上海世博会主题馆结构选型与设计（PPT32）

上海世博会会主题馆结构选型与与设计主题一、上海世世博会主题题馆工程概概况二、主题馆馆屋面结构构方案选型型三、主题馆馆结构计算算模型与分分析四、主题馆馆结构设计计工程概况世博会主题题馆是展示示上海世博博会“城市市，让生活活更美好””的主题和和凸现大型型事件的展展览场所。。世博会期期间将结合合世博轴北北端的庆典典广场举办办世博会开开、闭幕式式等大型活活动。世博博会后主题题馆将综合合利用为展展览建筑群群体。主题题馆作为永永久保留场场馆建筑，，地上建筑筑面积为8.0万平方米，，地下建筑筑面积为4.0万平方米。。工程概况工程概况屋面建筑平平面投影为为矩形平面面，东西向向288m，南北向216m，高度为26m。室内按功能能要求分为为三个区，，即西侧展厅中中庭、东侧展厅。其中，西西侧展厅是是180m×140m无柱大空间间。屋面结构南南、北方向向各悬挑18m。建筑平面图图建筑平面图图结构方案选选型结构挑战主题馆屋盖盖结构设计计之挑战西侧展厅为为180m××140m无柱大空间间，建成后后为中国最最大跨度展展馆之一。。为保证建筑筑室内净高高要求，西西侧展厅屋屋面结构高高度限制在在12m之内。展厅南、北北方向悬挑挑端跨度18m，如何有效效解决悬挑挑端弯距对对内侧屋面面的不利影影响。屋面结构设设计要体现现屋面之轻轻盈、简洁洁、通透，，置身于展展厅中将领略到结构构之韵律美美及先进结结构技术造造就的时代代感。结构方案选选型方案一：单单向张弦桁桁架西侧展厅屋面结构选选型轴侧图平面图立面图结构方案选选型方案二：双双向张弦桁桁架轴侧图平面图西侧展厅屋面结构选选型立面图结构方案选选型方案三：巨巨型折板框框架轴侧图平面图西侧展厅屋面结构选选型立面图结构方案选选型西侧展厅屋面结构选选型结构参数方案一方案二方案三结构方案单向张弦桁架双向张弦桁架巨形折板框架结构高度(m)11.511.58标准竖向荷载跨中变形(mm)-368-426-262支座推力(KN)22541940单位用钢量(kg/m2)101189104西侧展厅屋屋面结构方方案对比分分析结果西侧展厅屋屋面结构方方案评价从结构效率率来看，方方案三最优优，结构高高度最小，，竖向刚度度大；方案案一在结构构高度能满满足建筑室室内要求的的前提下，，结构挠度度符合要求求，且单位位用钢量最最省；方案案二结构效效率较低，，用钢量大大。从对下部结结构影响来来看，方案案一为自平平衡体系，，故对下部部结构推力力较小，柱柱子及基础础设计难度度低，结构构费用少；；方案三为为巨型门式式刚架体系系，上部结结构对基础础的推力是是一较难处处理的问题题。从对建筑要要求影响来来看，方案案三两侧巨巨型柱各宽宽9m，建筑空间间占用很大大；方案一一对下部结结构要求较较低，故柱柱子截面较较小，建筑筑空间利用用率较方案案三高。经以上比较较，西侧展展厅屋面结结构选择单向张弦桁桁架方案。结构方案选选型张弦桁架实实体图西侧展厅沿沿屋面纵向向布置张弦桁架作为屋面结结构的主要要承重体系系。结构跨度144m，结构高度度11.5m，失跨比为为1/12.5。每榀张弦桁桁架布置2道V字型撑杆。。西侧展厅屋面结构选选型结构方案选选型张弦桁架构构成图结合屋面建建筑形态和和表面机理理，上弦采采用断面为为正三角形立立体桁架，立体桁架架高3m，宽3m。两对V字型撑杆上上端连接于于立体桁架架下弦杆，，下端通过过索夹相连连，从而确确保了撑杆杆平面内、、外稳定性性。索夹设计为为在张弦桁桁架平面内内可自由转转动，保证证了索力有有效传递。。张弦桁架下下弦采用两两根平行钢钢拉索，拉拉索间隔1.5m拉索V字型撑杆立体桁架索夹张弦桁架结构方案选选型东侧展厅、、中庭立体桁架实实体图东侧展厅及及中庭结构构选型东侧展厅及及中庭屋面面结构沿东东西向采用用多跨连续立立体桁架作为屋面承承重结构。。立体桁架采采用断面为为正三角形立立体桁架，纵向三榀榀立体桁架架下弦宽度度均为3m，桁架高度度均为3m。结构方案选选型挑檐设计挑檐设计挑檐采用变截面平面面桁架结构形式，，跨度18m，间隔3m，共192榀。为进一部加加强挑檐结结构的整体体性，并改改善檩条的的受力性能能，檩条中中部通过V型隅撑系统统与平面桁桁架下弦杆杆连接，形形成独特的的三维檩撑撑体系。挑檐边桁架平面桁架檩条隅撑挑檐布置图图结构方案选选型檩条体系屋面檩条体体系剖面图图屋面檩条体体系选型檩条布置结结合建筑屋屋面造型，，一端连接接于立体桁桁架上弦杆杆，另一端端连接于立立体桁架下下弦杆，内内跨檩条采采用H型钢。边跨檩条设设计为与挑挑檐相同结结构形式，，即变截面面平面桁架架，通过桁桁架檩条抗抗弯能力平平衡了挑檐檐对边桁架架扭转，减减小了边榀榀菱形桁架架的截面尺尺寸。H型钢檩条桁架檩条挑檐张弦桁架边桁架结构方案选选型支撑体系屋面支撑体体系布置图图屋面支撑体体系屋面沿纵向向布置6道支撑。屋面沿横向向在西侧展展厅中间及及两侧布置置4道支撑，在在东侧展展厅两两侧布置2道支撑。屋面支撑结构方案选选型屋面结构平面图结构方案选选型屋面结构轴侧图结构方案选选型屋面结构剖面图屋面纵向剖剖面图屋面横向剖剖面图结构分析与与设计荷载取值结构自重：：按实际情情况考虑屋面恒荷载载：西侧展厅屋屋面、东侧侧展厅屋面面及挑檐取取0.8KN/m2中庭屋面取取1.2KN/m2(考虑太阳能能板荷载））屋面活荷载载：整体计计算取0.3KN/m2；檩条设计计取0.5KN/m2屋面风荷载载：挑檐处处取2.7KN/m2，其他屋面面取1.08KN/m2（风吸）温度作用：：上海市市市区年极端端最高气温温38.8℃℃，年极端最最低温度-2.0℃℃，故取最不不利季节温温差40.8℃℃作为结构设设计温度值值。地震作用：：设防烈度度为7度，特征周周期0.9s，屋盖单独独计算阻尼尼比取0.02，上、下部部结构整体体计算取0.035荷载取值屋面结构单单独计算模模型上、下部结结构整体计计算模型结构分析模模型本结构采用用以下计算算分析模型型：屋面单单独计算模模型，采用用弹簧单元元模拟下部部结构的刚刚度；屋面面与下部结结构整体计计算模型；；同时还对对单榀张弦弦桁架进行行张拉分析析。计算模型结构分析与与设计初始预应力力状态下内内力图初始预应力力状态下变变形图初始态单根索力初始预应力力为1987KN，其应力为为112MPa上弦杆内力力初始预应力力状态下为为2643KN单榀张弦桁桁架静力分析结构分析与与设计荷载态单根索力1.2Dead＋1.4Live，内力为5010KN,其应力为284Mpa上弦杆内力力1.2Dead＋1.4Live，内力9451KN1.2恒＋1.4活荷载作用用下内力图图1.2恒＋1.4活荷载作用用下变形图图结构分析与与设计单榀张弦桁桁架静力分析单榀张弦桁桁架静力分分析结果表表结构分析与与设计荷载工况分析内容分析结果Self拉索内力（KN）1987预应力反拱(mm)103支座滑移(mm)47Self+Dead拉索内力（KN）3840跨中挠度(mm)-236支座滑移(mm)21Self+Dead+Live拉索内力（KN）4404跨中挠度(mm)-339支座滑移(mm)14Self+Dead+Wind拉索内力（KN）2497跨中挠度(mm)20支座滑移(mm)40张弦桁架跨跨中最大挠挠度为-339mm，小于跨度度的1/400在风载作用用下，张弦弦桁架最小小索力为2497KN，拉索不松松弛张弦桁架支支座最大滑滑移量为47mm单榀张弦桁桁架静力分析荷载工况分析内容单独分析整体分析误差（%）Self+Dead+Live拉索内力（KN）415343524.5跨中挠度(mm)-368-3834支座推力（KN）112250Self+Dead+Live+Tempereture拉索内力（KN）408543285.6跨中挠度(mm)-354-3571.1支座推力（KN）941049.6屋盖上部结结构单独分分析与上、、下部结构构整体分析析比较分析结果评评价单独分析与与整体分析析在拉索内内力及跨中中挠度方面面的差异均均较小，因因此单独分分析结果能能够满足上上部屋盖设设计要求。。单独分析与与整体分析析支座推力力差异较大大，原因主主要是由于于下部结构构复杂，采采用弹簧单单元较难真真实模拟支支座处侧向向刚度。因因此，需要要通过上、、下部整体体分析才能能较准确地地确定上部部屋盖对下下部结构的的真实反力力。结构分析与与设计屋盖静力分分析超长结构温温度效应分分析结构分析与与设计楼面温度作作用一层东侧展展厅为180m××108m大空间，本本层楼面尺尺寸超出规规范建议的的伸缩缝间间距限制，，属于大面面积楼盖结结构，故采采用有限元元计算分析析楼板温度度应力问题题。钢框架与混混凝土楼板板同时升降降温40.8℃℃，采用混凝凝土弹性模模量折减来来模拟混凝凝土楼板的的徐变问题题。超长结构温温度效应分分析结构分析与与设计楼面温度作作用应力集中部部位楼板右侧边边三等分附附近楼板左侧边边跨中处楼板上下边边左角处应力集中处处楼板最大大应力1.90mpa>1.43mpa应力集中原原因相同位置附附近布置有有柱间支撑撑，限制了了板的自由由收缩非应力集中中处楼板应应力平均为为0.2mpa动力分析第一阶：纵纵向整体平平动，周期期1.2s第二阶：横横向整体平平动，周期期0.94s第三阶：整整体扭转，，周期0.73s结构分析与与设计分析内容分析结果结构自振周期T1(s)1.2T2(s)0.94T3(s)0.73T3/T10.61最大层间位移角纵向地震作用1/361横向地震作用1/409最大层间位移与平均层间位移的比值纵向地震作用1.032横向地震作用1.259动力分析结结果屋面结构动动力分析结结果表通过屋面支支撑和柱间间支撑的合合理布置，，结构的扭扭转/平动周期比比、最大扭扭转位移比比以及最大大层间位移移角均满足足相关规范范要求。结构分