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06年會：四川省博物館采光天棚張拉筒殼設(shè)計

作者：建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]
（五洲工程設(shè)計研究院 丁大益 劉威）
    （五洲工程設(shè)計研究院 丁大益 劉威）

    [提要] 隨著我國建筑材料工業(yè)的不斷進步，使得許多新型的建筑結(jié)構(gòu)形式得以實現(xiàn)，其中預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展尤其迅速。本文結(jié)合四川省博物館采光天棚的工程實例，分析了張拉筒殼結(jié)構(gòu)在不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)的受力機理，對索的初始預(yù)拉力值確定、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計算、桿件及節(jié)點設(shè)計等關(guān)鍵問題進行了較為深入地分析，得出了一些有益的結(jié)論。
    [關(guān)鍵詞] 張拉筒殼 索 結(jié)構(gòu)狀態(tài) 預(yù)拉力
    Cable Stayed Tube Shell Design for Sunshade of SiChuan Museum / Ding Dayi
    (Wuzhou Engineering Design and Research Institute, Beijing 100053, China)
    Abstract: As the development of building materials industry, some new type structures have
    come true. Especially prestressed steel structures, who have made a rapid progress in recent
    years. The work mechanism of cable stayed tube shell in different structure status was
    presented with the Sunshade case of SiChuan Museum. Analysis was carried out on the
    key issues, such as cable prestress value, force and deformation calculation, member and joint
    design and so on. Finally some useful conclusions were brought forward.
    Keywords: cable stayed tube shell; cable; structure status; prestress

    在鋼結(jié)構(gòu)承重體系中，引入人為應(yīng)力以抵消荷載應(yīng)力，調(diào)整內(nèi)力峰值，增強結(jié)構(gòu)剛度及穩(wěn)定性，改善結(jié)構(gòu)其他屬性以及利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)創(chuàng)建新體系的，都可稱為預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)[1，2]。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)靈活地選擇受壓構(gòu)件形式和施加預(yù)應(yīng)力的方式，從而發(fā)展出許多新的結(jié)構(gòu)形式，張拉筒殼結(jié)構(gòu)就是其中一種。張拉筒殼結(jié)構(gòu)類似于張弦梁（桁架）結(jié)構(gòu)，作為一種自平衡體系，它發(fā)揮了鋼索抗拉強度高和筒殼抗壓（拉）性能良好的特點，結(jié)構(gòu)受力合理，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的跨度。本文擬結(jié)合四川省博物館采光天棚的設(shè)計，首先分析張拉筒殼結(jié)構(gòu)在不同結(jié)構(gòu)狀態(tài)的受力機理，而后對纜索初始預(yù)拉力值的確定、結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形計算、桿件及節(jié)點設(shè)計等關(guān)鍵問題進行較為深入地分析，得到一些可供相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計參考的結(jié)論。
    1. 張拉筒殼結(jié)構(gòu)原理
    張拉筒殼結(jié)構(gòu)與張弦梁結(jié)構(gòu)的不同之處在于，張拉筒殼是用對稱的斜撐桿（或垂直桿）連接上部抗彎受壓構(gòu)件（筒殼）和下部受拉構(gòu)件（索）而形成的自平衡結(jié)構(gòu)。構(gòu)成上部筒殼的拱形梁可近似看作多跨連續(xù)梁，對稱斜撐桿（垂直撐桿）作為此連續(xù)梁的支點。預(yù)應(yīng)力索可定義為三種狀態(tài)：1) 初始狀態(tài)，索施加預(yù)應(yīng)力前的索段施工放樣狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)成形的起始狀態(tài)；2)成形狀態(tài)，結(jié)構(gòu)在自重和預(yù)應(yīng)力作用下的平衡狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)承載變形的起始狀態(tài)；3)荷載狀態(tài)，即結(jié)構(gòu)在承載后的平衡狀態(tài)。上部的筒殼一側(cè)邊固定，另一側(cè)邊允許水平滑移來建立預(yù)應(yīng)力，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)的“成形狀態(tài)”。在“初始狀態(tài)”的上部筒殼桿件主要受彎曲應(yīng)力，成形后在“荷載狀態(tài)”則視索預(yù)應(yīng)力值和基本風(fēng)壓值的大小，上部筒殼桿件承受壓力或拉力，纜索受拉。
    ......
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