第7期 沈银澜等：新型张弦网壳组合结构的设计与分析 ·903· 1568 13- -一初始须应力温度 1560 1.2由 -100℃ 1.1女 一一初始预应力温度 三152 1.0- -120℃ 一一初始预成力温度 130 1536 晅08 -一初始预应力温度 毫158 07 一初始预应力 -140℃ 混度-160℃ 0.6 一初始预应力 1520 0.5 温度-180℃ 1512 6 8 10 0.4 12 出 撑杆数量 0 4 8 1216202428 阶数 图13标准工况下撑杆数量与索力的关系 图15不同初始预应力的周期曲线 Fig.13 Relationship between the numbers of struts and cable-force Fig.15 Periodic curves at different initial pre-stresses in the standard case 造型，采用这种新型张弦网壳组合结构.屋盖设计 阶，结构周期减小幅度明显加快，这一阶段的振型主 为双坡屋顶，中间均匀布置了7根撑杆，共14榀，如 要是屋盖的整体振型.从第18阶开始周期减小幅 图16所示，红色的构件表示张弦桁架.桁架厚度为 度又明显减弱，这一阶段的振型主要是索的二阶摆 2m,垂跨比为1/25，桁架间距为9m.网壳的网格采 动.对比不同垂跨比的周期曲线发现，前12阶的自 用四角锥网格，基本尺寸为3m×3m,厚度为2.0m. 振周期明显随着垂跨比的增大而增大.这说明张弦 网架结构的垂跨比加大，水平向的刚度有所减弱 悬挑部分为12m,下部为三层的混凝土部分，柱顶 高为18.500m.采用算例的截面尺寸和优化目标对 1.5 屋盖进行钢结构设计.考虑以下荷载作用：初始预 +垂跨比1/26.0 13 +垂跨比1/22.3 应力、结构自重（程序计算）、屋面恒荷载(1.00kN· --正跨比1/19.5 1.1 +重路比1/17.3 m2)、屋面活荷载(0.5kN·m-2)、雪荷载（基本雪 ◆垂跨比1/15.6 0.9 正跨比1/31.2 压：50年重现期s。=0.35kN·m-2,100年重现期 -T-VT-V-YY-7-7- 0.7 s=0.40kN·m-2)以及风荷载（按照风洞试验报 0.5 告)。设计考虑混凝土和钢结构的正负温差，按照七 事 度(0.10g)地震设防，设计地震为第3组，建筑场地 0 12 18 24 30 阶数 类别为Ⅱ类. 图14不同垂跨比下的周期曲线 经计算分析张弦结构用钢量为580t,索用钢量 Fig.14 Periodic curves at different sagto-span ratios 为11t,总用钢量为591t,总建筑面积为14000m2, 比相同建筑面积的传统张弦桁架用钢量大大减少 1.4.2预应力对结构自振特性的影响 预应力的施加是采用降温法，六个模型中的索 分别施加温度荷载-100、-120、-130、-140、 -160和-180℃，比较预应力对自振周期的影响. 结果发现预应力的改变并不能改变模型的主要振 型，如图15所示，六种模型的前11阶振型都表现为 结构下弦索的平面外的振动，而且随着预应力度的 图16展厅屋盖模型计算图 增大而周期变小，频率增加，说明预应力度的增加有 Fig.16 Model diagram of the exhibition center roof 利于索的平面外刚度的加强. 由于建筑的不规则性，张弦桁架各榀跨度不等， 从第12振型开始出现屋盖的整体振型，不同的 给调节索力带来了很大困难.本设计初次调索保证 预应力模型在第12振型的周期值很相近，为0.95 索在任何复杂组合工况下不退出工作，最大索力的 左右，说明预应力度的增大对整体的刚度影响较弱. 应力比控制在0.4之内.第2次调索使屋盖各榀张 2 弦桁架以及两头的网架部分在标准工况下跨中竖向 鄂尔多斯东胜体育中心综合体育馆展厅 变形趋近于零.第3次微调使最小索力控制在 屋盖设计 100~250kN左右，以确保索的协调性和均匀性o; 鉴于鄂尔多斯东胜体育中心展厅屋盖的不规则 最大索力的应力比接近0.4，既满足索的使用安全第 7 期 沈银澜等: 新型张弦网壳组合结构的设计与分析 图 13 标准工况下撑杆数量与索力的关系 Fig． 13 Relationship between the numbers of struts and cable-force in the standard case 阶，结构周期减小幅度明显加快，这一阶段的振型主 要是屋盖的整体振型． 从第 18 阶开始周期减小幅 度又明显减弱，这一阶段的振型主要是索的二阶摆 动． 对比不同垂跨比的周期曲线发现，前 12 阶的自 振周期明显随着垂跨比的增大而增大． 这说明张弦 网架结构的垂跨比加大，水平向的刚度有所减弱． 图 14 不同垂跨比下的周期曲线 Fig． 14 Periodic curves at different sag-to-span ratios 1. 4. 2 预应力对结构自振特性的影响 预应力的施加是采用降温法，六个模型中的索 分别施 加 温 度 荷 载 － 100、－ 120、－ 130、－ 140、 － 160和 － 180 ℃，比较预应力对自振周期的影响． 结果发现预应力的改变并不能改变模型的主要振 型，如图 15 所示，六种模型的前 11 阶振型都表现为 结构下弦索的平面外的振动，而且随着预应力度的 增大而周期变小，频率增加，说明预应力度的增加有 利于索的平面外刚度的加强． 从第 12 振型开始出现屋盖的整体振型，不同的 预应力模型在第 12 振型的周期值很相近，为 0. 95 左右，说明预应力度的增大对整体的刚度影响较弱． 2 鄂尔多斯东胜体育中心综合体育馆展厅 屋盖设计 鉴于鄂尔多斯东胜体育中心展厅屋盖的不规则 图 15 不同初始预应力的周期曲线 Fig． 15 Periodic curves at different initial pre-stresses 造型，采用这种新型张弦网壳组合结构． 屋盖设计 为双坡屋顶，中间均匀布置了 7 根撑杆，共 14 榀，如 图 16 所示，红色的构件表示张弦桁架． 桁架厚度为 2 m，垂跨比为 1 /25，桁架间距为 9 m． 网壳的网格采 用四角锥网格，基本尺寸为 3 m × 3 m，厚度为 2. 0 m． 悬挑部分为 12 m，下部为三层的混凝土部分，柱顶 高为 18. 500 m． 采用算例的截面尺寸和优化目标对 屋盖进行钢结构设计． 考虑以下荷载作用: 初始预 应力、结构自重( 程序计算) 、屋面恒荷载( 1. 00 kN· m"2 ) 、屋面活荷载( 0. 5 kN·m － 2 ) 、雪荷载( 基本雪 压: 50 年重现期 s0 = 0. 35 kN·m － 2 ，100 年重现期 s0 = 0. 40 kN·m － 2 ) 以及风荷载( 按照风洞试验报 告) ． 设计考虑混凝土和钢结构的正负温差，按照七 度( 0. 10g) 地震设防，设计地震为第 3 组，建筑场地 类别为Ⅱ类． 经计算分析张弦结构用钢量为 580 t，索用钢量 为 11 t，总用钢量为 591 t，总建筑面积为 14 000 m2 ， 比相同建筑面积的传统张弦桁架用钢量大大减少． 图 16 展厅屋盖模型计算图 Fig． 16 Model diagram of the exhibition center roof 由于建筑的不规则性，张弦桁架各榀跨度不等， 给调节索力带来了很大困难． 本设计初次调索保证 索在任何复杂组合工况下不退出工作，最大索力的 应力比控制在 0. 4 之内． 第 2 次调索使屋盖各榀张 弦桁架以及两头的网架部分在标准工况下跨中竖向 变形 趋 近 于 零． 第 3 次微调使最小索力控制在 100 ～ 250 kN左右，以确保索的协调性和均匀性［10］; 最大索力的应力比接近 0. 4，既满足索的使用安全 ·903·