張弦空間屋蓋結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)的靜、動力協(xié)同工作分析.pdf

1、張弦結(jié)構(gòu)屋蓋通過結(jié)構(gòu)剛性桿件體系與柔性拉索撐桿體系相結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)點彌補各自不足，屬于半剛性雜交空間結(jié)構(gòu)，以合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、優(yōu)越的結(jié)構(gòu)性能及對建筑造型的廣泛適應(yīng)性在工程中得到推廣應(yīng)用。本文結(jié)合同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院近年所創(chuàng)作的2010年上海世博會主題館、泉州體育館、北京大學(xué)體育館以及江蘇連云港體育館、安徽大學(xué)體育館、福州鐵路南站站臺雨蓬等各具特點的張弦空間屋蓋結(jié)構(gòu)，進行張弦空間結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)的靜、動力協(xié)同工作研究。
　　

2、張弦空間屋蓋結(jié)構(gòu)與下部支承結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的問題實質(zhì)為下部支承結(jié)構(gòu)為屋蓋結(jié)構(gòu)提供的靜、動力邊界條件變化對屋蓋結(jié)構(gòu)力學(xué)性態(tài)影響的一般規(guī)律問題，來源于工程設(shè)計實踐。論文從結(jié)構(gòu)體系入手，從“整體性”的角度介紹張弦結(jié)構(gòu)體系的基本特點，概述了結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法，包括參數(shù)指標(biāo)、工程分析中的常見問題及其分析手段、基本理論。
　　 從張弦結(jié)構(gòu)的半剛性、自平衡、主動控制等特點入手，運用非線性分析方法揭示其基本力學(xué)內(nèi)涵。分析表明，張弦空間結(jié)構(gòu)的剛性構(gòu)件

3、體系貢獻了結(jié)構(gòu)的線性剛度，結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)使拉索應(yīng)力剛化增大結(jié)構(gòu)的幾何剛度；對索施加初始預(yù)拉力可以增大結(jié)構(gòu)幾何剛度，但不影響結(jié)構(gòu)總剛度增量的變化規(guī)律；結(jié)構(gòu)總剛度的非線性部分隨荷載步的改變而吏新，結(jié)構(gòu)分析須先確定結(jié)構(gòu)所處的荷載工況。
　　 從屋蓋支座設(shè)置方式和索初始預(yù)拉力入手，分析在不同支座形式時和不同索初始預(yù)拉力時張弦空間結(jié)構(gòu)屋蓋對下部支承結(jié)構(gòu)的作用力及屋蓋結(jié)構(gòu)自身的力學(xué)響應(yīng)。對屋蓋單獨模型和整體模型的彈塑性極限承載力全過程分析，

4、以考察屋蓋結(jié)構(gòu)的材料非線性和邊界條件狀態(tài)非線性特征。分析表明，為充分實現(xiàn)張弦屋蓋的自身控制功能，降低屋蓋與下部支承結(jié)構(gòu)的靜力相互作用影響，應(yīng)從屋蓋結(jié)構(gòu)總體系的層面綜合考慮進行張弦空間屋蓋結(jié)構(gòu)的布置，合理確定索初始預(yù)拉力和支座方式；基于張弦結(jié)構(gòu)自平衡特性而設(shè)置的滑動支座，不僅有效的減小屋蓋溫度應(yīng)力，對于滑動支座滑移方向的調(diào)整可以有效減小屋蓋對其下部支承結(jié)構(gòu)的作用力；結(jié)構(gòu)的彈塑性發(fā)展全過程有利于發(fā)現(xiàn)其薄弱部位，達到極限狀態(tài)時結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為材料失

5、效；當(dāng)張弦空間結(jié)構(gòu)設(shè)置的滑動支座滑移達到滑程時，結(jié)構(gòu)的邊界條件轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的鉸支座或彈性支座，指出了屋蓋靜力計算中實際邊界條件的彈性支承剛度的模擬方法。
　　 針對不同布置方式的張弦空間結(jié)構(gòu)，通過假設(shè)邊界條件的屋蓋單獨模型與實際邊界條件的整體模型的動力及地震響應(yīng)對比，反應(yīng)兩者的差異及屋蓋單獨模型的不合理，提出整體模型分析的必要性。對結(jié)構(gòu)分析整體模型中下部支承結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布特征不變、進行剛度參數(shù)改變以變化屋蓋結(jié)構(gòu)所處的動力邊界條件，分

6、析張弦屋蓋結(jié)構(gòu)自身動力特性、整體模型的動力特性、以及屋蓋結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)三者之間相互聯(lián)系的規(guī)律。分析表明，水半地震作用下，應(yīng)避免屋蓋結(jié)構(gòu)的振動頻率接近整體模型的相應(yīng)水平方向的振動頻率，從而避免屋蓋結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的地震作用效應(yīng)，并給出了動力特性耦合梯度曲線，其因結(jié)構(gòu)不同布置方式和屋蓋與下部支承結(jié)構(gòu)聯(lián)系的緊密程度各有差異；整體結(jié)構(gòu)水平振動特性對屋蓋結(jié)構(gòu)的豎向地震作用效應(yīng)影響較小。
　　 文章最后歸納出對于張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計的實用方法，得到本論文