勁性輪輻式張弦混合懸掛結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

孫 遜, 張 翀

(東南大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，南京 210096)

1 工程概況

青島市民健身中心(圖1)位于山東省青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū),其中體育館建筑面積6.7萬m2,可容納1.5萬人,屬于大型甲級場館。體育館形態(tài)取自貝殼,整個形體由7個橢圓控制,自下而上傾斜錯動,形成活潑靈動的整體韻律。屋蓋投影(圖2)呈橢圓形,長軸193m、短軸153m,整體外形東北低、西南高,最大高度37.55m;中部屋蓋結(jié)構(gòu)長軸方向跨度為132m,短軸方向跨度107.5m;屋蓋中部向下凹陷,中心點結(jié)構(gòu)標(biāo)高31.5m,屋蓋頂部關(guān)于長軸中軸線對稱。

圖1 體育館竣工后實景

圖2 體育館屋蓋平面圖

本工程屋蓋造型獨特,為貼合建筑造型,創(chuàng)新地采用了一種勁性輪輻式張弦混合懸掛結(jié)構(gòu)體系,該體系主要由外圈弦支結(jié)構(gòu)連接三折線平底懸掛結(jié)構(gòu)體系組成,由于平底部分跨度較大,再輔以1道弦支體系,將結(jié)構(gòu)受力機(jī)理與建筑造型完美統(tǒng)一。

在大跨體育場館[1-2]中,類似的結(jié)構(gòu)形式有中央開口的輪輻式張拉結(jié)構(gòu)[3-4]、中置壓環(huán)的輪輻式張拉結(jié)構(gòu)[5]、大開口輪輻式索承網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[6-7]等,本項目的結(jié)構(gòu)體系將勁性懸掛結(jié)構(gòu)[8]與輪輻式張弦結(jié)構(gòu)相結(jié)合,與上述的結(jié)構(gòu)體系有較大的不同。

結(jié)構(gòu)主要荷載[9]及作用:1)自重按實際考慮;2)金屬屋面附加恒載為1.0kN/m2;3)風(fēng)壓為0.7kN/m2(100年重現(xiàn)期),地面粗糙度類別為A類,體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)根據(jù)風(fēng)洞試驗報告確定;4)雪壓為0.25kN/m2(100年重現(xiàn)期),屋蓋下凹處考慮局部積雪,積雪分布系數(shù)取2.0;5)預(yù)估鋼屋蓋合攏溫度為10～25℃,青島基本氣溫最低為-9℃、最高為33℃,考慮最高氣溫時太陽輻射溫度為9.5℃,升溫溫差為33+9.5-10=32.5℃、降溫溫差為-9-25=-34℃,最終溫度作用取值為±35℃;6)抗震設(shè)防烈度為7度(0.10g),設(shè)計地震分組為第三組,抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類。

2 結(jié)構(gòu)體系布置

鋼屋蓋結(jié)構(gòu)主要由周邊屋面(帶1道外環(huán)弦支)立面一體化的鋼桁架系統(tǒng)、勁性三折線平底懸掛系統(tǒng)(帶1道內(nèi)環(huán)弦支),輔助以支撐穩(wěn)定系統(tǒng)組成,鋼屋蓋三維整體模型如圖3所示。

圖3 體育館鋼屋蓋三維模型圖

屋蓋短軸方向剖面如圖4所示,屋蓋短向跨度為107.5m,短向內(nèi)凹處平底跨度為54.8m,此處設(shè)置1道內(nèi)環(huán)弦支系統(tǒng),控制其豎向變形,其斜拉索可沿鋼拉梁傾斜方向繼續(xù)向內(nèi)延伸。內(nèi)凹屋蓋結(jié)構(gòu)的傳力路徑如圖5所示,鋼拉梁在豎向荷載作用下為拉彎構(gòu)件,其上端拉力通過受壓外環(huán)梁的壓力和鋼桁架弦桿的軸力平衡,其下端拉力通過受拉內(nèi)環(huán)梁的軸力平衡。內(nèi)外兩環(huán)弦支系統(tǒng)分別為屋蓋中部和屋蓋受壓外環(huán)梁提供了彈性支承點,通過施加預(yù)應(yīng)力,可有效地控制這兩處屋蓋的豎向變形。

圖4 結(jié)構(gòu)短軸方向剖面圖

圖5 屋蓋結(jié)構(gòu)傳力路徑

外圍鋼桁架系統(tǒng)由徑向布置的40榀平面管桁架組成,桁架立面形狀為“?！毙?下端落地或支承于二層混凝土平臺上,上端支承于混凝土看臺柱頂,支座處桁架結(jié)構(gòu)高度3m,向外逐漸變至2m。上下兩端支承點均采用固定鉸支座。桁架屋面段在看臺混凝土柱支承點處繼續(xù)向內(nèi)懸挑9～13m不等,端部上下弦桿軸線匯交于一點,與屋脊受壓環(huán)桁架連接。主桁架之間布置了若干道次桁架,次桁架在主桁架轉(zhuǎn)折處、變截面處或支承點處沿環(huán)向布置,保證主桁架平面外的穩(wěn)定性,并可作為屋面檁條或立面幕墻龍骨的支承點。

弦支屋脊環(huán)桁架采用三角形立體桁架,位于屋蓋最高點,其主要弦桿即受壓外環(huán)梁的平面投影為長軸112m、短軸89m的橢圓。外環(huán)弦支系統(tǒng)通過撐桿與屋脊環(huán)桁架的外環(huán)梁連接,徑向索連接撐桿下端和支座下弦鋼管通過撐桿為主桁架懸挑端提供豎向彈性支撐點,有效減小了主桁架懸挑端的撓度和桿件內(nèi)力,周邊桁架及弦支屋脊環(huán)桁架系統(tǒng)如圖6所示。

圖6 周邊及弦支屋脊鋼桁架系統(tǒng)三維模型

內(nèi)凹的勁性懸掛系統(tǒng)采用輪輻式布置的40道截面為H形的鋼拉梁,鋼拉梁呈三段折線形,底部平直段跨度達(dá)54.8m,為提升平直段的結(jié)構(gòu)效率,沿鋼梁下折處增設(shè)1道弦支體系,其內(nèi)環(huán)索平面投影為長軸36m、短軸32m的橢圓,內(nèi)環(huán)索通過豎向撐桿與水平段鋼拉梁連接,有效利用體育館的中部空間,并降低了平段鋼梁的跨度,控制其豎向變形,結(jié)構(gòu)三維模型如圖7所示。

圖7 中部內(nèi)凹屋蓋三維模型

為了增加鋼拉梁的安全儲備,在鋼拉梁兩側(cè)設(shè)置了拉索,施工階段張拉兩側(cè)拉索,可有效降低使用階段鋼拉梁的拉力。另外,鋼拉梁之間在轉(zhuǎn)折處和其他位置布置了4道鋼環(huán)梁,并設(shè)置了8道交叉支撐系統(tǒng),用于加強鋼拉梁的整體性。鋼屋蓋主要構(gòu)件截面如表1所示。

表1 主要構(gòu)件截面

3 結(jié)構(gòu)質(zhì)量及自振特性

鋼屋蓋恒載的質(zhì)量為8000t,其中鋼屋蓋的主體結(jié)構(gòu)自重約3000t,按鋼屋蓋投影面積23000m2估算,單位面積用鋼量為130kg/m2(含周邊立面構(gòu)件)。

如圖8所示,鋼屋蓋前3階振型皆為內(nèi)凹區(qū)域的豎向振動。第1周期為1.54s,為長跨區(qū)域的豎向振動;第2周期為1.47s,為短跨區(qū)域的豎向振動;第3周期為1.32s,為長短跨區(qū)域協(xié)同的豎向振動。

圖8 鋼屋蓋前3階振型圖

4 屋蓋結(jié)構(gòu)各系統(tǒng)受力性能影響分析

為確保該新型結(jié)構(gòu)體系受力合理,分別對內(nèi)外弦支體系的幾何參數(shù)、索力,拉梁、環(huán)梁的受力特征及截面選擇等進(jìn)行了分析研究。

4.1 內(nèi)、外環(huán)拉索系統(tǒng)

內(nèi)、外環(huán)弦支系統(tǒng)均分別由40根徑向索、40根撐桿和1圈環(huán)向索組成。其中內(nèi)、外環(huán)徑向索與水平面的夾角約20°。通過參數(shù)化分析研究,內(nèi)、外環(huán)撐桿長度和拉索初始預(yù)應(yīng)力大小對屋蓋結(jié)構(gòu)撓度和構(gòu)件內(nèi)力影響如圖9～12所示,其中撓度和內(nèi)力均為恒載+初始預(yù)應(yīng)力作用下的結(jié)果。

圖9 外環(huán)撐桿長度變化的影響

圖10 外環(huán)初始預(yù)應(yīng)力變化的影響

圖11 內(nèi)環(huán)撐桿長度變化的影響

圖12 內(nèi)環(huán)初始預(yù)應(yīng)力變化的影響

從圖9～12可見,內(nèi)外環(huán)撐桿長度的增大均可顯著地減小內(nèi)外環(huán)梁的撓度,外環(huán)撐桿長度超過4m后,外環(huán)梁撓度隨外環(huán)撐桿長度增大顯著減小,內(nèi)環(huán)撐桿長度超過5m后,內(nèi)環(huán)梁豎向撓度隨內(nèi)環(huán)撐桿長度增大而減小的趨勢有所減緩。但隨撐桿長度的增大,撐桿的穩(wěn)定承載力也有比較明顯的下降,且外環(huán)撐桿長度受到看臺視線所限,最后綜合各種因素確定外環(huán)撐桿長度為8m、內(nèi)環(huán)撐桿長度為5.5m。內(nèi)外環(huán)初始預(yù)應(yīng)力的增大與內(nèi)外環(huán)梁撓度的減小基本呈線性變化,初始預(yù)應(yīng)力增大后內(nèi)外環(huán)梁向上反拱明顯,但初始預(yù)應(yīng)力增大同時也加大了內(nèi)外環(huán)梁的負(fù)擔(dān)(內(nèi)環(huán)梁彎矩和外環(huán)梁軸力均有增大)。綜合考慮上述因素,外環(huán)初始預(yù)應(yīng)力以其反拱值抵消恒載下外環(huán)梁撓度為目標(biāo),兼顧外環(huán)梁軸力增幅,在此基礎(chǔ)上施加的內(nèi)環(huán)初始預(yù)應(yīng)力以滿足規(guī)范容許撓度為目標(biāo),盡量減小其對周邊結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)。

4.2 勁性懸掛鋼拉梁系統(tǒng)

勁性懸掛鋼拉梁系統(tǒng)的鋼拉梁為三折線梁,其轉(zhuǎn)折處的部分拉力通過內(nèi)環(huán)徑向索傳遞至內(nèi)環(huán)索,受力狀態(tài)復(fù)雜,下面將研究鋼拉梁在豎向荷載及預(yù)應(yīng)力下的內(nèi)力分布。

鋼拉梁在恒載作用下的軸力和彎矩如圖13所示,未考慮鋼拉梁兩側(cè)拉索的初始預(yù)應(yīng)力。由于結(jié)構(gòu)的對稱性,鋼拉梁的內(nèi)力分布也基本關(guān)于長軸中軸線對稱。其向下傾斜段內(nèi)力以軸力為主,平直段內(nèi)力以彎矩為主。

圖13 鋼拉梁內(nèi)力分布

從長軸和短軸處單根鋼拉梁彎矩圖(圖14)可以看出,內(nèi)環(huán)撐桿起到了明顯的豎向彈性支承點的作用,彎矩分布近似為兩端鉸接、中部兩點支承的連續(xù)三折線梁,由于長軸處兩端點高度不同,導(dǎo)致正彎矩最大值在低端一側(cè)的跨中,負(fù)彎矩最大值在高端一側(cè)的內(nèi)環(huán)撐桿支承處。

圖14 單根鋼拉梁彎矩圖/(kN·m)

鋼拉梁與受壓外環(huán)梁采用銷軸連接,與鋼拉梁及撐桿連接的耳板采用穿心板,厚度為80mm,材質(zhì)為Q390B,此處連接的桿件較多,受力復(fù)雜,其節(jié)點有限元分析得到的von Mises應(yīng)力如圖15所示?？梢娖渥畲髴?yīng)力為210MPa,在連接鋼拉梁的耳板上,小于鋼材的屈服應(yīng)力330MPa,節(jié)點承載力滿足要求。

圖15 鋼拉梁與外環(huán)梁連接節(jié)點應(yīng)力云圖/MPa

對鋼拉梁兩側(cè)拉索施加預(yù)應(yīng)力前后,鋼拉梁最大軸力和彎矩沿環(huán)向分布如圖16所示。因其關(guān)于長軸基本對稱,故僅給出了一側(cè)180°范圍內(nèi)的結(jié)果。

圖16 鋼拉梁內(nèi)力環(huán)向分布圖

從圖16可見,鋼拉梁最大軸力和最大正彎矩位于長軸低端處,最大負(fù)彎矩位于長軸高端處,短軸區(qū)域鋼拉梁的軸力和彎矩均略小于長軸區(qū)域,且通過張拉其兩側(cè)拉索,可以比較顯著地減小鋼拉梁的軸向拉力,但對彎矩影響較小。設(shè)計時可根據(jù)鋼拉梁內(nèi)力分布的特點,對軸力較大的鋼拉梁通過張拉兩側(cè)拉索減小鋼拉梁的拉力,對彎矩較大的鋼拉梁通過增加截面高度來提高其抗彎承載力,所有鋼拉梁材質(zhì)均為Q390B。

4.3 受壓外環(huán)及受拉內(nèi)環(huán)梁

受壓外環(huán)及受拉內(nèi)環(huán)梁為該結(jié)構(gòu)體系中的關(guān)鍵構(gòu)件,其受力狀態(tài)復(fù)雜,處于空間的彎、剪、扭狀態(tài),下面將對其內(nèi)力、截面形式及與鋼拉梁的連接節(jié)點構(gòu)造進(jìn)行分析與研究。恒載+預(yù)應(yīng)力作用下內(nèi)外環(huán)梁軸力、彎矩沿環(huán)向分布如圖17所示。

圖17 內(nèi)外環(huán)梁內(nèi)力環(huán)向分布圖

從圖17可見,外環(huán)梁作為三角形立體桁架的弦桿,其兩個方向的彎矩均較小,軸力是其主要的內(nèi)力分量,其截面形式在設(shè)計中選擇了圓鋼管(材質(zhì)為Q390B),充分發(fā)揮其截面強度。內(nèi)環(huán)梁y向彎矩占比較大,設(shè)計中選擇了箱形截面,充分利用其抗彎承載力和抗扭剛度,同時也便于與鋼拉梁剛接,使鋼拉梁的彎矩可以通過內(nèi)環(huán)梁有效地傳遞。

5 結(jié)構(gòu)剛度及變形控制

結(jié)構(gòu)撓度(圖18)最大點與屋蓋內(nèi)凹區(qū)域最低點基本重合,位于長軸中軸線上,與結(jié)構(gòu)第1振型振動區(qū)域一致,該區(qū)域的局部豎向剛度控制了體系的最大變形,需要給予適當(dāng)?shù)募訌姟?/p>

圖18 鋼屋蓋撓度圖/mm

在結(jié)構(gòu)設(shè)計中采取了如下針對性措施:1)加大該區(qū)域鋼拉梁的截面,由H800×500×20×30改為H1 000×500×20×30,并加密了鋼拉梁的布置,由間距10°改為了間距5°布置;2)適當(dāng)加大該區(qū)域鋼拉梁兩側(cè)索及內(nèi)環(huán)徑向索的預(yù)張拉力;3)在施工階段對該區(qū)域進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)起拱。以上措施結(jié)合在一起使這種造型獨特的內(nèi)凹屋蓋的豎向變形得到了較好的控制,在1.0恒載+1.0活載作用下最大撓度為278mm,按屋蓋短向跨度107.5m計算的撓度與跨度的比值為1/386,滿足規(guī)范[10]要求。

6 預(yù)應(yīng)力張拉模擬分析

在制定了鋼結(jié)構(gòu)施工吊裝和預(yù)應(yīng)力張拉方案后,進(jìn)行張拉模擬分析,預(yù)應(yīng)力張拉分兩個階段、三個批次進(jìn)行。為便于描述,將鋼結(jié)構(gòu)安裝和預(yù)應(yīng)力張拉劃分為54個施工工況,其中工況1～13為胎架搭設(shè)及主體鋼結(jié)構(gòu)安裝,工況14～33為第一階段預(yù)應(yīng)力張拉,工況34為主體結(jié)構(gòu)卸載,工況35～54為第二階段預(yù)應(yīng)力張拉。

第一階段的張拉自外向內(nèi),即先張拉外環(huán)徑向索(工況14～18),再張拉拉梁兩側(cè)索(工況19～28)、最后張拉內(nèi)環(huán)徑向索(工況29～33)。第一階段張拉完畢后主體結(jié)構(gòu)并未完全脫離胎架,此時先對未脫離胎架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行卸載(工況34),再進(jìn)行第二階段張拉。第二階段張拉自內(nèi)向外,即先張拉內(nèi)環(huán)徑向索(工況35～38),再張拉拉梁兩側(cè)索(工況39～49),最后張拉外環(huán)徑向索(工況50～54)。預(yù)應(yīng)力張拉過程中主體結(jié)構(gòu)的最大變形和最大索力如圖19、20所示。

圖19 預(yù)應(yīng)力張拉過程中結(jié)構(gòu)最大豎向變形

圖20 預(yù)應(yīng)力張拉過程中結(jié)構(gòu)最大索力

從圖可見,第一階段張拉完畢,部分沒有脫離胎架的區(qū)域卸載后,出現(xiàn)了一定的下?lián)?第二階段預(yù)應(yīng)力張拉的反拱使該下?lián)嫌幸欢ǖ臏p小。張拉過程中,主體鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力為71.9MPa,滿足設(shè)計要求。

7 極端狀況下結(jié)構(gòu)超載及抗連續(xù)倒塌分析

7.1 極端狀況下結(jié)構(gòu)超載分析

本工程屋蓋內(nèi)凹區(qū)域為中央略高、周邊略低的盆底造型,在極端暴雨下,若排水系統(tǒng)阻塞,屋面積水無法迅速排出,則會導(dǎo)致大范圍積水,盡管此類情況發(fā)生的概率極小,也要分析此極端情況對結(jié)構(gòu)造成的影響。

屋面排水天溝設(shè)置在屋蓋內(nèi)凹區(qū)域周圈最低點,天溝截面尺寸為1.5m×0.5m,極端狀況下,若天溝內(nèi)積滿水,積水線荷載為7.5kN/m。屋面積水深度示意如圖21所示,若積水面標(biāo)高至屋蓋中心點距離即中心點積水深度為h0,屋蓋中心點至周邊最低點的距離L1為27.5～28.5m,則屋蓋周邊最低點積水深度h1=h0+L1×3%,約為h0+0.85m,下面將以h1為參數(shù),對鋼屋蓋能夠承受的最大積水量進(jìn)行分析,實際工程以此作為設(shè)置溢水口高度位置的參考。

圖21 屋面積水深度示意圖

隨鋼屋蓋積水深度的不斷增加,其最大撓度和鋼拉梁內(nèi)力的變化趨勢見圖22、23。由圖可見,隨中心點積水深度的增加,鋼屋蓋積水量、豎向變形及徑向鋼拉梁最大內(nèi)力均急劇增長,當(dāng)積水面標(biāo)高與中心線最高點齊平時,屋蓋最大撓度和主要構(gòu)件內(nèi)力均超過全部豎向荷載下對應(yīng)值。當(dāng)中心點積水深度h0=100mm時,積水荷載下鋼屋蓋撓度進(jìn)一步增大至約400mm,由于鋼拉梁兩側(cè)拉索分擔(dān)了一定荷載,在1.0積水荷載+1.0恒載工況下鋼拉梁最大應(yīng)力比為0.85,周邊關(guān)鍵構(gòu)件的承載力也還有一定富裕,未導(dǎo)致屋蓋主體結(jié)構(gòu)的破壞。

圖22 積水深度與最大撓度關(guān)系圖

圖23 積水深度與鋼拉梁內(nèi)力關(guān)系圖

7.2 抗連續(xù)倒塌分析

本工程采用拆除構(gòu)件法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌分析。在對構(gòu)件的重要性、在結(jié)構(gòu)體系中所處的位置以及受力的大小等方面考量后確定五種拆除方案:方案1為拆除一段支承鋼屋蓋的混凝土柱,方案2為拆除一段受壓外環(huán)梁,方案3為拆除一段受力最大的徑向鋼拉梁,方案4為拆除一段內(nèi)環(huán)索,方案5為拆除一段外環(huán)索。

采用拆除方案1,即拆除一段支承鋼屋蓋(受力最大)的混凝土柱后(圖24),柱頂主桁架下弦無支承點,該處主桁架承受的豎向荷載將通過柱頂環(huán)桁架和與之相鄰的兩榀環(huán)桁架傳遞至相鄰的兩榀主桁架,最大應(yīng)力比位于柱頂環(huán)桁架的兩根斜腹桿。

圖24 方案1構(gòu)件拆除位置及拆除后應(yīng)力圖

采用拆除方案2,即拆除一段受壓外環(huán)梁后(圖25),該段外環(huán)梁的軸向壓力將通過其內(nèi)側(cè)環(huán)梁及鋼拉梁間支撐繼續(xù)傳遞,最大應(yīng)力比位于鋼拉梁間支撐。

圖25 方案2構(gòu)件拆除位置及拆除后應(yīng)力圖

采用拆除方案3,即拆除一段受力最大的徑向鋼拉梁后(圖26),該段鋼拉梁所分擔(dān)的軸力將通過與之相連的環(huán)梁和鋼拉梁間支撐向周圍兩道鋼拉梁傳遞,最大應(yīng)力比位于鋼拉梁間環(huán)梁。

圖26 方案3構(gòu)件拆除位置及拆除后應(yīng)力圖

采用拆除方案4,即拆除一段內(nèi)環(huán)索后(圖27),整個內(nèi)環(huán)弦支系統(tǒng)將完全退出工作,此時計算得到的鋼拉梁轉(zhuǎn)折處的環(huán)梁軸力大幅度增大,最大應(yīng)力比達(dá)到了0.95。

圖27 方案4構(gòu)件拆除位置及拆除后應(yīng)力圖

采用拆除方案5,即拆除一段外環(huán)索后(圖28),整個外環(huán)弦支系統(tǒng)將完全退出工作,此時計算得到的構(gòu)件應(yīng)力比顯示主桁架靠近支座的部分斜腹桿內(nèi)力增大明顯,最大應(yīng)力比達(dá)到了0.85。

圖28 方案5構(gòu)件拆除位置及拆除后應(yīng)力圖

以上五種方案拆除構(gòu)件后,結(jié)構(gòu)構(gòu)件最大應(yīng)力比均小于1.0,即結(jié)構(gòu)不會出現(xiàn)局部或整體倒塌。其中內(nèi)外環(huán)弦支系統(tǒng)若退出工作,其周邊勁性結(jié)構(gòu)的內(nèi)力會有很大增加,但不至于發(fā)生連續(xù)倒塌。前三種方案拆除的均為受力極大的關(guān)鍵構(gòu)件,拆除后結(jié)構(gòu)沒有連續(xù)倒塌的主要原因是結(jié)構(gòu)體系具有一定的冗余度,有可靠的二級或三級傳力機(jī)制來建立額外的傳力路徑從而達(dá)到抗連續(xù)倒塌的目的。

8 鋼屋蓋抗震性能分析

采用鋼屋蓋和下部混凝土結(jié)構(gòu)的整體模型(圖29)進(jìn)行鋼屋蓋的抗震性能分析,采用彈性反應(yīng)譜法計算了以豎向地震為主要組合的三向地震作用,其中對反應(yīng)譜法計算得到的豎向地震作用進(jìn)行了1.7倍的放大,由此來進(jìn)行構(gòu)件驗算。

分析結(jié)果表明:1)多遇地震作用下,關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)外環(huán)梁的最大應(yīng)力比均小于0.5,懸挑鋼桁架的最大應(yīng)力比在懸挑段的下弦桿,為0.68,鋼拉梁的最大應(yīng)力比為0.70;2)設(shè)防地震作用下,關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)外環(huán)梁的最大應(yīng)力比仍小于0.5,懸挑鋼桁架和鋼拉梁的應(yīng)力比相對多遇地震略有增大;3)罕遇地震作用下,關(guān)鍵構(gòu)件內(nèi)外環(huán)梁的最大應(yīng)力比為0.53,懸挑鋼桁架的最大應(yīng)力比為0.74,鋼拉梁的最大應(yīng)力比為0.80,均滿足設(shè)計要求。

9 結(jié)論

通過對勁性輪輻式張弦混合懸掛結(jié)構(gòu)的研究,主要得出如下結(jié)論和建議,供類似工程設(shè)計參考:

(1)結(jié)構(gòu)內(nèi)凹區(qū)域的豎向剛度較小,結(jié)構(gòu)第一振型及結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的最大撓度均出現(xiàn)在該區(qū)域。

(2)內(nèi)外環(huán)弦支系統(tǒng)作為剛性系統(tǒng)中的柔性輔助系統(tǒng),隨撐桿長度的加大及初始預(yù)應(yīng)力的加大,均可有效地減小結(jié)構(gòu)的豎向變形。

(3)勁性鋼拉梁兩側(cè)拉索作為鋼拉梁的二道防線,對于減小鋼拉梁的軸力和提高其抵抗極端條件下超載的能力均有一定作用。

(4)針對該結(jié)構(gòu)體系的特點,采用兩階段、三批次張拉方案,其自外向內(nèi)又從內(nèi)向外的張拉順序,均勻有效地建立了整體結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力體系。

(5)抗連續(xù)倒塌分析表明,關(guān)鍵構(gòu)件失效后,其周邊構(gòu)件形成的額外傳力路徑能有效提高結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力。