百米級馬鞍形正交單層索網(wǎng)設(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)是張力結(jié)構(gòu)的一種重要形式，其受力合理，充分利用材料強度，耗鋼量少，施工方便，且建筑形式美觀，造型富于變化。蘇州體育中心游泳館采用馬鞍形正交單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，由V形結(jié)構(gòu)立柱、馬鞍形環(huán)梁、承重索和穩(wěn)定索、剛性屋面及幕墻構(gòu)成，環(huán)梁投影為直徑106m圓形，拉索采用定長雙索。本文在對索網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征和研究現(xiàn)狀詳盡總結(jié)和概括的基礎(chǔ)上，以蘇州體育中心游泳館為工程實例，對馬鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的施工方案設(shè)計、零狀態(tài)找形、施工過程模擬分析、誤差模擬分析以及結(jié)構(gòu)特

2、性分析等方面進行了細致研究工作。
　　本文首先對索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式進行了介紹，闡述其相關(guān)的結(jié)構(gòu)組成和力學(xué)特性。國內(nèi)外對索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的找形和靜動力性能等已有很多的研究。找形方法有動力松弛法、力密度法和非線性有限元法等。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的靜動力性能研究主要集中在索網(wǎng)的柔性和非線性特征上。同時，本文對經(jīng)典的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)工程進行了梳理，所列工程各有特點。
　　索網(wǎng)結(jié)構(gòu)因其拉索數(shù)量多、索夾安裝復(fù)雜以及預(yù)應(yīng)力施加困難等原因，拉索的施工是其整個施工過程中

3、的重點和難點。本文摒棄傳統(tǒng)的滿堂支架施工方案，設(shè)計了無論在工期、經(jīng)濟性和可操作性上都優(yōu)越許多的兩種拉索施工方案，分別為整體牽引提升法和高空組裝法。在詳細闡述兩種索網(wǎng)施工方法內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，對其包括張拉工裝、施工難易程度、安全性及工期等方面進行了詳盡的對比，得出兩種施工方案的適用條件。
　　索網(wǎng)結(jié)構(gòu)零狀態(tài)找形研究主要是為了獲得外圍結(jié)構(gòu)的組裝狀態(tài)，以使結(jié)構(gòu)成型時達到目標位形和索力。本文采用迭代正算法對蘇州游泳館進行零狀態(tài)找形，以結(jié)構(gòu)恒載

4、態(tài)的位形和索力作為零狀態(tài)找形的分析目標，以V形柱柱頂節(jié)點為關(guān)鍵控制點，計算出節(jié)點預(yù)調(diào)值，作為鋼結(jié)構(gòu)制作和安裝依據(jù)。
　　針對提出的兩種拉索施工方案，本文采用“確定索桿系靜力平衡態(tài)的非線性動力有限元法(簡稱NDFEM)”跟蹤蘇州游泳館馬鞍形單層索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的整個施工過程，模擬分析施工過程中結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，包括施工過程中的拉索索力、周邊鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力、結(jié)構(gòu)位形、胎架內(nèi)力、工裝拉索索長及規(guī)格選擇等。另外，對于類似索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的誤差敏感型結(jié)構(gòu)，尤其是采用

5、定長索（索端不設(shè)調(diào)節(jié)量）的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)需要進行誤差分析。本文對蘇州游泳館引入索長制作誤差和外聯(lián)節(jié)點安裝誤差，進行組合誤差分析。根據(jù)規(guī)范及相關(guān)工程經(jīng)驗設(shè)置誤差分析工況，對比各工況下拉索索力誤差是否滿足規(guī)范小于10％的要求，并依據(jù)計算結(jié)果，對結(jié)構(gòu)施工及索頭端板設(shè)計提供合理性建議。
　　馬鞍形索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的外圍結(jié)構(gòu)對整個結(jié)構(gòu)的受力性能至關(guān)重要。本文對蘇州游泳館V形柱激活批次、V形柱傾角以及外圍環(huán)梁剛度進行了參數(shù)化對比分析。V形結(jié)構(gòu)柱分批激活有利

6、于降低V形柱應(yīng)力水平，減少支座拉力出現(xiàn)，只是在柱全部焊接之前結(jié)構(gòu)剛度較低，安裝屋面前后索網(wǎng)位形變化較大。V形柱傾角在環(huán)梁剛度較大情況下，對整個結(jié)構(gòu)受力影響較小，直立V形柱更有利于材料的充分利用，但在環(huán)梁剛度較小的情況下，V形柱保持一定傾角對提高結(jié)構(gòu)整體剛度有著重要的意義。環(huán)梁剛度的增加會增加結(jié)構(gòu)剛度，有利于抵抗荷載產(chǎn)生的變形，但環(huán)梁內(nèi)力會增加，同時會改變素網(wǎng)位移分布，需謹慎為之。
　　文章最后對本文主要的研究內(nèi)容和研究成果作了較為