泰达市民文化广场斜坡幕墙支承体系及钢结构的设计与研究
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摘要
天津泰达市民文化广场是一个集酒店、购物、餐饮、娱乐为一体的综合性现代大型民用建筑,总建筑面积约为18万平方米。建筑的外围护结构为玻璃幕墙,主要包括锥形幕墙、层间幕墙和裙房土建结构前面的大斜坡幕墙,另外还有六片巨大的索膜结构作为装饰。本文主要论述了大斜坡幕墙及钢结构和索膜结构的设计与分析。
大斜坡幕墙及钢结构方案设计阶段,对各级受力结构体系采用不同构件和结构形式,共推选6种方案。从建筑造型美观、受力性能合理、玻璃幕易于保养维护诸方面考虑,方案6是最优大斜坡幕墙和钢结构方案。
幕墙主要承受荷载有恒载、活载、风荷载、温度作用和地震作用等。施工图设计阶段,采用二十四种工况对大斜坡幕墙及钢结构进行分析、计算,在各工况组合中找出了控制工况,对结构的强度、稳定和刚度进行校核。
大斜坡幕墙的支承结构为双鱼腹拉杆桁架,属柔性结构,计算需考虑几何非线性。计算共考虑十二种荷载工况,其强度、稳定和刚度均符合规范要求。进一步结合本工程的拉杆桁架,改变拉杆的预应力值和拉杆截面积,分析了在自重和横向荷载作用下上述两因素对拉杆桁架承载能力和刚度的影响,提出改善拉杆桁架承载性能的方法,为拉杆桁架的设计提供参考。
骨架式支撑索膜结构采用十二种工况进行分析和计算。考虑的荷载和作用包括:恒载、活载、风荷载、温度作用和地震作用。其强度、稳定和刚度均符合规范要求。
合理的构造设计和细部处理,可使力的传递更加简捷明确,使得实际结构与计算模型相符。在大斜坡幕墙和钢结构的设计中,对于桁架和柱的支座、桁架变形缝处理以及拉杆桁架节点等部位均作了细致地考虑。
从方案到施工图设计,从整体结构设计到构件设计、节点构造设计和局部处理,这些工作将为今后同类型大型钢结构工程设计提供参考。
Tianjin Teda citizen culture square, covering 180,000m2 architectural area, is a complex modern building. It is composed of hotels, shops, restaurants and entertainment buildings. Of those,a glass curtain wall and steel structure, together with six gigantic cable-membrane structures for its decorations above it, is designed and introduced in the paper.
During the schematic design of the curtain wall and steel structure, six available plans are put forward for, each having different structural forms with different load transitive path. By synthetic analysis and comparison, the sixth one is considered as the best glass curtain wall and steel structure plan. This selected structure system is more rational in performance and the glass curtain wall is easy to maintain.
The main loads considered in the analysis of glass curtain wall include live load, dead load, wind, temperature and seismic load. In the process of the shop drawing design, the glass curtain wall and steel structure are computed and analyzed associated with 24 load cases.
A pre-stress tension bar truss is selected for supporting glass curtain wall. Geometrical nonlinear analysis and 12 load cases are involved in the design. The risk load case is found from the computed results. In additional, the load-carrying capacity and stiffness of the tension bar truss under self-weight and wind load were investigated theoretically by changing pre-stress value and section tension bar area. A balance between pre-stress value and section area of tension bar is found. The cable-membrane structure above the glass curtain wall is also analyzed.
In the design of the curtain wall and steel structure, the connection and joints of trusses and supporting columns, longitudinal thermal slot of trusses and tension bar trusses, are also presented and discussed.
大斜坡幕墙及钢结构方案设计阶段,对各级受力结构体系采用不同构件和结构形式,共推选6种方案。从建筑造型美观、受力性能合理、玻璃幕易于保养维护诸方面考虑,方案6是最优大斜坡幕墙和钢结构方案。
幕墙主要承受荷载有恒载、活载、风荷载、温度作用和地震作用等。施工图设计阶段,采用二十四种工况对大斜坡幕墙及钢结构进行分析、计算,在各工况组合中找出了控制工况,对结构的强度、稳定和刚度进行校核。
大斜坡幕墙的支承结构为双鱼腹拉杆桁架,属柔性结构,计算需考虑几何非线性。计算共考虑十二种荷载工况,其强度、稳定和刚度均符合规范要求。进一步结合本工程的拉杆桁架,改变拉杆的预应力值和拉杆截面积,分析了在自重和横向荷载作用下上述两因素对拉杆桁架承载能力和刚度的影响,提出改善拉杆桁架承载性能的方法,为拉杆桁架的设计提供参考。
骨架式支撑索膜结构采用十二种工况进行分析和计算。考虑的荷载和作用包括:恒载、活载、风荷载、温度作用和地震作用。其强度、稳定和刚度均符合规范要求。
合理的构造设计和细部处理,可使力的传递更加简捷明确,使得实际结构与计算模型相符。在大斜坡幕墙和钢结构的设计中,对于桁架和柱的支座、桁架变形缝处理以及拉杆桁架节点等部位均作了细致地考虑。
从方案到施工图设计,从整体结构设计到构件设计、节点构造设计和局部处理,这些工作将为今后同类型大型钢结构工程设计提供参考。
Tianjin Teda citizen culture square, covering 180,000m2 architectural area, is a complex modern building. It is composed of hotels, shops, restaurants and entertainment buildings. Of those,a glass curtain wall and steel structure, together with six gigantic cable-membrane structures for its decorations above it, is designed and introduced in the paper.
During the schematic design of the curtain wall and steel structure, six available plans are put forward for, each having different structural forms with different load transitive path. By synthetic analysis and comparison, the sixth one is considered as the best glass curtain wall and steel structure plan. This selected structure system is more rational in performance and the glass curtain wall is easy to maintain.
The main loads considered in the analysis of glass curtain wall include live load, dead load, wind, temperature and seismic load. In the process of the shop drawing design, the glass curtain wall and steel structure are computed and analyzed associated with 24 load cases.
A pre-stress tension bar truss is selected for supporting glass curtain wall. Geometrical nonlinear analysis and 12 load cases are involved in the design. The risk load case is found from the computed results. In additional, the load-carrying capacity and stiffness of the tension bar truss under self-weight and wind load were investigated theoretically by changing pre-stress value and section tension bar area. A balance between pre-stress value and section area of tension bar is found. The cable-membrane structure above the glass curtain wall is also analyzed.
In the design of the curtain wall and steel structure, the connection and joints of trusses and supporting columns, longitudinal thermal slot of trusses and tension bar trusses, are also presented and discussed.
引文
参考文献
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《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-96),1996
《钢结构设计原理》陈绍蕃 科学出版社,1998
《钢结构》瞿履谦 李少甫 地震出版社 1991
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《ANSYS非线性分析指南—基本过程》 美国ANSYS公司北京办事处
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《工程结构非线性有限元问题的数值解法》何君毅 林祥都 国防工业出版社,1994
《非线性有限元计算》宋天霞 华中理工大学出版社,1996
《现代建筑装饰 铝合金玻璃幕墙与玻璃采光顶》彭政国 中国建筑工业出版社,1996
《玻璃·金属板·石材·点式幕墙技术手册》 张芹 上海科学技术文献出版社,2001
《索和膜结构》张其林 同济大学出版社,2002
《工程振动与稳定基础》刘保东 北方交通大学出版社,2002
张志宏,董石麟,王文杰 索杆张拉结构的设计和施工全过程分析。空间结构,第9卷 第2期,2003年6月
唐建民,何署平 悬索结构非线性有限元分析,河海大学学报,第26卷 第6期,1998年11月
彭政国 点式玻璃幕墙的应用,建筑,2001年第8期
赵西安 建筑结构, 1999年第09期
袁英战,蔡兴东,向阳 张拉膜结构的组成、特点及型式,建筑技术开发 第28卷 第2期2001年2月
顾志福,李燕,钟莉莉 大坡度膜结构屋面风荷载特性,建筑科学 第18卷 第2期 2002年4月
王世伟 膜结构的材料和相关施工技术,工程建设与设计 2003年第8期
叶小兵,袁明武 膜结构的荷载分析,空间结构,第6卷 第1期,2000年3月
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