哈尔滨国际会议展览体育中心主馆钢结构设计.ppt

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1、 哈尔滨国际会议展览体育中心哈尔滨国际会议展览体育中心主馆主馆大跨钢结构设计大跨钢结构设计范 峰博士、教授博士、教授博士生导师博士生导师哈尔滨工业大学空间结构研究中心20062006年年8 8月月哈尔滨工业大学土木工程学院一、工程概况 总建筑面积44万m2，是集会议、展览和体育功能于一体的综合型公共设施哈尔滨国际会议展览体育中心中央主馆会议中心5万人体育场中央主馆外观展览大厅、训练馆、万人体育馆相连成一体主馆结构平面总布置图总长度为618m,宽为128m（主跨大厅）+20m(附属玻璃长廊)中部由相同的35榀128m跨的张弦桁架覆盖，桁架间距为15m，展览大厅结构布置图二、主要结构形式介绍 5道

2、纵向刚性支撑+沿周边布置的平面交叉支撑组成支撑系统结构透视图人字形摇摆柱混凝土刚性柱支承张弦桁架下弦拉索张弦桁架结构简图前端的人字形摇摆柱和后端的刚性柱支承人字柱既可以传递竖向力，又提供足够强大的纵向刚度玻璃幕墙的支撑桁架（抗风柱）上端与张弦桁架连接在一起，仅传递水平向力，竖直向不传力展览大厅内景人字形柱展览大厅内景展览大厅内景 上弦杆件：480X24 下弦杆件：480X12480X24 桁架弦杆与腹杆间为相贯焊接连接 材质为Q345B 张弦桁架拉索：4397 拉索为高强度低松弛镀锌钢丝束，抗拉强度为1570Mpa 拉索锚具采用40Cr钢。构件截面及材质桁架构造特点拉索锚固端节点设置在桁架的形

3、心处，使得拉索中的拉力由相交与一点的5根桁架腹杆直接传递到桁架弦杆上，传力路径直接，简化了拉索锚固端节点的构造拉索撑杆与拉索垂直，便于撑杆位置的稳定，也较大地减少拉索在撑杆间的预应力损失为了方便现场施工，张弦桁架与摇摆柱，桁架与纵向支撑间的连接大量采用了销栓式连接张弦桁架中的一些受力复杂的关键节点采用铸钢件，节点处避免产生了的复杂焊接温度应力张弦桁架部分节点构造部分铸钢节点部分节点细部部分节点细部三、结构分析与设计荷载基本参数基本雪压：0.5 kN/m2 雪荷分布系数(考虑积雪效应)：1.6基本风压：0.65 kN/m2 风振系数：1.2体型系数分区确定初始预张力由于结构形式的特点，初始预张力

4、对张弦桁架的内力和初始变形影响较大综合考虑以下因素确定初始预张力应1.在各可能工况下，索应保持拉力，且不超过规定的应力比2.过小的预张力使索不能拉直3.过大的预张力使索张拉施工不便4.不应产生过大的反拱值。经过方案分析比较后，最终确定初始预张力为177t。荷载工况：恒恒+活活+左左+正温正温 恒恒+活活+右右+正温正温 恒恒+活活+左左+负温负温 恒恒+活活+右右+负温负温 恒恒+吸吸 恒恒+活活 恒恒+活活+正温正温工况六（恒工况六（恒+活）：内力及位移活）：内力及位移 前五阶振型周期前五阶振型周期(s):(s):1.1.1.55323 1.55323 2.2.1.44098 1.44098

5、 3.3.1.39495 1.39495 4 4.0.65041 0.65041 5 5.0.62403 0.62403 振型与周期第一阶振型第二阶振型第三阶振型第四阶振型第五阶振型分析结果桁架中最大受压杆件为接近两端支座的下弦杆，压应力值为199Mpa，最大受拉杆件为拉索锚固节点连接的斜腹杆，拉应力值为226Mpa。桁架上下弦杆的受力较均匀拉索中的最大拉应力为601Mpa，最大应力比为0.38，拉索的材料强度已充分利用。桁架跨中最大初始反拱值为98.8mm，最大水平位移为240.8mm，结构柱顶水平侧移比值（/h）为1/124。桁架最大挠度在桁架跨中节点，为519.2mm，挠跨比 （f/L）

6、为1/246。可以看出结构水平及竖向刚度均偏柔，结构截面 选择是由刚度控制的 水平侧移及竖向挠度均稍有超出规范限值。在无风荷作用时结构不利，风荷向上较大的吸力抵抗部分竖向恒荷和活荷，对结构是有利的；温度作用对结构竖向挠度影响不大，对水平侧移有影响，正温不利，负温有利，由于前端摇摆柱起的作用，温度作用对构件内力影响很小幕墙支撑桁架与张弦桁架的连接措施，大大减小了主体结构传递过来的水平推力 时程响应分析结果表明：地震作用对结构设时程响应分析结果表明：地震作用对结构设 计不起控制作用计不起控制作用 张弦桁架折合重量：张弦桁架折合重量：四、施工过程控制施工阶段划分1.在胎架上进行桁架整体拼装2.开始张

7、拉钢索，使桁架脱模、反拱，并达到初始预张力3.安装屋面檩条及支撑系统4.桁架安装就位5.玻璃幕墙的支撑桁架（抗风柱）上端与张弦桁架连接固定 结构分析时，按照以上典型施工阶段分别进行分析预应力施加及内力监控确保索中施加的预应力值与设计值一致 在各施工阶段要对一些受力较大杆件的内力，控制点的节点位移，索中的拉力值进行监控。桁架位移控制点的分布图设置水平、和竖直位移传感器在关键部位杆件中粘贴应变片监控杆件轴应力及弯矩引起的次应力；在拉索张拉端设置压力传感器监测索的拉力值，同时要监测索的拔出量。监控时要对结构内力与节点位移进行双控 只有这些监测结果与设计值接近，才可以进行下一 阶段的施工。桁架施加预应

8、力的整体稳定验算张弦桁架在实际使用中，平面外有很强的支撑系统，可以保证其整体稳定性。对桁架施加预应力和桁架单榀吊装时，这些支撑都是不存在的,这时需要对张弦桁架的稳定性进行校核 利用ANYSY软件的EIGEN BUCKLING功能对张弦桁架的进行了弹性屈曲分析。在保证结构自重不变的情况下，加大索的预拉力。张弦桁架到第一、二屈曲模态时索的拉力分别为1310t和1346t，而索实际初张拉设计值为177t施加预应力张弦桁架第一曲屈模态图Pcr1=1310t施加预应力张弦桁架第一曲屈模态图Pcr2=1346t施工现场施工现场施工现场施工现场施工现场五、索支承玻璃幕墙展厅前端玻璃幕墙两端山墙玻璃幕墙玻璃连廊单层索支承玻璃幕墙单索幕墙细部节点六、总结1.对于大跨度及超大跨度结构，尽可能采用一些专用连接构造，使得实际结构与分析模型接近，并且使得结构传力路线简洁、明确。2大跨度结构的设计往往由结构刚度控制，对于大跨度结构的刚度在设计时应格外关注。3和本项目类似的预应力钢结构，初始预张力对结构最终位置有较大影响，但对结构刚度影响不大，应合理确定初始预张力及结构的反拱值。4玻璃幕墙结构应用越来越广泛，应在设计主体结构时充分考虑幕墙的支撑系统，两者整体分析是比较合理的。Thank You!