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大跨度16mn鋼管桁架

發布時間:2021-11-18人氣:1

大跨度16mn鋼管桁架  空間16mn鋼管桁架結構體系是大跨空間結構中的一個重要成員。鄭州大學新校區體育館由三組環向桁架、三組徑向桁架和三組撐桿為主要構件組成,外環、外部徑向桁架與中環構成結構的主要受力骨架,通過封閉外環的設計,使其形成一個受拉的環箍,限制了外部徑向桁架滑動支座端的徑向位移,從而減小了整個結構的豎向撓度,在此滿足規范要求的同時,使結構用鋼量達到最佳經濟指標。該屋蓋平面的水平投影為軸對稱的花瓣形,在半徑約7m和15m及外圍處設置三道封閉的環桁架,沿徑向設置24道空間桁架,并以環桁架為分界沿圓周方向錯開布置,徑向桁架被劃分為外、中、內三部分。整個結構外觀簡潔,輕逸,受力合理,傳力直觀,整體性能好。對它進行探索有助于了解結構性能,指導設計施工,并為類似結構的應用提供依據。        1 管桁架結構概述         近年來,16mn鋼管結構不僅在海洋工程、橋梁工程中得到了廣泛應用,而且在工業及民用建筑中的應用日益廣泛,16mn鋼管結構在我國建筑結構中的應用也越來越多,如寶鋼三期工程中采用方管桁架,吉林滑冰練習館、哈爾濱冰雪展覽館、上?!皷|方明珠”電視塔和長春南嶺萬人體育館均采用方16mn鋼管作為主要結構構件,廣州體育館屋蓋采用了方16mn鋼管和圓16mn鋼管,上海虹口體育場采用圓16mn鋼管作為屋面承力體系,成都雙流機場屋蓋采用了圓16mn鋼管作為主要受力構件。在公共建筑領域,16mn鋼管結構中獨特的結構形式層出不窮,如悉尼水上運動中心,美國迦登格羅芙水晶教堂;單層大空間建筑領域,除了在超級市場、貨棧和倉庫中繼續廣泛應用外,還出現了一些超大型結構,如新加坡章楦機場機庫,大阪國際機場候機廳;另外還有輕型大跨結構,如人行天橋和起重機結構;其他特殊用途的結構,如天線桅桿和航天發射架等。2001年建成的建筑面積7250的北京植物園展覽溫室是國內首次采用相貫節點的曲線16mn鋼管桁架結構。鋼結構用材為16Mn,16mn鋼管最大規格為299mmx12mm,鋼結構總噸位720t。上海體育館的膜結構屋蓋主要由16mn鋼管相貫而成的32榀桁架、環梁組成,呈南北對稱的馬鞍形狀,最大跨度288.4m,標高31.74-70.54m,主桁架最大16mn鋼管直徑508mm,采用直接焊接K型節點。最長的懸挑梁74.162m,材料采用英鋼50D。南京國際展覽中心的二層展廳是一個長243m、寬75m的無柱大空間,屋面呈弧形,南北兩端主入口各有15m懸挑,西側又有14m懸挑。采用的是16mn鋼管拱架、檁架的結構方案。        2 16mn鋼管桁架結構的形式及特點         2.1 管桁架的分類:根據受力特性和桿件布置不同,可分為平面管桁結構和空間管桁結構。平面管桁結構的上弦、下弦和腹桿都在同一平面內,結構平面外剛度較差,一般需要通過側向支撐保證結構的側向穩定。在現有管桁結構的工程中,多采用Warren桁架和Pratt桁架形式,Warren桁架一般是最經濟的布置,與Prat桁架相比Warren桁架只有它一半數量的腹桿與節點,且腹桿下料長度統一,這樣可極大地節約材料與加工工時。Vierendeel桁架主要應用于建筑功能或使用功能不容許布置支撐斜桿時的情況.         空間管桁結構通常為三角形截面,與平面管桁結構相比,它能夠具有大的跨度,且三角形桁架穩定性好,扭轉剛度大且外表美觀。在不布置或不能布置面外支撐的場合,三角形桁架可提供較大跨度空間。一組三角形桁架類似于一榀空間剛架結構,且更為經濟??梢詼p少側向支撐構件,提高了側向穩定性和扭轉剛度。對于小跨度結構,可以不布置側向支撐。         2.2 連接件的截面形式常用的桿件截面形式為圓形、矩形、方形等,按連接構件的不同截面可分為以下幾種桁架形式:        C-C型桁架:即弦桿和腹桿均為圓管相貫的桁架結構;  R-R型桁架:即弦桿和腹桿均為方16mn鋼管或矩形管相貫的桁架結構;         R-C型桁架:即矩形截面弦桿與圓形截面腹桿直接相貫焊接的桁架結構。        2.3 桁架的外形         從桁架外形(即從弦桿類型來分)方面可分為:直線型與曲線型管桁結構。隨著社會對美學要求的不斷提高,為了滿足空間造型的多樣性,管桁結構多做成各種曲線形狀,豐富結構的立體效果。當設計曲線型管桁結構時,有時為了降低加工成本,桿件仍然加工成直桿,由折線近似代替曲線。如果要求較高,可以采用彎管機將16mn鋼管彎成曲管,這樣建筑效果更好。        2.4 管桁架的優點         16mn鋼管結構因其具有優美的外觀、合理的受力特點以及優越的經濟性,在現代工業廠房、倉庫、體育館、展覽館、會場、航站樓、車站及辦公樓、商住樓、賓館等建筑中得到了廣泛的應用,如上海體育場、上??萍汲?、首都機場新航站樓、廣州新白云及長航站樓、廣州國際會展中心、上海新國際博覽中心、南京國際會展中心、南京奧林匹克體育場、江蘇省南通市體育會展中心等大型工程中均采用了16mn鋼管結構。工程實際表明,16mn鋼管結構既可以很好地滿足建筑要求,又能夠使結構達到安全、適用、經濟等性能指標,符合鋼結構的最新設計觀念。      16mn鋼管截面具有一系列獨特的優越性能,主要有以下幾個方面:         ①圓管和方管的管壁一般較薄,截面回轉半徑較大,故抗壓和抗扭性能好。對稱截面形式使得截面慣性矩對各軸相同,有利于單一桿件的穩定設計。截面的閉合提高了抗扭剛度,對板件局部穩定性而言,閉合截面也優于有懸挑板件的開口截面。在許多場合下,建筑師也愿意利用16mn鋼管外觀簡潔的特點表達其建筑意圖。         ②在截面積相同的型鋼中,16mn鋼管外表面積最小,這就使得16mn鋼管與大氣的接觸面積最小,加之16mn鋼管往往會兩端封閉,內部不會生銹,這就大大減少了防腐防火涂層的材料消耗和涂裝工作量。而且16mn鋼管結構較易于清刷、油漆,故維護更為方便。         ③16mn鋼管截面的流體動力特性好。承受風力或水流等荷載作用時,荷載對16mn鋼管結構的作用效應比其它截面形式結構的效應要低得多。         ④16mn鋼管加工便利。隨著多維數控切割技術的發展,16mn鋼管的相貫線切割已經不再是難題,國內許多鋼結構加工廠家已經掌握了這項技術。         雖然就材料單價而言,16mn鋼管價格高于普通開口截面形式的型鋼,但上述優點綜合起來,16mn鋼管結構在眾多結構形式中仍然是優先選用的基本結構形式之一。        結語:利用空間16mn鋼管桁架作為屋蓋結構具有很多優點,不僅滿足了本體育館大跨度的要求,而且作為一種結構體系,它符合了大跨空間結構的發展需要,營造了美學與力學的完美結合的設計理念。此類結構形式得到了廣泛的工程實踐應用,具有強勁的發展勢頭。

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