郑州国际会展中心结构之我见--结构与选型论文摘要:郑州国际会展中心展厅钢屋盖结构采用空间斜拉式预应力索拱体系,满足了室内大空间,外侧大挑檐,以及建筑造型奇特轻盈的要求.运用ANSYS对该结构体系进行了结构
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路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理
积累.关键词:大空间结构;索拱体系;结构分析，悬挂式张弦桁架，预应力索。图1郑州国际会展中心展厅钢屋盖效果图1工程简介郑州国际会展中心位于郑州市郑东新区中央商务区中心,与107国道和京珠高速公路相邻,交通便捷,是集展览、会议、商务、餐饮、娱乐为一体,功能齐全、设备先进的大型现代化的会议展览中心.总建筑面积21.4366万m2,工程概算总投资15.3952亿元,是郑东新区的启动工程和奠基工程.其建筑外观新颖别致，与周边的龙湖之水相映成趣，成郑州市靓丽的城市景观和标志性建筑.该工程由日本黑川纪章建筑都市设计事务所完成建筑设计;结构设计由英国ARUP公司承担。2结构布置郑州国际会展中心展厅部分钢屋盖结构采用空间斜拉式预应力索拱体系，由桅杆、斜拉索、预应力张拉索、稳定索、劲性格构拱及支承构件组成[3].屋盖投影面积51860m2，结构用钢量127kg/m3.屋盖体系跨中70m，是由预应力张拉索及格构式劲性拱组合而成的索拱构件.每榀预应力张拉索通过5根竖向腹杆与劲性拱下弦杆相连，具有较大的刚度，在不均匀荷载作用下具有较好的稳定性,不易发生整体失稳.跨中屋盖部分与跨边屋盖部分由11组桅杆斜拉索吊挂起来.1根2000X36的圆钢管桅杆和6根非灌注平行束拉索构成了一组吊挂系统,成为体系的主要承重构件.其中桅杆两端成锥头,自由端距地面69.9m,另一端由下部钢筋混凝土构件支承,约呈79°倾角;6根拉索呈空间放射状布置,斜拉索上端悬挂在桅杆锚点处,下端分别锚固在屋面上弦杆节点处,形成了索拱构件的中间弹性支承。每两组吊挂系统悬吊一个纵向60m的矩形标准单元,跨度102m,两边各悬挑出25m,曲率半径400m,中心角22.66°,矢高7.79m,7榀空间横向桁架和21榀纵向桁架构成了空间格构式布置.除4个标准单元外,还有3组吊挂系统将一个扇形不规则的单元吊起.平面扇形夹角为50°,半径152m,其空间几何构成关系与矩形单元相一致（见图2）.此外,4根稳定索和2根下部桅杆与每组吊挂系统对应分布.稳定索与下部桅杆的末端由下部钢筋混凝土构件支承,另一端固定在上部斜拉索连接处,有效保证了传力路径简捷明确、结构体系安全可靠、建筑构造合理经济,从而形成了气势宏伟的展览大空间。郑州会展中心展厅钢屋盖平面图3结构分析本文借助大型有限元通用程序ANSYS,模拟施工过程进行结构体系分析.考虑可能发生的多种工况的不利组合,以离散理论为基础,选取空间梁单元和空间杆单元,以节点位移为基本未知量,将预应力柔性索、劲性格构拱及支承构件体系作为基本构件,并模拟其相互作用,建立空间斜拉式预应力索拱的整体分析模型,得出了内力、变形的分析结果.从而能够进一步掌握该结构的内力变形规律.结构分析过程郑州国际会展中心展厅钢屋盖为大跨结构,造型奇特、受力复杂.施工可行性是方案设计的关键因素之一.经过多方论证,结合国内现有的施工设备和施工水平现状,预采用分块地面组装、分块地面吊装的方案.从而降低施工难度,加大施工的可操作性•其组装流程为：吊装屋面边单元一吊装屋面中部索拱构件f跨中张拉索内施加预应力一安装屋面板等所有附加恒荷载一屋盖中部与跨边连接点全融透焊接后,拆除施工临时支承.鉴于此可以得知,钢屋盖的受力、下拉索的预应力施加与施工顺序密切相关.所以,钢屋盖在恒载作用下的受力分析是按照结构的受力顺序,即施工的逆顺序逐步模拟的.为了保证施工过程的安全性,本文特别进行了两个危险的受力阶段的结构受力性能分析（参见图3）.受力阶段I:将吊装屋面中部索拱构件，跨中张拉索内施加预应力，安装跨中屋面板等所有附加恒荷载为受力阶段I.该阶段主要以中部索拱构件为研究对象.在原有整体模型的基础上，删去边跨单元，建立此阶段的分析模型.并将跨中屋盖的一端模拟为空间铰接支座，另一端为空间滚动支座，保证跨中屋面一端可以自由移动，与两边的屋架仅有竖向力的传递，无拉压力耦.根据设计，模拟施加张拉索预应力750kN，将预应等效为初始应变来体现，然后施加自重+附加恒荷载，完成该阶段的分析.受力阶段II:将屋盖中部与边跨的全融透焊后，拆除临时支承为受力阶段II.该阶段以整体屋盖为研究对象，以期探讨体系在这种
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下的内力变形规律.跨中部分的支座去掉，将支反力反向施加于边跨屋盖，同时跨中与边跨固接.由于在此阶段，跨中单元与边跨单元协同工作，共同承受外荷作用，须保留跨中单元，重新定义单元材料属性中的密度，其余参数不变，以不计重力、考虑刚度来保证该阶段受力的准确性.最后除计入边跨构件自重以外，施加附加恒荷载，完成恒载分析过程。4.预应力拉索设计该项目中大量使用了预应力拉索，每个标准单元巾就多达16根之多，由结构彤式为悬挂式张弦桁架体系，其索内预应力值的确定是该项目设计的一个关键点。根据索所处的位置及作用的不同．设计中将索分为了三类，一类是悬挂桁架的上拉索，每个标准单元6根：第二类是位于桁架悬挑端的稳定索．第三类是跨根据索受力大小的不同，各娄索在规格上也不尽相同，上拉索的规格有三种，分别为283*7，301*7，241*7;稳定索德规格有两种，分别是283*7，367*7；张弦索有一种，规格为2*121*7.索的材质均为1670Mpa级半平行钢丝束。从图中可以看出，每个标准单元内的拉索构成一个索系，各索的索力相互影响，这给索力的确定带来了很大的困难。根据确定的四个计算阶段分析，中间张弦索索力的大小对其他索影响甚微，设计时将该类索相对独立来进行考虑。设计张弦索时，首先，根据索的设计荷载为其破断荷载的0．4倍确定索的最大允许设汁荷载，然后根据跨中允许挠度通过反复试算束确定最终的索力。对于J托索和稳定索，则先确定各索的最大允许设计荷载.然后通过j个控制点一一上拉索与桁架的莲接点和桅杆顶点的变形，使其达到最小来确定各拉索的最终索力。这里给出各索在结构自重下的索山大小．如
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1所示。表1各规格索力表索类别上拉盍稳定盍张齢噓的位賈中间内侧内劇购边外侧中间外侧两边中间两边桁据下號索的规擀283X
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