世博轴索膜顶棚和阳光谷钢结构设计简介

1、世博轴索膜顶棚和阳光谷钢结构设计简介摘要：世博轴及地下综合体工程是2010年上海世博会园区标志性建筑，其屋 顶体系由索膜顶棚结构和阳光谷钢结构组成。分别介绍了索膜顶棚结构和阳光谷钢结构各自结构特点。对索膜结构，阐述了设计中膜材的安全系数取值，风荷载取值，膜面应力位移分析，防连续倒塌分析及地震作用的考虑等内容。文章还介绍了阳光谷钢结构的整体受力，变形特点，节点设计特点，详细分析了单杆稳定强度失效后对结构整体稳定性的影响。得出了作为大跨度柔性张拉结构的索膜顶棚和大跨度单层网壳结构的阳光谷均满足设计要求的结论。关键词：世博轴;索膜结构，阳光谷钢结构;非线性分析;倒塌分析;整体稳定2010年上海世博工

2、程坐落于浦东世博公园的中心，从南面的耀华路开始直到北面的滨江庆祝公园。表演中心和中国馆位于世博轴的东面，然而世博中心和主题馆位于其西侧，形成世博园四个馆和一个轴的核心。上海世博园从南至北长大1045米，地面下宽度为9915米至11015米，地面上从东到西有80米宽。作为浦东世博公园，世博会的主入口轴包含地下二层，一个接地层和一个高架步行层，四个层次的建筑海拔高度分别为61500米，11000米，41500米，及101500米。海拔高度为615米及1015米两个层次是作为到来及安检过程中的主要地段。世博轴屋顶是由两种不同类型的结构，拉伸膜结构和钢结构命名为具有独特的建筑外观-太阳山谷。图1所示的

3、结构模型，无花果。2和3显示的规划图纸和剖面图。膜结构覆盖的大部分的1015米水平，人们免受日晒雨淋。太阳山谷去，通过从屋顶上的第二次地下一层，导致地下空间的阳光和新鲜空气，他们还收集雨水，以供循环再造的雨水回收。2、索膜结构世博轴屋顶的原理进行设计是由sba建筑师（德国人）和咨询工程师knippershelbig（德国人）完成。咨询工程师knippershelbig和ecadiknippershelbig负责结构，扩大初步设计，以及ecadi提供的施工图设计2。1结构说明 拉伸膜屋顶连续膜单元组成。总长度是约840米和最大的跨度约97米的。最大的折叠的膜单位面积约1800平方米。索膜屋顶主要

4、由脊账面大多数负载，边缘线，拉伸膜的主要工作，稳定的系统电缆组成。图4电缆铺设。最长的边缘线和最长的山脊电缆的长度是长约80米115米。这是大跨度柔性结构表现出的几何非线性。全膜外桅杆（高点），内桅杆（下点）和阳光谷钢结构屋顶的支持。22设计特点22 11膜材料的安全系数使用单一安全系数法（容许应力法）在结构设计1，2。活荷载负荷的安全系数为315和恒荷载是710（95保证材料的强度特征值）。221 2风荷载 在风荷载分析，反应扩增系数法通常适用于。风时间历史上首次获得通过风洞实验，峰值响应和结构分析，然后由获得的每个元素的平均响应。之间的峰值和平均响应率是指响应（内力或位移）放大倍数。通常是

5、不相同的响应因子相同的元素。据中国荷载规范3，包括内力和位移的结构响应可以得到bz= 1的放大镜放大倍数的结构响应。高峰值也可以直接采取的结构响应。为世博轴的索膜结构，结构分析，进行了八个风向bz= 1。5，随时间变化的分析也进行。依赖时间的风荷载施加预应力载荷和静载荷的基础上的结构。改变本身，70的时间取决于风荷载施加预应力荷载，活荷载（雪荷载）和静负荷的基础上的结构221 3膜应力分析 索膜结构的分析是里德雇用几个计算机程序，包括汽车容易基于力密度法和ansys和基于有限元法的图像。它主要发生大的压力和悬挂点.双层或三层膜向下点附近应适用于这些地区（图5和6）。221 4膜位移分析 拉索和

6、膜只能承受拉力。结构对外部负载电阻主要是通过变形实现，这样的结构变形的外部负载下了很多，并应考虑几何非线性的影响。在这个项目中的膜位移是有限指日本守则：膜减去相应的电缆位移的位移必须小于1/10的支持之间的距离。这个标准成立，以避免风振过大的变形，从人的不安全意识造成的破坏。大位移都发生在边缘线支持领域。据cecs158：2004年和日本的标准，应仅限于膜的位移式。（1）与符号如图7所示。图8显示了膜的静载负荷情况下的位移，预应力负载和90b荷载。膜向上的位移是4116m，减去相应2169米电缆位移，相对位移是1/18左右。膜向下位移的是3178米，减去相应1174米电缆位移，相对位移是1/1

7、8左右。小型风力下膜位移进行了研究。基于在35年的统计，在上海（1956年1990年），发现了57级风，每年出现1415次，8级风的出现比一般水平高于11倍，每年，9级风极少发生，每十年大约只有1次。表1显示风级，风速和风压之间的关系。被认为是在这个项目中的6级和8级大风。下6级风荷载，最大的膜向上位移1122米，最大的向下位移195米的。在8级风荷载，最大的膜向上位移2126米，最大的向下位移1198米的。考虑到结构的巨大的规模，小风荷载下的位移并不大。2。215个当地的故障分析 据来自当地的故障分析结果（图9和10），桅杆将无法正常工作，如果它的后支撑拉索破坏，一个或两个件导致膜收缩的，但

8、整个结构的连续倒塌不会发生。膜附近的某些部分将放宽，而在一些附近的其他部分将增加，但仍小于极限强度。负载拉索破坏后后，其余仍工作拉索的内力将增加，增加部分很多。所以应该有足够的安全储备，以确保这些铁索内力不会超过极限强度。其他铁索内力将下降到一定程度，甚至导致铁索松弛。2。216地震影响 由于膜结构自重轻，结构的地震影响是相当小的，没有考虑到，但是支撑结构仍具有一些结构措施以抵抗地震后。在这个项目中，外桅杆和内部桅杆的柱脚有一些措施以抵抗地震。 由于对地震的施工措施，这是作为一个球链接的外桅杆脚下可旋转7度和承受2000kn向上负载（图11）。很粗的柱脚被设计成一个铰链的联合，能承受向上的拉力

9、。3钢结构太阳谷3.1结构描述 阳光谷采用钢单层晶格结构三角网格（图13），这是目前在欧洲流行的组成的系统。太阳谷sv12、sv6的顶部和底部的主要轴线的长度约为90m，18m，60m，18m，60m，18m，70m，16m，60m，18m及90m，2。sv4底部的形状是圆形的，而其余是椭圆形的。上部的六个太阳山谷，看上去像一个椭圆形的角。六个太阳山谷的高度是42100米的（从-7100米35100米）。网格系统具有复杂的形状和范围从21米为40m大悬臂。网格系统采用矩形空心截面管状钢管焊接，。固体部分的矩形钢管通过在顶环的结构，以加强箍效应。结构中的每个钢管的长度范围从1150米3150米，

10、每节高度从180毫米至500mm，宽度从65毫米至120mm。每根钢管和空心接头材质为q345b的钢材，而坚实的接头（桅杆脚接头，拉索，膜，顶部杆件）是g20mn5铸钢。3.2设计特点 3. 211内力分析 阳谷是一个从底部来回伸展的单层钢网壳组成的三角网格，。结构杆件主要是受到轴向力，对强轴（飞机外壳表面）弯矩主要由拉索和膜的拉伸力量产生的。弱轴的扭矩是相当小。静载下的最大轴向力是在太阳山谷底部（图14），具有较强的约束。太阳谷底部附近的径向杆件主要是受到拉力或压力，而附近的太阳谷的顶部环形杆件主要是受到拉力。分析估计风荷载引起的内力是远远比地震造成的，而后者则只有前者2035左右。3.21

11、2位移分析 太阳谷结构允许垂直位移是按照中国的设计规范，有挂在起重机钢结构屋架标准4。基于永久和可变荷载特征值，其允许位移取为跨度为1/250。因此，太阳谷悬臂部分的位移一直小于跨度的1/125，这是悬臂端和结构的中心点之间的距离。根据中国的抗震设计规范5，最大水平位移小于结构高度1/300。3.1 213整体稳定性分析 太阳谷是一个表面复杂和一个大型悬臂跨度的单层网架结构，所以整体的稳定是非常重要的。稳定性分析已经进行了考虑几何和材料非线性的影响。其初始初始缺陷的幅度增加，太阳谷稳定承载力下降，但在一般情况下，阳光谷钢结构初始几何缺陷的非线性稳定不敏感。太阳谷几何非线性分析和几何非线性分析材

12、料的的屈曲临界载荷系数sv1的sv6，分别是大于41 2和21 0。满足对所有在中国空间网格结构规范的网壳结构的稳定性的要求。3.21 4引起结构的整体稳定屈曲的单个杆件的影响， 分析表明，整体结构屈曲前单个杆件将屈曲。例如，对于sv6，第一根杆件屈曲时的荷载仅有整体结构屈曲荷载40的左右。两个模型都对两个载荷步进行屈曲分析，确定当单个模型单屈曲时的荷载值。第一个载荷阶段是对前一模型屈曲稳定性分析，而第二个载荷阶段步考虑由于模型屈曲稳定性分析刚度减弱。在第二阶段，修改原模型的的屈曲杆件（刚度乘小值），考虑局部屈曲杆件的作用，可以检查这样的结构整体稳定的过程。以sv6作为一个例子，当18根杆件屈

13、曲时，整体稳定承载力大约为原始模型7315;然而屈曲杆件高达43，屈曲临界载荷系数为11 92，稳定的承载能力是原始模型551 1。因此，表明该结构具有良好的承载性能，当单个杆件屈曲不会导致整体承载能力的迅速减少。3.215连接设计 阳光谷钢结构采用一种特殊的连接形式，相邻焊接矩形状管表面较薄和良好的透气性。在连接区，所有栏杆和焊接矩形管中的杆件只有两个网是连续的，而其他杆件网是不连续的。如果承受压力的栏杆超过材料的设计强度，将改变整个连接牢固性。 在整个结构的分析中，接点连续刚性杆件构成。考虑到这一因素，强化板设置在连接中心以用来连接两个有最大的内力的网络板块，以增强接点的刚性和保证节点具有足够的强度，。从节点的有限元分析的结果表明，连接区的大多数杆件都在弹性范围内，只有非常小一部分屈曲（图16）。3.121 6其他分析 太阳谷是一个规模庞大，表面复杂