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某收费站雨棚结构设计

发布时间:2013-11-29   |  所属分类:建筑设计:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  摘要:较为详细的介绍了该收费站雨棚的结构设计过程,包括结构选型,结构分析,膜结构找形及整体结构计算;对于拉索节点及相贯节点进行了简单介绍。应用空间钢结构软件3D3S对结构进行分析,设计方法可供同类工程参考。

  关键词:结构选型,膜找形,节点设计

  1工程概况

  本工程为某收费站雨棚,采用的是钢骨架支撑张拉膜结构,下部位于混凝土基础上,膜材采用法国FerrariPrecontraintT系列产品,选用1502T型号,覆盖面积约为136.8m2。钢骨架采用钢管桁架体系,由钢管柱,主次桁架梁,拉索,以及柱间支撑组成。桁架最大厚度为1.5m,整个结构的纵向跨度为35.8m,横向跨度为12m,结构总高度为20m。工程竣工后如图1所示:

  

  图1建筑效果图

  2结构选型

  桁架梁采用空间三角形钢管桁架,纵向有三榀主桁架,间距各为6m,横向有七榀次桁架,最外侧次桁架距内侧次桁架的距离为4.7m,内侧各桁架之间的间距为4.4m。所有杆件均采用无缝钢管,除拉索外,所有杆件节点均为相贯面连接。该结构外侧四根柱子由上下两部分组成,柱上半部分由于受拉索的作用以及造型美观的需要,采用格构式。下半部分只需满足结构受力需要,采用钢管柱即可。桁架两侧悬挑长度为12.5m,如仅依靠桁架自身来控制结构的强度和变形,则桁架的截面和杆件用料势必要做得很大,既不经济而且影响建筑效果。设计考虑采用附加拉索对雨棚悬挑桁架形成支撑,较好的控制了结构体系的变形。使建筑造型简洁明快,钢材用料大为降低。由于雨棚的主体构件单元类似于平面受力体系,由钢管柱、桁架和拉索组成的构件,在纵横向具有较大的刚度。结构平面布置如图2、立面图如图3所示:

  

  图2平面布置图

  

  图3立面图

  

  3结构静力分析与计算

  本工程采用同济大学研发的钢结构设计软件3D3S9.0对整体结构和单元构件进行了计算分析。根据抗震规定[1]工程所在地区的场地土类别为Ⅱ,抗震设防烈度为7度,设计地震分组为第二组,设计基本地震加速度值为0.05g。基本风压0.76kN/m2,由于雨棚为大跨度结构,周边敞开未封闭,其上、下表面均受风的作用,风荷载分布较为复杂,因此结构计算分析的重点是分析风荷载的作用。根据\"荷载规范(GB50009—2001)[2]的要求,对主体骨架的计算具体分析的荷载组合工况如下:活载工况1为膜结构所受到的雪荷载,风载工况1,2,3,4分别为骨架结构所受到的东,西,南,北四个方向的风荷载,风载工况5为骨架受到的风吸力,风载工况6为骨架受到的风压力。

  (1)1.35恒载+1.40x0.70活载工况1

  (2)1.20恒载+1.40活载工况1

  (3)1.00恒载+1.40活载工况1

  (4)1.20恒载+1.40风载工况2

  (5)1.20恒载+1.40风载工况3

  (6)1.20恒载+1.40风载工况4

  (7)1.20恒载+1.40风载工况5

  (8)1.20恒载+1.40风载工况6

  (9)1.00恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况2

  (10)1.00恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况3

  (11)1.00恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况4

  (12)1.00恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况5

  (13)1.00恒载+1.40x0.70活载工况1+1.40风载工况6

  (14)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.30水平地震

  (15)1.00恒载+1.00x0.50活载工况1+1.30水平地震

  (16)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.40x0.20风载工况2+1.30水平地震

  (17)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.40x0.20风载工况3+1.30水平地震

  (18)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.40x0.20风载工况4+1.30水平地震

  (19)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.40x0.20风载工况5+1.30水平地震

  (20)1.20恒载+1.20x0.50活载工况1+1.40x0.20风载工况6+1.30水平地震

  根据上述条件、荷载及组合,采用3D3S9.0整体计算所得的结构自振周期及振型见表1,

  振型周期(秒)

  10.88625

  20.62363

  30.57638

  40.35316

  50.22684

  60.21826

  70.20777

  80.19032

  90.17154

  计算结果表明,结构的最大位移为60mm,地震组合工况对结构不起控制作用,结构主要受风荷载组合工况的影响。风荷载作用下的变形是控制结构的主要因素。由计算确定的主要结构杆件截面如下:外侧四根钢管柱截面尺寸为351×10,中间的两根柱子受力较小,截面尺寸为273X8;主桁架上下弦杆管径为273×8无缝钢管;次桁架上下弦杆管径为180×6无缝钢管;主桁架和次桁架之间的腹杆管径按应力控制分别采用114×4。拉索截面尺寸为圆钢30。按此截面验算,桁架及柱的变形均能满足规范限值要求。

  在模型中,膜面恒荷载取0.1kN/m2,膜面活荷载取0.3kN/m2,对于膜面找形,如果膜边界采用的是刚性边界,膜计算和骨架的计算可以分开进行,对骨架进行计算的时候可以把膜所受到的恒、活、风荷载直接加载到杆件中进行分析计算。如果膜采用柔性边界,膜和骨架要放在一起进行计算,不能单独进行膜找形和计算。本工程采用刚性边界,节点如图4所示,骨架计算完之后,单独取出一块膜单元,加载完之后进行找形,整体效果如图5所示:

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