1、廣州體育館結構介紹廣州市設計院廣州體育館夜景廣州體育館夜景主場館主場館訓練館訓練館大眾館大眾館主場館訓練館大眾館剖面圖剖面圖縱縱剖面圖剖面圖室內室內室內室內室內室內介紹內容介紹內容 1、體育館概況、體育館概況 2、對初步設計的改進、對初步設計的改進 3、屋蓋設計的安全度、屋蓋設計的安全度 4、設計特點、設計特點 5、設計計算及試驗、設計計算及試驗 6、屋架施工的基本情況、屋架施工的基本情況1、體育館概況、體育館概況1.功能：廣州體育館是為功能：廣州體育館是為“九運會九運會”而興建的大型體育設施，而興建的大型體育設施，以舉辦包括國際室內田徑賽在內的各種體育比賽為主，同時以舉辦包括國際室內田徑賽在

2、內的各種體育比賽為主，同時能兼顧大型演唱會、文藝演出、展覽會等。能兼顧大型演唱會、文藝演出、展覽會等。2. 主場館建筑面積約主場館建筑面積約40000m2 ，館內設包廂，館內設包廂24間，座位間，座位10018座；座；3. 訓練館建筑面積約訓練館建筑面積約20000m2，館內設練習場、游泳場、學術交，館內設練習場、游泳場、學術交流廳等；流廳等；4. 大眾活動中心建筑面積約大眾活動中心建筑面積約9000m2，館內設體育娛樂場。，館內設體育娛樂場。指標 主場館 訓練館 大眾館長軸長度（m）短軸長度（m）投影面積（m ）上弦圓錐角屋頂離地面高度(m) 用鋼量 160 151.5 140 110 70

3、 30 12700 7748 2722 24.5 26 36 33.87 20.27 14.95 1766.97t 929.6t 420.36t 139kg/m2 120kg/m2 154kg/m222221、體育館概況、體育館概況2、設計過程、設計過程 1. 廣州體育館設計方案通過國際招標，由法國巴黎機場公司(ADP)建筑師Paul.Andaeu中標，并負責完成方案設計、初步設計。2. 廣州市設計院負責配合初步設計和施工圖設計。3.1999年3月初步設計審查。 4.1999年6月組織空間結構專家對體育館鋼結構屋蓋進行技術審查。 2、屋蓋設計問題、屋蓋設計問題1. 輻射桁架平面外穩定及計算長度

4、問題 ，采用斜交拉索作為側向穩定支點無規范依據 。2.ADP提供輻射桁架部分上弦，特別是下弦的截面不滿足平面內、外穩定計算。3.4點約束支座的反力相當大，下部設計相當困難。 2、對初步設計改進內容、對初步設計改進內容 1. 主檁條位置增設環向桁架垂直交叉索。 2. 輻射桁架下弦由2-70 實心圓棒改為2-8919 （2-10219）圓管。 3.節間平面內長度由3300改為2500。 4.支座除四個端支座外其余采用彈簧剛度明確的球型減震支座。 5.根據計算結果，部分加大原設計的截面厚度。 6.主桁架改用圓鋼管，采用相貫節點。3、廣州體育館的屋蓋設計安全度、廣州體育館的屋蓋設計安全度 1. 結構設

5、計安全等級一級。 2. 按七度基本烈度抗震設防。 3. 荷載 (1) 風荷載： 基本風壓0.45，重要性系數1.2， 體型系數取考慮內壓的風洞試驗值，風振系數1.8。 (2) 垂直荷載： 恒載：0.3kN/m2 (包括屋面板、檁條、吸音器等)； 活載：0.3kN/m2（按滿跨均布和半跨均布分別考慮）； 固定設備重量（包括廣播音響、燈光、馬道等）； 演出燈光音響每節點6kN，總重約750kN； (3) 溫差：250C3、廣州體育館的屋蓋設計安全度、廣州體育館的屋蓋設計安全度 4.索設計安全系數為2.53 。 5.鋼結構屋蓋防火等級為一級，采用薄型噴涂金屬防火涂料，根據消防設計審核意見書防火耐火時

6、間為0.5小時 。 結論：結論： 廣州體育館的屋蓋設計經過建委的支持，專家廣州體育館的屋蓋設計經過建委的支持，專家的指導的指導 ，依據實事求是的科學態度，改進和完，依據實事求是的科學態度，改進和完善了原結構受力體系，結構構件的設計符合我善了原結構受力體系，結構構件的設計符合我國設計規范，屋蓋的設計是安全的。國設計規范，屋蓋的設計是安全的。主場館鋼屋蓋平面主場館鋼屋蓋平面訓練館訓練館大眾館大眾館輻射桁架和垂直交叉索輻射桁架和垂直交叉索主桁架主桁架下弦節點弦節點4、設計特點、設計特點一、屋蓋桿件布置的韻律形成很有特色的空間結構美屋蓋桿件布置的韻律形成很有特色的空間結構美各館中央屋脊為縱向空間桁架。

7、各館中央屋脊為縱向空間桁架。輻射桁架按等距沿放射放置。輻射桁架按等距沿放射放置。桁架的上弦為方鋼管，腹桿采用圓管，下弦由桁架的上弦為方鋼管，腹桿采用圓管，下弦由2根根89（76）圓管組合而成，）圓管組合而成，桿件尺寸外形大小一致。桿件尺寸外形大小一致。首次在大跨度的空間結構中使用了首次在大跨度的空間結構中使用了800根高強度低松馳的預應力拉索作為受根高強度低松馳的預應力拉索作為受壓弦桿支點，拉索之間為弦桿計算長度。壓弦桿支點，拉索之間為弦桿計算長度。空間結構體系整齊劃一，很有特色。空間結構體系整齊劃一，很有特色。二、輻射桁架上弦采用方鋼管與圓鋼管的直接焊接相貫節點，通過節點試驗及二、輻射桁架上

8、弦采用方鋼管與圓鋼管的直接焊接相貫節點，通過節點試驗及有限元計算比較，判明節點支管的承載力以及相貫節點是否需要加強等情況，有限元計算比較，判明節點支管的承載力以及相貫節點是否需要加強等情況，選用計算公式進行結構設計。下弦為兩根圓鋼管，在節點處與豎腹桿端的實選用計算公式進行結構設計。下弦為兩根圓鋼管，在節點處與豎腹桿端的實心圓鋼棒和兩根斜腹桿焊接，節點新穎，具有特點，下弦節點亦通過試驗保心圓鋼棒和兩根斜腹桿焊接，節點新穎，具有特點，下弦節點亦通過試驗保證設計安全。證設計安全。4、設計特點、設計特點三、體育館所有的輻射桁架，均支承在一道三、體育館所有的輻射桁架，均支承在一道0.65X1.25m的箱

9、形鋼環梁上，而的箱形鋼環梁上，而鋼環梁的支座為垂直、環向約束，徑向具有彈簧剛度的球形減震支座，彈簧鋼環梁的支座為垂直、環向約束，徑向具有彈簧剛度的球形減震支座，彈簧剛度由彈簧鋼板制成，并由其將屋蓋的水平推力和垂直力傳遞到下部剪力墻。剛度由彈簧鋼板制成，并由其將屋蓋的水平推力和垂直力傳遞到下部剪力墻。該支座的設計及使用亦為國內第一例。該支座的設計及使用亦為國內第一例。四、首次在大跨度的空間結構中將穩定索參與共同計算，與輻射桁架、主桁四、首次在大跨度的空間結構中將穩定索參與共同計算，與輻射桁架、主桁架一起形成良好的空間受力體系。屋蓋上弦面沿周邊設環向水平交叉索和四架一起形成良好的空間受力體系。屋蓋

10、上弦面沿周邊設環向水平交叉索和四道徑向水平交叉索，輻射桁架間每隔道徑向水平交叉索，輻射桁架間每隔10米設一道環向垂直交叉索，上弦水平米設一道環向垂直交叉索，上弦水平拉索及下弦垂直交叉拉索組成屋蓋的柔性支撐體系。通過對屋蓋的非線性屈拉索及下弦垂直交叉拉索組成屋蓋的柔性支撐體系。通過對屋蓋的非線性屈曲分析，整體彈性計算，整榀桁架試驗確定索的張拉力及控制張拉索力差。曲分析，整體彈性計算，整榀桁架試驗確定索的張拉力及控制張拉索力差。五、鋼索采用鍍鋅高強度低松馳預應力鋼鉸線，強度標準五、鋼索采用鍍鋅高強度低松馳預應力鋼鉸線，強度標準 值值fptk=1670Mpa，單根鋼鉸單根鋼鉸d=15(75)，外擠包

11、白色高密度聚乙烯。施工前對索的分批張拉相互，外擠包白色高密度聚乙烯。施工前對索的分批張拉相互影響模擬計算出每根的張拉力，根據計算值采用對稱張拉原則施工。對索施影響模擬計算出每根的張拉力，根據計算值采用對稱張拉原則施工。對索施加加2040kN預應力，使索保持預應力，使索保持30kN左右的拉力，不退出工作。左右的拉力，不退出工作。1. 結構自重2. 恒載（0.3KN/m2+設備重量）3. 滿布活載（0.3KN/m 2)4. 活載不利組合5.演出燈光音響荷載 除固定燈光、中心音響外， 每節點6KN，總重750KN的不利組合6. 風荷載(根據荷載規范和風洞試驗取值）7. +（-）25 0 c溫度影響8

12、. 水平地震按基本烈度設計，考慮豎向地震作用9. 穩定索預應力： 主場館：30KN; 訓練館：25KN; 大眾館：20KN.10. 采用彈性支座：環向與徑向彈性約束，豎向固定。25、計算荷載、參數、計算荷載、參數5、支座假定、支座假定48個彈性支座，Z向約束，X、Y向支座彈性系數5000kN/m;6個支座僅Z向約束。5、支座、支座5、風洞試驗情況、風洞試驗情況 1.1.在各風向角下在各風向角下, ,迎風面的正風壓均不會很大迎風面的正風壓均不會很大, ,但負壓值較大但負壓值較大, ,尤尤 其是屋脊處其是屋脊處, ,負壓尤為顯著負壓尤為顯著, ,最大風壓系數最大風壓系數 為為-1.52-1.52。

13、2.2.最不利的風向角對不同屋蓋不同時出現最不利的風向角對不同屋蓋不同時出現, ,對同一屋蓋的不同部對同一屋蓋的不同部 位也不同時出現。對于主場館位也不同時出現。對于主場館, ,最不利的風向角大約最不利的風向角大約9090至至 112.5112.5之間。之間。 3.3.設計時取風向角設計時取風向角9090時的風壓值及時的風壓值及112.5112.5時的風壓值作為兩時的風壓值作為兩 種風荷載工況與其它荷載組合進行屋蓋主體結構設計。種風荷載工況與其它荷載組合進行屋蓋主體結構設計。4.4.我們根據試驗提供的風壓體型系數我們根據試驗提供的風壓體型系數, ,把屋面分成幾個區域把屋面分成幾個區域, ,各區

14、各區 域分別取平均值作為該區域的體型系數。域分別取平均值作為該區域的體型系數。5.5.根據外表面風壓體型系數的正負情況根據外表面風壓體型系數的正負情況, ,取取0.20.2內風壓值。內風壓值。6.6.根據風洞試驗的建議根據風洞試驗的建議, ,在設計時考慮了風振系數在設計時考慮了風振系數1.81.8。 5、風荷載平面、風荷載平面5、靜力分析、靜力分析 屋蓋采用屋蓋采用SAP5和和ANSYS5.6兩種有限元分析軟件進行靜力兩種有限元分析軟件進行靜力分析。分析時共采用三種單元分析。分析時共采用三種單元,桿件采用梁單元桿件采用梁單元,索采用索索采用索單元單元,彈性支座采用彈簧單元。計算時索先全部預加預

15、應力彈性支座采用彈簧單元。計算時索先全部預加預應力,主場館、訓練館和大眾館分別為主場館、訓練館和大眾館分別為30kN、25kN、20kN,再分再分別施加恒載、活載、風荷載別施加恒載、活載、風荷載,得到該種工況下的內力得到該種工況下的內力,而溫而溫度則作為一種單獨的活載工況施加于屋蓋上度則作為一種單獨的活載工況施加于屋蓋上,供設計時參考。供設計時參考。 在恒載和滿布活載作用下在恒載和滿布活載作用下,輻射桁架上弦桿以受壓為主輻射桁架上弦桿以受壓為主,屋屋蓋兩端部輻射桁架蓋兩端部輻射桁架RT2、3、4和和RT38、39、40下弦桿全部下弦桿全部受壓受壓,其它輻射桁架下弦桿則在靠近屋脊和環梁部分受壓其

16、它輻射桁架下弦桿則在靠近屋脊和環梁部分受壓,中間部分受拉。但在風荷載和半邊活載共同作用下中間部分受拉。但在風荷載和半邊活載共同作用下,各榀輻各榀輻射桁架下弦桿則全部受壓。射桁架下弦桿則全部受壓。5、動力分析、動力分析采用采用ANSYS5.6程序，計算方法為時程分析法和振型分解反應譜法。程序，計算方法為時程分析法和振型分解反應譜法。時程分析：選用了時程分析：選用了EL-Centro波和一條場地實測波波和一條場地實測波,另外還考慮了場另外還考慮了場地實測水平波加地實測水平波加30%場地實測豎向波的組合。取七度基本烈度加速場地實測豎向波的組合。取七度基本烈度加速度峰值度峰值,水平波地面加速度峰值為水

17、平波地面加速度峰值為102cm/s2,場地豎向波地面加速度峰場地豎向波地面加速度峰值為值為70cm/s2,地面脈動平均卓越周期地面脈動平均卓越周期0.27s 。設計時桿件內力取各條。設計時桿件內力取各條波計算結果的大值。波計算結果的大值。振型分解反應譜法：對于大規模的空間結構振型分解反應譜法：對于大規模的空間結構,屋蓋自由度很多屋蓋自由度很多,計算時計算時先采用先采用Block Lanczos法求出前法求出前108階振型階振型,然后用然后用CQC法耦合得到地法耦合得到地震反應。輸入的反應譜為地震反應譜震反應。輸入的反應譜為地震反應譜,地震影響系數地震影響系數借鑒借鑒高層民高層民用建筑鋼結構技術

18、規程用建筑鋼結構技術規程(JGJ99-98)的的曲線確定曲線確定,max取七度基本取七度基本烈度所對應的值。烈度所對應的值。采用時程分析法或振型分解反應譜法計算所得的地震作用下桿件內采用時程分析法或振型分解反應譜法計算所得的地震作用下桿件內力均小于風荷載作用下的桿件內力。力均小于風荷載作用下的桿件內力。5、屈曲分析、屈曲分析非線性屈曲分析是一種比較精確的分析方法非線性屈曲分析是一種比較精確的分析方法,通過漸增荷載來尋求結構失穩通過漸增荷載來尋求結構失穩時的臨界荷載。它可考慮結構的初始缺陷時的臨界荷載。它可考慮結構的初始缺陷,幾何非線性和材料非線性及間隙幾何非線性和材料非線性及間隙等等,是一種較

19、為接近實際情況的分析方法。是一種較為接近實際情況的分析方法。保證下弦桿的穩定保證下弦桿的穩定,是屋蓋設計中的重點與難點。受壓的輻射桁架下弦采用是屋蓋設計中的重點與難點。受壓的輻射桁架下弦采用交叉拉索提供下弦穩定支點，需對結構進行非線性屈曲分析，達到了解對交叉拉索提供下弦穩定支點，需對結構進行非線性屈曲分析，達到了解對結構的整體性和下弦的穩定性。結構的整體性和下弦的穩定性。對體育館主場館屋蓋進行屈曲分析時考慮了三種工況對體育館主場館屋蓋進行屈曲分析時考慮了三種工況:(1):(1)恒載恒載+ +滿跨活滿跨活載載;(2) ;(2) 恒載恒載+ +上半邊活載上半邊活載;(3);(3)恒載恒載+ +右半

20、邊活載。分析時采用線性屈曲分右半邊活載。分析時采用線性屈曲分析和幾何非線性屈曲分析相結合的方析和幾何非線性屈曲分析相結合的方法。法。在上述三種屈曲工況下在上述三種屈曲工況下,整體屈曲模態的出現一般是在上弦先出現屈曲整體屈曲模態的出現一般是在上弦先出現屈曲,繼而繼而下弦發生失穩下弦發生失穩,屋蓋有整體扭曲的趨勢屋蓋有整體扭曲的趨勢,且靠近屋蓋端部輻射角約為且靠近屋蓋端部輻射角約為45的輻的輻射桁架最先出現屈曲。射桁架最先出現屈曲。從屈曲分析中可知從屈曲分析中可知,結構的屈曲承載力對支撐系統的依賴程度較大。若屋架結構的屈曲承載力對支撐系統的依賴程度較大。若屋架下弦沒有索柔性支撐體系下弦沒有索柔性支

21、撐體系,結構將不足以承受使用荷載和自重而發生平面外結構將不足以承受使用荷載和自重而發生平面外失穩。因此在設計時失穩。因此在設計時,為保證索始終處于受拉為保證索始終處于受拉,對于主場館、訓練館和大眾館對于主場館、訓練館和大眾館分別施加了分別施加了30kN、25kN、20kN的預拉應力。的預拉應力。5、計算結果、計算結果 主場館輻射桁架桿件控制內力與截面 表 一 上 弦 下 弦 輻射桁架 RT2RT12 RT30RT40 RT3RT39 RT2、 RT40 斜腹桿 豎腹桿 主檁條 軸力 -1100kN -1650kN -800kN -1450kN -250kN -50kN -1160kN 截面 2

22、50X250X14 250X250X20 - 289X19 - 2102X19 108X12 168X8 BH320X250X9X14 主場館環梁及縱向空間桁架桿件控制內力與截面 表 二 環 梁 RT2 間、RT40 間 其余區段 主桁下弦 主桁上弦 主桁上弦端部 內力 N=4806kN T=1933kN Mx=1509kN.m My=1424kN.m Vx=347kN Vy=342kN N=-4679kN T=70kN Mx=904kN.m My=-193kN.m Vx=-56kN Vy=-192kN N=-1755kN N=-2310kN N=-1340kN 截面 650X1200X32

23、650X1200X20 273X12 273X14 300X300X20 5、主場館屋蓋的內力特點、主場館屋蓋的內力特點）輻射桁架下弦以壓桿控制。）輻射桁架下弦以壓桿控制。）主桁架上下弦桿拉壓互相交錯，截面以壓桿控制。）主桁架上下弦桿拉壓互相交錯，截面以壓桿控制。)環梁變形：垂直荷載下兩端向內收，中部向外移；溫度作用下環梁變形：垂直荷載下兩端向內收，中部向外移；溫度作用下沿徑向外移。沿徑向外移。)支座最大壓力支座最大壓力1200KN，最大水平推力，最大水平推力350KN，支座允許徑向，支座允許徑向位移位移80mm, 切向位移切向位移55mm。)最大豎向位移：計算最大豎向位移：計算120mm，施

24、工完成實測，施工完成實測90mm.5、輻射桁架試驗目的輻射桁架試驗目的桁架試驗要求達到以下目的桁架試驗要求達到以下目的: 1)驗證桁架下弦用垂直交叉索約束下弦平面外穩定的可行性和安全驗證桁架下弦用垂直交叉索約束下弦平面外穩定的可行性和安全性性; 2) 桁架支座端板在荷載作用下的穩定性，局部開孔范圍及與環梁桁架支座端板在荷載作用下的穩定性，局部開孔范圍及與環梁連接處的應力情況。連接處的應力情況。 3)桁架上下弦節點在結構整體中的性能。桁架上下弦節點在結構整體中的性能。5、輻射桁架試驗方案輻射桁架試驗方案試驗方案試驗方案1)按按38軸輻射桁架做足尺試驗。軸輻射桁架做足尺試驗。2)試驗采用上下水平拉

25、桿加載方式。試驗采用上下水平拉桿加載方式。3)垂直交叉索采用工程施工鋼索，一端張拉錨具。垂直交叉索采用工程施工鋼索，一端張拉錨具。4)鋼索的初始張力按設計要求控制在鋼索的初始張力按設計要求控制在2550kN，在加載試驗過程中，調整使，在加載試驗過程中，調整使鋼索張力不小于鋼索張力不小于15kN，保證索不退出工作。，保證索不退出工作。5)正式試驗加載分正式試驗加載分26級，最大加載值為級，最大加載值為2550kN。5 5、輻射桁架試驗結論輻射桁架試驗結論1、桁架端板在試驗荷載作用下是穩定的，不會產生失穩狀態。、桁架端板在試驗荷載作用下是穩定的，不會產生失穩狀態。2、只要索保持拉力狀態和左右張緊的

26、平衡狀態，采用拉索做支撐的概念、只要索保持拉力狀態和左右張緊的平衡狀態，采用拉索做支撐的概念設計是可行的。設計是可行的。3、用垂直交叉索約束下弦平面外穩定，作為減少計算長度、用垂直交叉索約束下弦平面外穩定，作為減少計算長度 的支撐是可的支撐是可行的。行的。4、上弦節點試驗實現了主管連接面塑性破壞模式。在設計荷載下，上弦、上弦節點試驗實現了主管連接面塑性破壞模式。在設計荷載下，上弦方管可不采用方管可不采用 補強，節點設計是安全的。補強，節點設計是安全的。5、下弦節點破壞主要是焊縫破壞。在設計荷載下，節點不會發生焊縫破、下弦節點破壞主要是焊縫破壞。在設計荷載下，節點不會發生焊縫破壞的節點失效模壞的

27、節點失效模 式。式。5、輻射桁架試驗內力對比輻射桁架試驗內力對比在最大加載2550KN作用下，上下弦桿的試驗內力和設計內力對比見表一。其中第一段為與主桁架連接段，第二段為中部垂直交叉索之間10米跨段，第三段為與端板連接段。設計控制內力是與試驗桁架上下弦截面相同的341軸下弦，212，3040軸上弦的截面設計控制值。對于下弦桿，試驗內力達到了設計控制內力的1.3倍以上。5、輻射桁架端板分析輻射桁架端板分析 2.在桁架端板開孔邊緣，下弦桿與端板用厚鋼板雙面貼角焊在桁架端板開孔邊緣，下弦桿與端板用厚鋼板雙面貼角焊250mm長，從試驗值看到，長，從試驗值看到，下弦下弦桿的內力為桿的內力為-14460K

28、N，孔位，孔位桿內力為桿內力為-404.3KN，通過焊縫直接將下弦桿內，通過焊縫直接將下弦桿內力力72%傳到端板，減少桿端連接螺栓的壓力，滿足建筑師對螺栓直徑的要求。傳到端板，減少桿端連接螺栓的壓力，滿足建筑師對螺栓直徑的要求。3 .支座端板應力分布與有限元分析支座端板應力分布與有限元分析,在端板下半部，主應力直線基本呈水平狀，主應力在端板下半部，主應力直線基本呈水平狀，主應力值在值在5079MPa，12點平均值為點平均值為63 .4MPa；最大主應力值為；最大主應力值為84.2MPa，位置在端板，位置在端板與水平鋼梁的連接邊緣，開孔周圍最大主應力為與水平鋼梁的連接邊緣，開孔周圍最大主應力為-

29、78.6MPa 。4.有限元計算采用軟件有限元計算采用軟件COSMOS，建立三維實體模型，邊界條件與試驗的實際邊界條，建立三維實體模型，邊界條件與試驗的實際邊界條件相同。端板下部件相同。端板下部1的最大值為的最大值為70Mpa，在端板與環梁交接處，在端板與環梁交接處，1最大值為最大值為80Mpa。有限元計算結果與試驗下端板主應力比較，結果基本吻合，另分析有限元計算結果與試驗下端板主應力比較，結果基本吻合，另分析r沿截面的變化沿截面的變化規律是一致的，數值也一致相近。規律是一致的，數值也一致相近。 5、輻射桁架端板分析輻射桁架端板分析5、輻射桁架端板設計輻射桁架端板設計5、輻射桁架端板輻射桁架端

30、板5、輻射桁架端板輻射桁架端板5 5、預應力索試驗情況、預應力索試驗情況1） 索索2 2，3 3，6 6，7 7與桁架下弦連接，張力隨荷載與桁架下弦連接，張力隨荷載P P加大而減少。索加大而減少。索1 1，4 4，5 5，8 8與桁架上弦與桁架上弦連接，張力隨荷載連接，張力隨荷載P P加大而增大加大而增大。2）試驗條件與實際條件不同，試驗時索與桁架上弦連接實際上是固定在支架上，而不是）試驗條件與實際條件不同，試驗時索與桁架上弦連接實際上是固定在支架上，而不是在另一榀輻射桁架的上弦節點上；另試驗荷載沒有采用垂直加荷，桁架在垂直方向的在另一榀輻射桁架的上弦節點上；另試驗荷載沒有采用垂直加荷，桁架在

31、垂直方向的變位也與實際不同，索力在加載下的變化規律與整體計算有差別。變位也與實際不同，索力在加載下的變化規律與整體計算有差別。3）從試驗可以看到，索對下弦桿平面外的穩定起重要作用，如果沒有索控制，對近）從試驗可以看到，索對下弦桿平面外的穩定起重要作用，如果沒有索控制，對近2525米米長的下弦桿，在試驗荷載下會出現失穩的破壞模態。長的下弦桿，在試驗荷載下會出現失穩的破壞模態。4 4）桁架試驗證實，用垂直交叉索作為約束下弦平面外穩定，只要索保持拉力狀態和左右）桁架試驗證實，用垂直交叉索作為約束下弦平面外穩定，只要索保持拉力狀態和左右張緊的平衡狀態，減少計算長度支撐是可行的。張緊的平衡狀態，減少計算

32、長度支撐是可行的。5 5、索預張拉力的確定、索預張拉力的確定 1 1）通過對屋蓋進行非線性屈曲分析。整體）通過對屋蓋進行非線性屈曲分析。整體屈曲模態的出現一般屈曲模態的出現一般 是在上弦先出現屈曲，繼而下弦發生失穩，屋蓋有整體扭曲是在上弦先出現屈曲，繼而下弦發生失穩，屋蓋有整體扭曲 的趨勢，只有保證索不出現退出工作，結構體系是安全可靠的趨勢，只有保證索不出現退出工作，結構體系是安全可靠 的。的。2 2）從整體彈性計算中看到，在對索預加拉力）從整體彈性計算中看到，在對索預加拉力30KN30KN，在各種情況下，在各種情況下 索內力變化不同，在索內力變化不同，在101040KN40KN之內，沒有出現

33、退出的情況。之內，沒有出現退出的情況。3 3）雖然試驗不能真實反映實際，但）雖然試驗不能真實反映實際，但從試驗桁架的變形測量值看出從試驗桁架的變形測量值看出 一對索的張拉力不等，會引起下弦節點的水平位移一對索的張拉力不等，會引起下弦節點的水平位移 。4 4）根據計算和試驗，我們確定索初張拉力在）根據計算和試驗，我們確定索初張拉力在252540kN40kN，一對下弦，一對下弦 索張拉力差不大于索張拉力差不大于5kN5kN的施工要求的施工要求 5、索端節點大樣、索端節點大樣5、支座、支座5、上下弦節點試驗目的、上下弦節點試驗目的 1。 方鋼管與圓鋼管的直接焊接相貫節點，尚未見國內結構工程中有應方鋼

34、管與圓鋼管的直接焊接相貫節點，尚未見國內結構工程中有應用情況的報導，當時鋼結構設計規范用情況的報導，當時鋼結構設計規范GBJ17-88也沒有專門的計算規定，也沒有專門的計算規定，因此，需要判明節點支管的承載力以及相貫節點是否需要加強等情況，因此，需要判明節點支管的承載力以及相貫節點是否需要加強等情況，對上下弦節點進行靜力加載試驗，試驗結果與節點有限元計算比較，并對上下弦節點進行靜力加載試驗，試驗結果與節點有限元計算比較，并選用計算公式進行結構設計。選用計算公式進行結構設計。 2。根據有關資料分析，不設加勁肋的方管弦桿與圓管腹桿直接焊接相根據有關資料分析，不設加勁肋的方管弦桿與圓管腹桿直接焊接相

35、貫節點可能有如下的破壞模式貫節點可能有如下的破壞模式:與腹桿相連的弦桿板件與腹桿相連的弦桿板件(翼緣板翼緣板)形成塑性形成塑性鉸機構；弦桿翼緣沖剪破壞；在腹板壓力作用下弦桿側壁壓曲；焊縫連鉸機構；弦桿翼緣沖剪破壞；在腹板壓力作用下弦桿側壁壓曲；焊縫連接破壞。造成節點破壞的條件是腹桿軸力很大。當受拉腹桿軸力很大時，接破壞。造成節點破壞的條件是腹桿軸力很大。當受拉腹桿軸力很大時，連接焊縫可能破壞；當受壓腹桿壓力很大時，可能引起弦桿翼緣塑性過連接焊縫可能破壞；當受壓腹桿壓力很大時，可能引起弦桿翼緣塑性過度發展直至產生塑性鉸或弦桿腹板被壓屈，兩者軸力較大時，也可能發度發展直至產生塑性鉸或弦桿腹板被壓屈

36、，兩者軸力較大時，也可能發生沖剪形式的破壞。為達到試驗目的要求，試驗方案采取增大節點處弦生沖剪形式的破壞。為達到試驗目的要求，試驗方案采取增大節點處弦桿壓力差（即增大腹桿中軸力）的控制條件對弦桿兩端施加軸力荷載，桿壓力差（即增大腹桿中軸力）的控制條件對弦桿兩端施加軸力荷載，直至最后破壞。直至最后破壞。 5、上節點試件模型、上節點試件模型5、上節點試驗結果、上節點試驗結果隨腹桿中軸力加大，弦桿上翼緣產生隨腹桿中軸力加大，弦桿上翼緣產生面外彎曲變形，受壓腹桿相連處翼緣面外彎曲變形，受壓腹桿相連處翼緣板向鋼管內側凹進，受拉腹桿相連處板向鋼管內側凹進，受拉腹桿相連處翼緣板則向管外凸出，在臨近極限荷翼緣

37、板則向管外凸出，在臨近極限荷載時，這種變形已能十分明顯地被觀載時，這種變形已能十分明顯地被觀察到。試驗結束前，察到。試驗結束前，JDUL的受壓腹的受壓腹桿與弦桿的節點部位已達到承載極限，桿與弦桿的節點部位已達到承載極限，JDUR的拉、壓腹桿都已出現承載力的拉、壓腹桿都已出現承載力下降的趨勢。最后，方鋼管弦桿的上下降的趨勢。最后，方鋼管弦桿的上翼緣板與受拉腹桿相連處被撕裂，呈翼緣板與受拉腹桿相連處被撕裂，呈拉剪破壞狀，節點破壞模式為主管連拉剪破壞狀，節點破壞模式為主管連接面塑性破壞。接面塑性破壞。 5、上節點有限元分析、上節點有限元分析 有限元分析計算采用有限元分析計算采用COSMOS軟件，模型

38、采用三維實體建模，軟件，模型采用三維實體建模，在腹桿端部加局部約束來模擬鉸在腹桿端部加局部約束來模擬鉸支座，弦桿兩端為自由端。加載支座，弦桿兩端為自由端。加載時在弦桿上下兩端加數值不同的時在弦桿上下兩端加數值不同的均布壓力從而產生壓力差。將計均布壓力從而產生壓力差。將計算結果腹桿與弦桿相交處的算結果腹桿與弦桿相交處的Mises應力圖與試驗測點的應力應力圖與試驗測點的應力作比較，符合較好。作比較，符合較好。5、下節點試件模型、下節點試件模型試驗方案試驗方案 試驗位置：端板第一節點試驗位置：端板第一節點和距主桁架第一節點，該兩和距主桁架第一節點，該兩節點是各桁架節點下弦力差節點是各桁架節點下弦力差最大值的位置。最大值的位置。試件破壞的兩種可能性：（試件破壞的兩種可能性：（1）桿件與實心棒的任意一條焊桿件與實心棒的任意一條焊接失效，屬于節點破壞性質。接失效，屬于節點破壞性質。產生連接焊縫破壞的可能原產生連接焊縫破壞的可能原因是各腹桿（尤其是受拉腹因是各腹桿（尤其是受拉腹桿）軸力太大，或是下弦桿桿）軸力太大，或是下弦桿兩端力差大。兩端力差大。（2）桿件發生強度或穩定性）桿件發生強度或穩定性的失效，屬于桿件破壞性質。的失效，屬于桿件破壞性質。 試驗方案考慮逐步增大節點試驗方案考慮逐步增大節點