《国家大剧院钢壳体施工支撑体系抗风、温度应力及稳定性分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《国家大剧院钢壳体施工支撑体系抗风、温度应力及稳定性分析（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五届全国现代结构工程学术研讨会国家大剧院钢壳体施工支撑体系抗风、温度应力及稳定性分析赖达东罗尧治提要国家犬剧院铡壳体施T 支撑体系结构为螺栓球月架结构。其中外圈两道拼装平台同辈结柯体型太，高宽人，本立对其进行佩荷找和度分析。并目分析m 度盘化对结构变位的影响灵敏度，研究T 设置结构温度缝与吾对结构受力和变位的影响。对网桨结掏的整体稳定性进行7 分析研究。关键自桁架式网架抗A # 析，度戍力温度鳢整体稳定性，初始缺陷一、削吾国家大剧院钢壳体结构为趔大犁空间钢结构，钢壳体安装用的支撑结构绛综合考虑后，选择桁架式螺栓球网架掣一构作为其支撑结构( 刚I ，2 ) 。支撑网架包括独立的= 部分，1 1
2、 顶环粱网架( 简称S O ) 外嘲尺寸为7 4 x 4 2 m ：2 ) 第道拼装平台网架( 简称S 1 ) 的外围尺、r 为1 8 40 7 9 x 1 2 06 6 0 m ，3 ) 第二道拼装平台网架( 简称s 2 ) 的外闺尺q 为1 2 27 0 5 x8 3 1 8 8 m 。其中s l 、s 2 网架为封闭的竖向网架，厚度4 m 网架顶标高分别为2 36 m 、3 56 m 。、本文着重分析风荷载、温度及整体稳定性对结构的影响。通过对网架结构在风荷载和温度应力下的强度和变形的分析计算，保证田家太剧院钢壳体施工时对支撑结构变位的精度要求，确定安装时对结构变位的精确调整。分析了设置
3、温度缝和不设置对结构的影响。另外，采用非线性全过程分析，研究了阿架结构的整体稳定性。二、结构抗风分析图1 网架支撑结构平、立面由于S l 、s 2 网架为高宽比大的环状结构，风荷载的取值计算有其特殊的面。风荷载按规范公式计算，风荷载标准值= 虬：( 1 )工业建筑2 0 0 5 年增刊第五届全国现代结构工程学术研讨会按荷载规范，北京地区基本风压= o 4 5K N m 2 。s 1 、S 2 网架没有围护结构，体型系数以按钢结构桁架的体形系数取值，即肼= r p z ，其中伊为档风系数，经计算本网架结构的档风系数伊为0 1 。本文考虑正北风向水平风为最不利风荷载。由结构的特点，正风面网架的体型
4、系数从= 1 3 ，所以。= 0 1 3 。鉴于S l 、S 2 网架的特点，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响，风振系数按规范公式J J口：1 + C v 。p ,( 2 )。：式中，按结构的迎风面较大考虑，脉动增大系数f = 2 1 1 9 ( 插值取得) ；脉动影响系数y = 0 4 0 ：由此，可以得到按高度变化的风荷载取值。S 1 、s 2 网架节点风荷载取值如表1 。表1S 1 、s 2 网架按高度变化的节点风荷载j 弋51 01 52 03 0纪O 0 5O 1 7O 3 80 6 01 Opz0 7 40 7 40 7 40 8 41 0 081 0 61 1 91 4
5、41 6 l1 8 5缈( r a V m 210 0 4 60 0 5 20 0 6 20 0 7 9O 1 0 8计算得到的水平方向位移模态如图2 、3 所示 一图2s 1 网架的水平向位移图( 放大)图3s 2 网架的水平向位移图( 放大)三、结构温度分析考虑结构的正温差为+ 3 0 度，负温差为2 0 度。S 1 、S 2 网架在正负温差荷载下的变形如图所示。图4 正温差的位移图( 放大)图5 负温差的X 、Y 方向位移图( 放大)工业建筑2 0 0 5 年增刊2 2 l第五届全国现代结构工程学术研讨会图6 正温差的x 、y 方向位移图( 放大)图7 负温的x 、y 方向位移图( 放大
6、)四、温度荷载对结构变位的影响灵敏度分析由于四季温度变化的不定性，每天实际由温度荷载引起的结构位移也不确定。本文除了考察全年和一天温度变化对结构的影响外，另分析不忙司温差荷载下结构的位移以及单位温度荷载对结构变位的影响。S l 、S 2 网架结构在4 种不唰温差荷载下的位移和由此推测的单位温度荷载产生的位移分别如表2 。表2S 1 、s 2 网架不同温差荷载下的位移S l 网架不同温差荷载下的位移S 2 网架不同温差荷载卜 的位移温差x 方向Y 方向z 方向温差x 方向Y 方向z 方向( )( r a m )( m m )( r a m )( )( r a m )( r a m )( r a
7、m )1 55 62 1 32 0 51 51 6 93 9 93 0 42 07 22 6 82 2 52 01 9 4 4 2 13 2 32 59 13 2 32 5 12 52 I 94 4 33 5 13 01 0 93 7 92 7 83 02 4 44 6 53 8 2单位温差F单位温差的位移一O 3 51 10 4 9O 50 4 4O 5 2 下的位移五、稳定性分析s 0 网架结构由于采用桁架式满堂网架，结构整体性好，一般不存在整体失稳问题。故由静力线性计算分析设计即可满足要求。对于Sl 、s 2 网架，考察结构屈曲特征值，特征值入是根据线性分析得出的一个保守的屈曲荷载放大倍
8、数参考值。表3 列出了各荷载工况下网壳结构特征值。表3S 1 、S 2 的结构屈曲特征值- T 况组合静+ 活静+ 活+ 风S l3 8 6 4 I3 7 3 9 5 9S 23 7 3 5 53 7 0 4 6根据空间网格结构技术规程，初始几何位移缺陷( 曲面形状的安装偏差) 对各类空间网格结构的稳定性承载力均有较大影响，应在验算中考虑。节点安装位置偏差沿空间网格结构的分布是随机的，研究表明：当初始几何缺陷按最低屈曲模态分布时，求得的稳定性承载力是可能的最不利值。计算中，本文最大安装偏差取最小钢管管径的1 0 来考虑。由于网架在加工精度和安装过程变形的影响，实际结构可能没有达到理想状态，本文
9、考虑初始缺陷对网架结构的影响，对网架考虑初始缺陷和不考虑初始缺陷的影响进行分析。考虑初始缺陷和不考虑初始缺陷下，位移最大节点的荷载位移跟踪曲线如图8 、9 所示，图中P s 为设计荷载。2 2 2工业建筑2 0 0 5 年增刊第五届全国现代结构工程学术研讨会六、结语、三日J 百6 05 O省4 0蹬3 0翠2 01 OO O7 6 一5 占4 誊3 2 1 O 。o 帮磊放大f 档( P P 。) 3 0o荷袈放大倍数( ；s )3 0图8S 1 荷载位移跟踪曲线图图9s 2 荷载位移跟踪曲线图l 由于该结构体型的特点，风荷载对结构整体的影响较小，局部高度大的网架部分有风荷载引起的变形明显。在
10、风荷载下，S l 网架节点y 方向最大位移出现在正北边中间的网架处，位移方向向网架内侧。S 2网架节点Y 方向最大位移也出现在正北边中间的网架处，位移方向向网架外侧。2 相对于抗风性能，结构对温度荷载较敏感。考察风荷载和温度荷载的共同作用，S l 网架在受正温荷载时，网架整体往外胀，网架节点Y 方向最大位移出现在正北边两端的网架处。在受负温荷载时，网架整体向内缩，网架节点Y 方向最大位移出现在正北边中间的网架处。S 2 网架在受正温荷载时，网架整体往外胀，节点Y 方向最大位移出现在正北边中间的网架处。在受负温荷载时，网架整体向内缩。但正北边的网架往外侧移动，网架节点Y 方向最大位移出现在正北边中间的网架处。3 不同的温差荷载和由其产生的结构变位基本成线性关系，由此可知单位温差荷载产生的位移。因此，在施工支撑结构安装过程中，根据当天的实际温度变化，可推测出结构最大的位移，达到精确控制和精确施工的目的。4 初始缺陷对该网架的影响不明显。增加横向支撑明显改善了支撑结构体系的整体稳定性能。经计算，本结构不发生整体失稳。参考文献( 1 ) 罗尧治，赖达东等国家大剧院钢壳体施工支撑体系的结构选型与设计建筑结构，2 0 0 4工业建筑2 0 0 5 年增刊2 2 3
