广州体育馆结构设计

1、广州体育馆结构介绍广州市设计院广州体育馆夜景广州体育馆夜景主场馆主场馆训练馆训练馆大众馆大众馆主场馆训练馆大众馆剖面图剖面图纵纵剖面图剖面图室内室内室内室内室内室内介绍内容介绍内容 1、体育馆概况、体育馆概况 2、对初步设计的改进、对初步设计的改进 3、屋盖设计的安全度、屋盖设计的安全度 4、设计特点、设计特点 5、设计计算及试验、设计计算及试验 6、屋架施工的基本情况、屋架施工的基本情况1、体育馆概况、体育馆概况功能：广州体育馆是为功能：广州体育馆是为“九运会九运会”而兴建的大型体育设施，而兴建的大型体育设施，以举办包括国际室内田径赛在内的各种体育比赛为主，同时以举办包括国际室内田径赛在内的

2、各种体育比赛为主，同时能兼顾大型演唱会、文艺演出、展览会等。能兼顾大型演唱会、文艺演出、展览会等。2. 主场馆建筑面积约主场馆建筑面积约40000m2 ，馆内设包厢，馆内设包厢24间，座位间，座位10018座；座；3. 训练馆建筑面积约训练馆建筑面积约20000m2，馆内设练习场、游泳场、学术交，馆内设练习场、游泳场、学术交流厅等；流厅等；4. 大众活动中心建筑面积约大众活动中心建筑面积约9000m2，馆内设体育娱乐场。，馆内设体育娱乐场。指标 主场馆 训练馆 大众馆长轴长度（m）短轴长度（m）投影面积（m ）上弦圆锥角屋顶离地面高度(m) 用钢量 160 151.5 140 110 70 3

3、0 12700 7748 2722 24.5 26 36 33.87 20.27 14.95 1766.97t 929.6t 420.36t 139kg/m2 120kg/m2 154kg/m222221、体育馆概况、体育馆概况2、设计过程、设计过程 1. 广州体育馆设计方案通过国际招标，由法国巴黎机场公司(ADP)建筑师Paul.Andaeu中标，并负责完成方案设计、初步设计。2. 广州市设计院负责配合初步设计和施工图设计。1999年3月初步设计审查。 1999年6月组织空间结构专家对体育馆钢结构屋盖进行技术审查。 2、屋盖设计问题、屋盖设计问题1. 辐射桁架平面外稳定及计算长度问题 ，采用

4、斜交拉索作为侧向稳定支点无规范依据 。ADP提供辐射桁架部分上弦，特别是下弦的截面不满足平面内、外稳定计算。2.4点约束支座的反力相当大，下部设计相当困难。 2、对初步设计改进内容、对初步设计改进内容 1. 主檩条位置增设环向桁架垂直交叉索。 2. 辐射桁架下弦由2-70 实心圆棒改为2-8919 （2-10219）圆管。 3.节间平面内长度由3300改为2500。 4.支座除四个端支座外其余采用弹簧刚度明确的球型减震支座。 5.根据计算结果，部分加大原设计的截面厚度。 6.主桁架改用圆钢管，采用相贯节点。3、广州体育馆的屋盖设计安全度、广州体育馆的屋盖设计安全度 1. 结构设计安全等级一级。

5、 2. 按七度基本烈度抗震设防。 3. 荷载 (1) 风荷载： 基本风压0.45，重要性系数1.2， 体型系数取考虑内压的风洞试验值，风振系数1.8。 (2) 垂直荷载： 恒载：0.3kN/m2 (包括屋面板、檩条、吸音器等)； 活载：0.3kN/m2（按满跨均布和半跨均布分别考虑）； 固定设备重量（包括广播音响、灯光、马道等）； 演出灯光音响每节点6kN，总重约750kN； (3) 温差：250C3、广州体育馆的屋盖设计安全度、广州体育馆的屋盖设计安全度 4.索设计安全系数为2.53 。 5.钢结构屋盖防火等级为一级，采用薄型喷涂金属防火涂料，根据消防设计审核意见书防火耐火时间为0.5小时

6、。 结论：结论： 广州体育馆的屋盖设计经过建委的支持，专家广州体育馆的屋盖设计经过建委的支持，专家的指导的指导 ，依据实事求是的科学态度，改进和完，依据实事求是的科学态度，改进和完善了原结构受力体系，结构构件的设计符合我善了原结构受力体系，结构构件的设计符合我国设计规范，屋盖的设计是安全的。国设计规范，屋盖的设计是安全的。主场馆钢屋盖平面主场馆钢屋盖平面训练馆训练馆大众馆大众馆辐射桁架和垂直交叉索辐射桁架和垂直交叉索主桁架主桁架下弦节点弦节点4、设计特点、设计特点一、屋盖杆件布置的韵律形成很有特色的空间结构美屋盖杆件布置的韵律形成很有特色的空间结构美各馆中央屋脊为纵向空间桁架。各馆中央屋脊为纵

7、向空间桁架。辐射桁架按等距沿放射放置。辐射桁架按等距沿放射放置。桁架的上弦为方钢管，腹杆采用圆管，下弦由桁架的上弦为方钢管，腹杆采用圆管，下弦由2根根89（76）圆管组合而成，）圆管组合而成，杆件尺寸外形大小一致。杆件尺寸外形大小一致。首次在大跨度的空间结构中使用了首次在大跨度的空间结构中使用了800根高强度低松驰的预应力拉索作为受根高强度低松驰的预应力拉索作为受压弦杆支点，拉索之间为弦杆计算长度。压弦杆支点，拉索之间为弦杆计算长度。空间结构体系整齐划一，很有特色。空间结构体系整齐划一，很有特色。二、辐射桁架上弦采用方钢管与圆钢管的直接焊接相贯节点，通过节点试验及二、辐射桁架上弦采用方钢管与圆

8、钢管的直接焊接相贯节点，通过节点试验及有限元计算比较，判明节点支管的承载力以及相贯节点是否需要加强等情况，有限元计算比较，判明节点支管的承载力以及相贯节点是否需要加强等情况，选用计算公式进行结构设计。下弦为两根圆钢管，在节点处与竖腹杆端的实选用计算公式进行结构设计。下弦为两根圆钢管，在节点处与竖腹杆端的实心圆钢棒和两根斜腹杆焊接，节点新颖，具有特点，下弦节点亦通过试验保心圆钢棒和两根斜腹杆焊接，节点新颖，具有特点，下弦节点亦通过试验保证设计安全。证设计安全。4、设计特点、设计特点三、体育馆所有的辐射桁架，均支承在一道三、体育馆所有的辐射桁架，均支承在一道0.65X1.25m的箱形钢环梁上，而的

9、箱形钢环梁上，而钢环梁的支座为垂直、环向约束，径向具有弹簧刚度的球形减震支座，弹簧钢环梁的支座为垂直、环向约束，径向具有弹簧刚度的球形减震支座，弹簧刚度由弹簧钢板制成，并由其将屋盖的水平推力和垂直力传递到下部剪力墙。刚度由弹簧钢板制成，并由其将屋盖的水平推力和垂直力传递到下部剪力墙。该支座的设计及使用亦为国内第一例。该支座的设计及使用亦为国内第一例。四、首次在大跨度的空间结构中将稳定索参与共同计算，与辐射桁架、主桁四、首次在大跨度的空间结构中将稳定索参与共同计算，与辐射桁架、主桁架一起形成良好的空间受力体系。屋盖上弦面沿周边设环向水平交叉索和四架一起形成良好的空间受力体系。屋盖上弦面沿周边设环

10、向水平交叉索和四道径向水平交叉索，辐射桁架间每隔道径向水平交叉索，辐射桁架间每隔10米设一道环向垂直交叉索，上弦水平米设一道环向垂直交叉索，上弦水平拉索及下弦垂直交叉拉索组成屋盖的柔性支撑体系。通过对屋盖的非线性屈拉索及下弦垂直交叉拉索组成屋盖的柔性支撑体系。通过对屋盖的非线性屈曲分析，整体弹性计算，整榀桁架试验确定索的张拉力及控制张拉索力差。曲分析，整体弹性计算，整榀桁架试验确定索的张拉力及控制张拉索力差。五、钢索采用镀锌高强度低松驰预应力钢铰线，强度标准五、钢索采用镀锌高强度低松驰预应力钢铰线，强度标准 值值fptk=1670Mpa，单根钢铰单根钢铰d=15(75)，外挤包白色高密度聚乙烯

11、。施工前对索的分批张拉相互，外挤包白色高密度聚乙烯。施工前对索的分批张拉相互影响模拟计算出每根的张拉力，根据计算值采用对称张拉原则施工。对索施影响模拟计算出每根的张拉力，根据计算值采用对称张拉原则施工。对索施加加2040kN预应力，使索保持预应力，使索保持30kN左右的拉力，不退出工作。左右的拉力，不退出工作。1. 结构自重2. 恒载（0.3KN/m2+设备重量）3. 满布活载（0.3KN/m 2)4. 活载不利组合演出灯光音响荷载 除固定灯光、中心音响外， 每节点6KN，总重750KN的不利组合6. 风荷载(根据荷载规范和风洞试验取值）7. +（-）25 0 c温度影响8. 水平地震按基本烈

12、度设计，考虑竖向地震作用9. 稳定索预应力： 主场馆：30KN; 训练馆：25KN; 大众馆：20KN.10. 采用弹性支座：环向与径向弹性约束，竖向固定。25、计算荷载、参数、计算荷载、参数5、支座假定、支座假定48个弹性支座，Z向约束，X、Y向支座弹性系数5000kN/m;6个支座仅Z向约束。5、支座、支座5、风洞试验情况、风洞试验情况 1.1.在各风向角下在各风向角下, ,迎风面的正风压均不会很大迎风面的正风压均不会很大, ,但负压值较大但负压值较大, ,尤尤 其是屋脊处其是屋脊处, ,负压尤为显著负压尤为显著, ,最大风压系数最大风压系数 为为-1.52-1.52。2.2.最不利的风向

13、角对不同屋盖不同时出现最不利的风向角对不同屋盖不同时出现, ,对同一屋盖的不同部对同一屋盖的不同部 位也不同时出现。对于主场馆位也不同时出现。对于主场馆, ,最不利的风向角大约最不利的风向角大约9090至至 112.5112.5之间。之间。 3.3.设计时取风向角设计时取风向角9090时的风压值及时的风压值及112.5112.5时的风压值作为两时的风压值作为两 种风荷载工况与其它荷载组合进行屋盖主体结构设计。种风荷载工况与其它荷载组合进行屋盖主体结构设计。4.4.我们根据试验提供的风压体型系数我们根据试验提供的风压体型系数, ,把屋面分成几个区域把屋面分成几个区域, ,各区各区 域分别取平均值

14、作为该区域的体型系数。域分别取平均值作为该区域的体型系数。5.5.根据外表面风压体型系数的正负情况根据外表面风压体型系数的正负情况, ,取取0.20.2内风压值。内风压值。6.6.根据风洞试验的建议根据风洞试验的建议, ,在设计时考虑了风振系数在设计时考虑了风振系数1.81.8。 5、风荷载平面、风荷载平面5、静力分析、静力分析 屋盖采用屋盖采用SAP5和和ANSYS5.6两种有限元分析软件进行静力两种有限元分析软件进行静力分析。分析时共采用三种单元分析。分析时共采用三种单元,杆件采用梁单元杆件采用梁单元,索采用索索采用索单元单元,弹性支座采用弹簧单元。计算时索先全部预加预应力弹性支座采用弹簧

15、单元。计算时索先全部预加预应力,主场馆、训练馆和大众馆分别为主场馆、训练馆和大众馆分别为30kN、25kN、20kN,再分再分别施加恒载、活载、风荷载别施加恒载、活载、风荷载,得到该种工况下的内力得到该种工况下的内力,而温而温度则作为一种单独的活载工况施加于屋盖上度则作为一种单独的活载工况施加于屋盖上,供设计时参考。供设计时参考。 在恒载和满布活载作用下在恒载和满布活载作用下,辐射桁架上弦杆以受压为主辐射桁架上弦杆以受压为主,屋屋盖两端部辐射桁架盖两端部辐射桁架RT2、3、4和和RT38、39、40下弦杆全部下弦杆全部受压受压,其它辐射桁架下弦杆则在靠近屋脊和环梁部分受压其它辐射桁架下弦杆则在

16、靠近屋脊和环梁部分受压,中间部分受拉。但在风荷载和半边活载共同作用下中间部分受拉。但在风荷载和半边活载共同作用下,各榀辐各榀辐射桁架下弦杆则全部受压。射桁架下弦杆则全部受压。5、动力分析、动力分析采用采用ANSYS5.6程序，计算方法为时程分析法和振型分解反应谱法。程序，计算方法为时程分析法和振型分解反应谱法。时程分析：选用了时程分析：选用了EL-Centro波和一条场地实测波波和一条场地实测波,另外还考虑了场另外还考虑了场地实测水平波加地实测水平波加30%场地实测竖向波的组合。取七度基本烈度加速场地实测竖向波的组合。取七度基本烈度加速度峰值度峰值,水平波地面加速度峰值为水平波地面加速度峰值为

17、102cm/s2,场地竖向波地面加速度峰场地竖向波地面加速度峰值为值为70cm/s2,地面脉动平均卓越周期地面脉动平均卓越周期0.27s 。设计时杆件内力取各条。设计时杆件内力取各条波计算结果的大值。波计算结果的大值。振型分解反应谱法：对于大规模的空间结构振型分解反应谱法：对于大规模的空间结构,屋盖自由度很多屋盖自由度很多,计算时计算时先采用先采用Block Lanczos法求出前法求出前108阶振型阶振型,然后用然后用CQC法耦合得到地法耦合得到地震反应。输入的反应谱为地震反应谱震反应。输入的反应谱为地震反应谱,地震影响系数地震影响系数借鉴借鉴高层民高层民用建筑钢结构技术规程用建筑钢结构技术

18、规程(JGJ99-98)的的曲线确定曲线确定,max取七度基本取七度基本烈度所对应的值。烈度所对应的值。采用时程分析法或振型分解反应谱法计算所得的地震作用下杆件内采用时程分析法或振型分解反应谱法计算所得的地震作用下杆件内力均小于风荷载作用下的杆件内力。力均小于风荷载作用下的杆件内力。5、屈曲分析、屈曲分析非线性屈曲分析是一种比较精确的分析方法非线性屈曲分析是一种比较精确的分析方法,通过渐增荷载来寻求结构失稳通过渐增荷载来寻求结构失稳时的临界荷载。它可考虑结构的初始缺陷时的临界荷载。它可考虑结构的初始缺陷,几何非线性和材料非线性及间隙几何非线性和材料非线性及间隙等等,是一种较为接近实际情况的分析

19、方法。是一种较为接近实际情况的分析方法。保证下弦杆的稳定保证下弦杆的稳定,是屋盖设计中的重点与难点。受压的辐射桁架下弦采用是屋盖设计中的重点与难点。受压的辐射桁架下弦采用交叉拉索提供下弦稳定支点，需对结构进行非线性屈曲分析，达到了解对交叉拉索提供下弦稳定支点，需对结构进行非线性屈曲分析，达到了解对结构的整体性和下弦的稳定性。结构的整体性和下弦的稳定性。对体育馆主场馆屋盖进行屈曲分析时考虑了三种工况对体育馆主场馆屋盖进行屈曲分析时考虑了三种工况:(1):(1)恒载恒载+ +满跨活满跨活载载;(2) ;(2) 恒载恒载+ +上半边活载上半边活载;(3);(3)恒载恒载+ +右半边活载。分析时采用线

20、性屈曲分右半边活载。分析时采用线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析相结合的方析和几何非线性屈曲分析相结合的方法。法。在上述三种屈曲工况下在上述三种屈曲工况下,整体屈曲模态的出现一般是在上弦先出现屈曲整体屈曲模态的出现一般是在上弦先出现屈曲,继而继而下弦发生失稳下弦发生失稳,屋盖有整体扭曲的趋势屋盖有整体扭曲的趋势,且靠近屋盖端部辐射角约为且靠近屋盖端部辐射角约为45的辐的辐射桁架最先出现屈曲。射桁架最先出现屈曲。从屈曲分析中可知从屈曲分析中可知,结构的屈曲承载力对支撑系统的依赖程度较大。若屋架结构的屈曲承载力对支撑系统的依赖程度较大。若屋架下弦没有索柔性支撑体系下弦没有索柔性支撑体系,结构将不足以

21、承受使用荷载和自重而发生平面外结构将不足以承受使用荷载和自重而发生平面外失稳。因此在设计时失稳。因此在设计时,为保证索始终处于受拉为保证索始终处于受拉,对于主场馆、训练馆和大众馆对于主场馆、训练馆和大众馆分别施加了分别施加了30kN、25kN、20kN的预拉应力。的预拉应力。5、计算结果、计算结果 主场馆辐射桁架杆件控制内力与截面 表 一 上 弦 下 弦 辐射桁架 RT2RT12 RT30RT40 RT3RT39 RT2、 RT40 斜腹杆 竖腹杆 主檩条 轴力 -1100kN -1650kN -800kN -1450kN -250kN -50kN -1160kN 截面 250X250X14

22、250X250X20 - 289X19 - 2102X19 108X12 168X8 BH320X250X9X14 主场馆环梁及纵向空间桁架杆件控制内力与截面 表 二 环 梁 RT2 间、RT40 间 其余区段 主桁下弦 主桁上弦 主桁上弦端部 内力 N=4806kN T=1933kN Mx=1509kN.m My=1424kN.m Vx=347kN Vy=342kN N=-4679kN T=70kN Mx=904kN.m My=-193kN.m Vx=-56kN Vy=-192kN N=-1755kN N=-2310kN N=-1340kN 截面 650X1200X32 650X1200X2

23、0 273X12 273X14 300X300X20 5、主场馆屋盖的内力特点、主场馆屋盖的内力特点）辐射桁架下弦以压杆控制。）辐射桁架下弦以压杆控制。）主桁架上下弦杆拉压互相交错，截面以压杆控制。）主桁架上下弦杆拉压互相交错，截面以压杆控制。)环梁变形：垂直荷载下两端向内收，中部向外移；温度作用下环梁变形：垂直荷载下两端向内收，中部向外移；温度作用下沿径向外移。沿径向外移。)支座最大压力支座最大压力1200KN，最大水平推力，最大水平推力350KN，支座允许径向，支座允许径向位移位移80mm, 切向位移切向位移55mm。)最大竖向位移：计算最大竖向位移：计算120mm，施工完成实测，施工完成

24、实测90mm.5、辐射桁架试验目的辐射桁架试验目的桁架试验要求达到以下目的桁架试验要求达到以下目的: 1)验证桁架下弦用垂直交叉索约束下弦平面外稳定的可行性和安全验证桁架下弦用垂直交叉索约束下弦平面外稳定的可行性和安全性性; 2) 桁架支座端板在荷载作用下的稳定性，局部开孔范围及与环梁桁架支座端板在荷载作用下的稳定性，局部开孔范围及与环梁连接处的应力情况。连接处的应力情况。 3)桁架上下弦节点在结构整体中的性能。桁架上下弦节点在结构整体中的性能。5、辐射桁架试验方案辐射桁架试验方案试验方案试验方案1)按按38轴辐射桁架做足尺试验。轴辐射桁架做足尺试验。2)试验采用上下水平拉杆加载方式。试验采用

25、上下水平拉杆加载方式。3)垂直交叉索采用工程施工钢索，一端张拉锚具。垂直交叉索采用工程施工钢索，一端张拉锚具。4)钢索的初始张力按设计要求控制在钢索的初始张力按设计要求控制在2550kN，在加载试验过程中，调整使，在加载试验过程中，调整使钢索张力不小于钢索张力不小于15kN，保证索不退出工作。，保证索不退出工作。5)正式试验加载分正式试验加载分26级，最大加载值为级，最大加载值为2550kN。5 5、辐射桁架试验结论辐射桁架试验结论1、桁架端板在试验荷载作用下是稳定的，不会产生失稳状态。、桁架端板在试验荷载作用下是稳定的，不会产生失稳状态。2、只要索保持拉力状态和左右张紧的平衡状态，采用拉索做

26、支撑的概念、只要索保持拉力状态和左右张紧的平衡状态，采用拉索做支撑的概念设计是可行的。设计是可行的。3、用垂直交叉索约束下弦平面外稳定，作为减少计算长度、用垂直交叉索约束下弦平面外稳定，作为减少计算长度 的支撑是可的支撑是可行的。行的。4、上弦节点试验实现了主管连接面塑性破坏模式。在设计荷载下，上弦、上弦节点试验实现了主管连接面塑性破坏模式。在设计荷载下，上弦方管可不采用方管可不采用 补强，节点设计是安全的。补强，节点设计是安全的。5、下弦节点破坏主要是焊缝破坏。在设计荷载下，节点不会发生焊缝破、下弦节点破坏主要是焊缝破坏。在设计荷载下，节点不会发生焊缝破坏的节点失效模坏的节点失效模 式。式。

27、5、辐射桁架试验内力对比辐射桁架试验内力对比在最大加载2550KN作用下，上下弦杆的试验内力和设计内力对比见表一。其中第一段为与主桁架连接段，第二段为中部垂直交叉索之间10米跨段，第三段为与端板连接段。设计控制内力是与试验桁架上下弦截面相同的341轴下弦，212，3040轴上弦的截面设计控制值。对于下弦杆，试验内力达到了设计控制内力的1.3倍以上。5、辐射桁架端板分析辐射桁架端板分析 2.在桁架端板开孔边缘，下弦杆与端板用厚钢板双面贴角焊在桁架端板开孔边缘，下弦杆与端板用厚钢板双面贴角焊250mm长，从试验值看到，长，从试验值看到，下弦下弦杆的内力为杆的内力为-14460KN，孔位，孔位杆内力

28、为杆内力为-404.3KN，通过焊缝直接将下弦杆内，通过焊缝直接将下弦杆内力力72%传到端板，减少杆端连接螺栓的压力，满足建筑师对螺栓直径的要求。传到端板，减少杆端连接螺栓的压力，满足建筑师对螺栓直径的要求。3 .支座端板应力分布与有限元分析支座端板应力分布与有限元分析,在端板下半部，主应力直线基本呈水平状，主应力在端板下半部，主应力直线基本呈水平状，主应力值在值在5079MPa，12点平均值为点平均值为63 .4MPa；最大主应力值为；最大主应力值为84.2MPa，位置在端板，位置在端板与水平钢梁的连接边缘，开孔周围最大主应力为与水平钢梁的连接边缘，开孔周围最大主应力为-78.6MPa 。4

29、.有限元计算采用软件有限元计算采用软件COSMOS，建立三维实体模型，边界条件与试验的实际边界条，建立三维实体模型，边界条件与试验的实际边界条件相同。端板下部件相同。端板下部1的最大值为的最大值为70Mpa，在端板与环梁交接处，在端板与环梁交接处，1最大值为最大值为80Mpa。有限元计算结果与试验下端板主应力比较，结果基本吻合，另分析有限元计算结果与试验下端板主应力比较，结果基本吻合，另分析r沿截面的变化沿截面的变化规律是一致的，数值也一致相近。规律是一致的，数值也一致相近。 5、辐射桁架端板分析辐射桁架端板分析5、辐射桁架端板设计辐射桁架端板设计5、辐射桁架端板辐射桁架端板5、辐射桁架端板辐

30、射桁架端板5 5、预应力索试验情况、预应力索试验情况1） 索索2 2，3 3，6 6，7 7与桁架下弦连接，张力随荷载与桁架下弦连接，张力随荷载P P加大而减少。索加大而减少。索1 1，4 4，5 5，8 8与桁架上弦与桁架上弦连接，张力随荷载连接，张力随荷载P P加大而增大加大而增大。2）试验条件与实际条件不同，试验时索与桁架上弦连接实际上是固定在支架上，而不是）试验条件与实际条件不同，试验时索与桁架上弦连接实际上是固定在支架上，而不是在另一榀辐射桁架的上弦节点上；另试验荷载没有采用垂直加荷，桁架在垂直方向的在另一榀辐射桁架的上弦节点上；另试验荷载没有采用垂直加荷，桁架在垂直方向的变位也与实

31、际不同，索力在加载下的变化规律与整体计算有差别。变位也与实际不同，索力在加载下的变化规律与整体计算有差别。3）从试验可以看到，索对下弦杆平面外的稳定起重要作用，如果没有索控制，对近）从试验可以看到，索对下弦杆平面外的稳定起重要作用，如果没有索控制，对近2525米米长的下弦杆，在试验荷载下会出现失稳的破坏模态。长的下弦杆，在试验荷载下会出现失稳的破坏模态。4 4）桁架试验证实，用垂直交叉索作为约束下弦平面外稳定，只要索保持拉力状态和左右）桁架试验证实，用垂直交叉索作为约束下弦平面外稳定，只要索保持拉力状态和左右张紧的平衡状态，减少计算长度支撑是可行的。张紧的平衡状态，减少计算长度支撑是可行的。5

32、 5、索预张拉力的确定、索预张拉力的确定 1 1）通过对屋盖进行非线性屈曲分析。整体）通过对屋盖进行非线性屈曲分析。整体屈曲模态的出现一般屈曲模态的出现一般 是在上弦先出现屈曲，继而下弦发生失稳，屋盖有整体扭曲是在上弦先出现屈曲，继而下弦发生失稳，屋盖有整体扭曲 的趋势，只有保证索不出现退出工作，结构体系是安全可靠的趋势，只有保证索不出现退出工作，结构体系是安全可靠 的。的。2 2）从整体弹性计算中看到，在对索预加拉力）从整体弹性计算中看到，在对索预加拉力30KN30KN，在各种情况下，在各种情况下 索内力变化不同，在索内力变化不同，在101040KN40KN之内，没有出现退出的情况。之内，没

33、有出现退出的情况。3 3）虽然试验不能真实反映实际，但）虽然试验不能真实反映实际，但从试验桁架的变形测量值看出从试验桁架的变形测量值看出 一对索的张拉力不等，会引起下弦节点的水平位移一对索的张拉力不等，会引起下弦节点的水平位移 。4 4）根据计算和试验，我们确定索初张拉力在）根据计算和试验，我们确定索初张拉力在252540kN40kN，一对下弦，一对下弦 索张拉力差不大于索张拉力差不大于5kN5kN的施工要求的施工要求 5、索端节点大样、索端节点大样5、支座、支座5、上下弦节点试验目的、上下弦节点试验目的 1。 方钢管与圆钢管的直接焊接相贯节点，尚未见国内结构工程中有应方钢管与圆钢管的直接焊接

34、相贯节点，尚未见国内结构工程中有应用情况的报导，当时钢结构设计规范用情况的报导，当时钢结构设计规范GBJ17-88也没有专门的计算规定，也没有专门的计算规定，因此，需要判明节点支管的承载力以及相贯节点是否需要加强等情况，因此，需要判明节点支管的承载力以及相贯节点是否需要加强等情况，对上下弦节点进行静力加载试验，试验结果与节点有限元计算比较，并对上下弦节点进行静力加载试验，试验结果与节点有限元计算比较，并选用计算公式进行结构设计。选用计算公式进行结构设计。 2。根据有关资料分析，不设加劲肋的方管弦杆与圆管腹杆直接焊接相根据有关资料分析，不设加劲肋的方管弦杆与圆管腹杆直接焊接相贯节点可能有如下的破

35、坏模式贯节点可能有如下的破坏模式:与腹杆相连的弦杆板件与腹杆相连的弦杆板件(翼缘板翼缘板)形成塑性形成塑性铰机构；弦杆翼缘冲剪破坏；在腹板压力作用下弦杆侧壁压曲；焊缝连铰机构；弦杆翼缘冲剪破坏；在腹板压力作用下弦杆侧壁压曲；焊缝连接破坏。造成节点破坏的条件是腹杆轴力很大。当受拉腹杆轴力很大时，接破坏。造成节点破坏的条件是腹杆轴力很大。当受拉腹杆轴力很大时，连接焊缝可能破坏；当受压腹杆压力很大时，可能引起弦杆翼缘塑性过连接焊缝可能破坏；当受压腹杆压力很大时，可能引起弦杆翼缘塑性过度发展直至产生塑性铰或弦杆腹板被压屈，两者轴力较大时，也可能发度发展直至产生塑性铰或弦杆腹板被压屈，两者轴力较大时，也

36、可能发生冲剪形式的破坏。为达到试验目的要求，试验方案采取增大节点处弦生冲剪形式的破坏。为达到试验目的要求，试验方案采取增大节点处弦杆压力差（即增大腹杆中轴力）的控制条件对弦杆两端施加轴力荷载，杆压力差（即增大腹杆中轴力）的控制条件对弦杆两端施加轴力荷载，直至最后破坏。直至最后破坏。 5、上节点试件模型、上节点试件模型5、上节点试验结果、上节点试验结果随腹杆中轴力加大，弦杆上翼缘产生随腹杆中轴力加大，弦杆上翼缘产生面外弯曲变形，受压腹杆相连处翼缘面外弯曲变形，受压腹杆相连处翼缘板向钢管内侧凹进，受拉腹杆相连处板向钢管内侧凹进，受拉腹杆相连处翼缘板则向管外凸出，在临近极限荷翼缘板则向管外凸出，在临

37、近极限荷载时，这种变形已能十分明显地被观载时，这种变形已能十分明显地被观察到。试验结束前，察到。试验结束前，JDUL的受压腹的受压腹杆与弦杆的节点部位已达到承载极限，杆与弦杆的节点部位已达到承载极限，JDUR的拉、压腹杆都已出现承载力的拉、压腹杆都已出现承载力下降的趋势。最后，方钢管弦杆的上下降的趋势。最后，方钢管弦杆的上翼缘板与受拉腹杆相连处被撕裂，呈翼缘板与受拉腹杆相连处被撕裂，呈拉剪破坏状，节点破坏模式为主管连拉剪破坏状，节点破坏模式为主管连接面塑性破坏。接面塑性破坏。 5、上节点有限元分析、上节点有限元分析 有限元分析计算采用有限元分析计算采用COSMOS软件，模型采用三维实体建模，软

38、件，模型采用三维实体建模，在腹杆端部加局部约束来模拟铰在腹杆端部加局部约束来模拟铰支座，弦杆两端为自由端。加载支座，弦杆两端为自由端。加载时在弦杆上下两端加数值不同的时在弦杆上下两端加数值不同的均布压力从而产生压力差。将计均布压力从而产生压力差。将计算结果腹杆与弦杆相交处的算结果腹杆与弦杆相交处的Mises应力图与试验测点的应力应力图与试验测点的应力作比较，符合较好。作比较，符合较好。5、下节点试件模型、下节点试件模型试验方案试验方案 试验位置：端板第一节点试验位置：端板第一节点和距主桁架第一节点，该两和距主桁架第一节点，该两节点是各桁架节点下弦力差节点是各桁架节点下弦力差最大值的位置。最大值的位置。试件破坏的两种可能性：（试件破坏的两种可能性：（1）杆件与实心棒的任意一条焊杆件与实心棒的任意一条焊接失效，属于节点破坏性质。接失效，属于节点破坏性质。产生连接焊缝破坏的可能原产生连接焊缝破坏的可能原因是各腹杆（尤其是受拉腹因是各腹杆（尤其是受拉腹杆）轴力太大，或是下弦杆杆）轴力太大，或是下弦杆两端力差大。两端力差大。（2）杆件发生强度或稳定性）杆件发生强度或稳定性的失效，属于杆件破坏性质。的失效，属于杆件破坏性质。 试验方案考虑逐步增大节点试验方案考虑逐步增大节点处