近年中國建造了許多功能復雜、跨度大
關鍵詞:大型場館;鋼結(jié)構(gòu)屋面
1 引言 近年隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展及2008年北京申奧
、2010年上海申博的成功,眾多大型體育場館和會展場館也在設計和 施工中。這些大型場館功能復雜、跨度大、并具有特別重要的社會影響,所以其建設也受到社會各界廣泛的關注。特別是近年來隨著我國全方位的改革開放,國外的 設計師們也進入了我國設計市場,他們的作品構(gòu)思新穎、造型獨特、技術也較先進,因而幾乎占據(jù)了國內(nèi)大型場館設計的半壁江山。然而,自從巴黎戴高樂機場E座倒塌事故發(fā)生以來,國內(nèi)建筑界及結(jié)構(gòu)界對于國外設計的作品也進入了理性的思考與審視。最近我國工程界對奧運主場館“鳥巢”設計方案的評審及修改,正是反映了這種趨勢。然而
,問題的實質(zhì)并不在于異形屋面是誰設計的,而在于設計者對于這樣的異形鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的建筑和結(jié)構(gòu)特點是否有足夠的認識,是否找到了具有普遍意義的規(guī)律。如果對這些概念設計問題不明確,那么計算再精確也是空的。下面結(jié)合一些具體的實際工程,對大型場館建筑異形鋼結(jié)構(gòu)屋面的概念設計問題作一初步探討。 2 屋面形狀與風載的體型系數(shù)的關系問題 大型場館屋面的特點一般是覆蓋范圍較大、屋面與水平面的夾角較小。場館根據(jù)其周邊封閉與否分成“館”和“場”兩類。對于周邊墻體封閉的稱為“館”,如體育館、展覽館;對于周邊墻體不封閉的稱為“場”,如體育場。 “館”類建筑屋面風的體型系數(shù)一般為負,即受風吸作用。由于一般情況下風的吸力小于大跨度屋面自重,所以風吸不是控制荷載。但對于風較大的區(qū)域,加上建筑物高度和風振的影響,風吸作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效應可能會超出屋面自重 標準值作用下的效應。對結(jié)構(gòu)分析的兩個重要工況:風+自重以及自重+活載,計算分析表明即使受風較大的區(qū)域,前者工況下效應的絕對值一般也不會大于后者工況下效應的絕對值,所以往往認為前者仍然不起控制作用。但需特別注意的是,兩種工況下桿件受力可能變號,認為起控制作用的后者工況下的拉桿在前者工況下可能受壓,因此此時的壓桿穩(wěn)定問題不容忽視。鋼結(jié)構(gòu)大跨度管桁架屋面設計
對于 “場”類建筑,則應根據(jù)屋蓋各部分形狀與風向的相對關系來確定屋面受風吸還是風壓
。根據(jù)流體力學的基本原理,凡是與某一風向?qū)奈蓓斊是忻娉噬瞎靶危瑒t屋面上表面的水平風速大于屋面下表面水平風速,風對屋面有上托的合力作用,即體型系數(shù)為負,是風吸;凡是與某一風向?qū)奈蓓斊是忻娉什ü刃?div id="d48novz" class="flower left">3 屋面形狀與排水及相應荷載的關系問題 大型場館屋面面積大
,屋面排水與結(jié)構(gòu)、使用和維護關系很大。我國古典的“大屋頂”采用了非常接近于“最速降線”的屋面剖切線
,使雨水盡快排下,從而減少了結(jié)構(gòu)受力并降低了對屋面密封性的要求。這是成功的范例根據(jù)觀察和分析
(1)屋面形狀盡可能滿足快捷排水的要求。排水路徑要短,水流要分散
(2)對于建筑外形已確定,而此時外形顯然不利于排水的屋面結(jié)構(gòu)
(3)對于如圖3的x向為單向曲線形
(4)對于某些特別容易積聚雨水的部位
4 屋面結(jié)構(gòu)形式與跨度及厚度的關系問題 大型場館異形鋼結(jié)構(gòu)屋面都是以空間結(jié)構(gòu)的形式出現(xiàn)的
5 屋面形狀的變異與鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點形式的關系 在大型場館異形鋼結(jié)構(gòu)屋面中,由于結(jié)構(gòu)造型的復雜化必然造成節(jié)點形式的非標準化和復雜化
。由于這些公共建筑要求高,投資大,所以節(jié)點造價的增加似乎問題不大。然而節(jié)點的復雜化帶來應力集中、節(jié)點的非標準化帶來質(zhì)量下降,這些是大家所關心的問題。因此,對于結(jié)構(gòu)的變異造成節(jié)點的變異,要有相應的對策,以使其不利影響降為最低。這些問題目前以現(xiàn)場焊接和鑄鋼節(jié)點這兩種形式最為普遍。5.1現(xiàn)場焊接 鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于標準化工廠制作(包括焊接)
,現(xiàn)場快速安裝(主要用螺栓),而對于大型場館的異形鋼結(jié)構(gòu)屋面,由于造型變化導致構(gòu)件的標準化劃分非常困難,所以絕大多數(shù)工程用現(xiàn)場焊接方法,甚至是大量的高空焊接。 現(xiàn)場高空焊接與工廠焊接相比弊病較多5.2鑄鋼節(jié)點 鑄鋼節(jié)點的采用是從國外引進的
,反映了鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)向工業(yè)化、精確化發(fā)展的趨勢。鑄鋼節(jié)點用于桿件交匯數(shù)量多、交角小的節(jié)點,可以避免較大的應力集中,并體現(xiàn)出鋼結(jié)構(gòu)“精確的美”,如圖5鑄鋼節(jié)點,多根桿件匯交于一點。然而,鑄鋼節(jié)點也有被濫用的傾向。在某些少量大口徑鋼管之間接近正交的連接中,也有使用鑄鋼節(jié)點的。當鋼管口徑達1m時,所用鑄鋼節(jié)點的最大尺度達到5m之多,重達幾噸,甚至十幾噸,其制作難度大、重量大、造價高。對于這類少量幾根鋼管之間的連接,不妨仍采用相貫線焊接,也同樣能滿足受力要求,而且節(jié)約材料、降低工程造價,從外觀看也并沒有實質(zhì)性的區(qū)別。所以無論對于什么引進的新技術6 結(jié)語 目前
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