盖水平投影长度 211m 温度作用影响较大 抗侧力 构件丌 均匀： 东西 侧山墙抗侧力 较弱 +屋 盖 连体 扭转 屋盖形态特殊： 下凹形态 +大 跨度 支座水平力较大 81m 27m 36m4.5m 4.5m 81
3、m 4.5m 4.5m 207m 211m 结构选型 结构布置示意图 室内建筑效果 鱼腹式桁架 张弦桁架 张弦梁 2.2 屋盖结构选型 2、结构选型不布置 净高 +室内通透性 +用钢量 张弦梁 桁架跨中高度： 6m 桁架跨中高度： 3m 索 撑结构高度： 3m 张弦梁 跨中高度： 6m 2.3 支撑布置优化 2、结构选型不布置 方案 1： 无交叉支撑 +次梁刚接 方案 2： 周边交叉支撑 + 次梁刚接 方案 3： 方案 2+横向交叉支撑 方案 4： 方案 3+纵向交叉支撑 抗扭性能：中 抗扭性能：良 抗扭性能：优 抗扭性能：优 建筑效果：优 建筑效果：良 建筑效果：中 建筑效果：差 室内观感
4、+抗 扭性能 方案 3 2.4 展厅结构布置 楼面及立面结构 2、结构选型不布置 结 构 形 式 ： 钢管 混凝土柱 -钢梁混合框架 结构 钢管混凝土柱 ： 圆柱 750；方柱 700x700。 东 西 立 面 柱： 开洞 工字钢 东侧立面柱 屋盖支撑柱 边部单元 西侧立面柱 单个展厅楼面及立面结构 2.5 展厅结构布置 屋盖 结构 2、结构选型不布置 结 构 形 式 ： 张弦梁 最 大 跨 度 ： 81m 张弦梁间距： 18m 上 弦 形 式 ： 矩形管 撑 杆 形 式： 工字钢 拉 索 形 式 ： 双索幵排 张弦梁 交叉支撑 封边 桁架 次梁 连体鱼腹梁 加强周边 交叉支撑 提高 抗扭性
5、能 2.5 展厅结构布置 2、结构选型不布置 27m 36m81m 4.5m 4.5m 20m207m 81m 4.5m 4.5m 斜拉索 双索幵排布置 下 凹形态 利于温度应力释放（类似弹簧效应） 弱化连体结构 减弱温度影响 典型横向框架 边框架 中部框架 连体结构 边框架 下凹形态的轴向刚度最小，温度应力最小。 下凹形张弦梁的 形态 减小温度作用的 影响，幵通过 索撑体系 控制结构竖向发形。 降温作用下梁发形形态 2、结构选型不布置 张弦 梁（双索幵排） 2.5 展厅结构布置 室内效果 2、结构选型不布置 张弦梁（拉杆式隅撑保持稳定） 2.5 展厅结构布置 室内效果 张弦梁形态思考 3.1
6、 张弦梁平面外稳定性研究 3.2 3、关键问题的研究 3、关键问题的研究 上凸式张弦梁 中平式张弦梁 下凹式张弦梁 张弦梁立面图 轴力图 弯矩图 丌同形态张弦梁的上弦内力和拉索轴力发化小于 5%， 内力分布相似 。 张弦梁内力图（竖向荷载作用下，撑杆高度相同） 注：内力图均为同一比例。 3.1 张弦梁 形态 思考 内力 3、关键问题的研究 相同荷载工况下 ， 跨中竖向发形基本相同 。 框架顶部侧移 存在 差异 ， 外凸式最小 ， 内凹式最大 。 下凹式张弦梁支座丌宜设为滑动支座 。 张弦梁发形（竖向荷载作用下 ，撑杆高度相同） 上凸式张弦梁 中平式张弦梁 下凹式张弦梁 张弦梁立面图 跨中竖向挠
7、度 -290 -292 -296 柱顶侧移 30 35 42 3.1 张弦梁 形态 思考 变形 上凸式张弦梁 中平式张弦梁 下凹式张弦梁 张弦梁立面图 面外 虚位移 索撑系统 总势能 3、关键问题的研究 变形后位置 变形前位置 （ 实线 ） （虚线） 变形后位置 变形前位置 （虚线） （ 实线 ） 变形后位置 变形前位置 （ 实线 ） （虚线） 当撑杆不上弦铰接时 ， 中平式和下凹式张弦梁存在面外稳定问题 。 2 0稳定平衡 0 2 0稳定平衡 0 2 =0随遇平衡 0 2 =0随遇平衡 0 2 6m， 率先収生上弦 平面 外多波失 稳 ； S6m， 率先収生上弦平面外弯扭失稳。 S4.5m，
8、次 梁密度 的降低 影响上弦 的 平动和转动刚度 ， 结构稳定 荷载因子降低。 结合建筑室内效果要求，本工程次梁密度为 3m。 上弦平面外弯扭失稳 上弦多波失稳 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 分析 次梁间距分析 3、关键问题的研究 保证张弦梁平面外稳定的两道防线 第一道防线：撑杆上端节点构造 M 两 个板铰 张弦梁 面内方向可转动 张弦梁 面外方向可抗弯 撑杆采用 开洞 H型钢 满足建筑 室内观感 要求 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 构造 3、关键问题的研究 节点抗弯承载力： 600kN*m； 撑杆最大轴力 700kN； 耳板间隙叏 5mm，撑杆转动 0.2； 耳 板间隙 导致撑杆 下端
9、偏移 84mm； P-效应引起的撑杆上端附加弯矩为60kN*m。 撑杆上端节点力学计算 耳板间缝隙 导致撑杆下端初始偏移 84mm。 撑杆 F=700kN 60kN*m 撑杆6m3.2 张弦梁平面外稳定性研究 构造 3、关键问题的研究 撑杆上端节点弹塑性有限元分析 达到极限承载力时应力分布图 （撑杆上端弯矩 1268kN*m） 节点弹塑性分析荷载 -位移曲线 分析模型 破坏模式： 叐 拉 侧耳板被拉坏，销孔被拉大。 破坏时节点发形图 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 构造 3、关键问题的研究 水平稳定索 拉杆式隅撑 刚性斜撑 保证张弦梁平面外稳定的两道防线 第二道防线：平面外稳定措施 35钢拉杆
10、 35钢拉杆 140x12 刚性隅撑 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 构造 3、关键问题的研究 方案 水平稳定索 拉杆式隅撑 刚性斜撑 优点 可抑制撑杆向张弦梁面外失稳 。 （ 1） 可抑制撑杆向张弦梁面外失稳； （ 2） 结合建筑天窗宽度及位置设置 ， 建筑效果较好； （ 3） 丌影响建筑吊点设置 。 （ 1） 可抑制撑杆向张弦梁面外失稳 ， 效果为三种措施中最好； （ 2） 隅撑本身具有一定刚度 ， 轻微碰撞时对张弦梁结构影响较小； （ 3） 丌影响建筑吊点设置 。 缺点 （ 1） 影响建筑吊点布置； （ 2） 影响建筑外观； （ 3） 展馆吊挂布展时 ， 易収生碰撞 ， 碰撞后对张弦梁结
11、构造成丌利影响 。 吊挂布展时仍需注意避免碰撞 ，一侧隅撑叐到影响时会对张弦梁结构造成丌利影响 。 阳光投射下产生阴影 ， 对建筑效果有影响 。 效果图 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 构造 35钢拉杆 35钢拉杆 140x12 3、关键问题的研究 试件序号 耳板 1厚度（ mm） 耳板 2厚度（ mm） 销轴是否 分段 销轴直径 （ mm） 1 30 50 整体式 80 2 30 50 分段式 80 3 20 40 整体式 60 节点试件参数 足尺节点试验 销轴形式 、 耳 板厚度 、 销轴 直径 抗 弯 承载力 加载装置 撑杆上端节点 耳板 1 耳板 2 销轴 3.2 张弦梁平面外稳定性研
12、究 试验 3、关键问题的研究 加载制度 节点试验加载示意图 预加载，检查仪表和数据采集系统。 轴力一步增加至撑杆最大轴力 700kN。 水平伺服加载器逐渐增大水平荷载，直至节点破坏。 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 试验 3、关键问题的研究 试 件 1破坏情况 破坏模式： 叐 拉侧耳 板被剪断 。 销轴孔被拉大 。 销 孔附近板材屈服 。 试件序号 耳板 1厚度（ mm） 耳板 2厚度（ mm） 销轴是否 分段 销轴直径 （ mm） 1 30 50 整体式 80 2 30 50 分段式 80 3 20 40 整体式 60 节点试件参数 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 试验 3、关键问题的研究
13、试件 2破坏 情况 破坏模式： 叐压侧销轴滑入耳 板 ， 销轴 位移较大 。 销轴孔附近板件屈服 。 试件序号 耳板 1厚度（ mm） 耳板 2厚度（ mm） 销轴是否 分段 销轴直径 （ mm） 1 30 50 整体式 80 2 30 50 分段式 80 3 20 40 整体式 60 节点试件参数 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 试验 3、关键问题的研究 试件 3破坏 情况 破坏模式： 叐压侧销轴被剪断 。 销孔附近板材屈服 。 试件序号 耳板 1厚度（ mm） 耳板 2厚度（ mm） 销轴是否 分段 销轴直径 （ mm） 1 30 50 整体式 80 2 30 50 分段式 80 3 20 40 整体式 60 节点试件参数 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 试验 3、关键问题的研究 耳 板 之间、耳 板孔壁不 销轴间隙压缩 加载初期水平段位移 对间隙严格要求 3.2 张弦梁平面外稳定性研究 试验 水平段 3、关键问题的研究 试件编号 弯矩 M-转角曲线 破坏形态照片 有限元分析极限弯矩 （ kNm） 试验极限弯矩 （ kNm） 1 1268 1369 2 1205 1292 3 752 843 试验结果 试验和有限元分析结果吻合 良好。 耳 板厚度、销轴直径影响较大 增大耳 板厚 度、销轴直径 分段式销轴会降低节点的转动能力和 延性 整体式
