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建筑结构型论文

论文

建筑结构选型

双曲抛物面扭壳结构

学号：

111064125

姓名：

王冲

班级：

11建筑学2

指导老师：

吕小彪

双曲抛物面扭壳结构

摘要

本文将主要介绍双曲抛物面扭壳的结构组成和组合形式，以及我们做的简易的双曲抛物面扭壳的结构模型，还有一个实际的案例分析，双曲抛物面扭壳结构具有利于排水、防止渗漏、减轻自重、节约材料、受力性能较好、刚度较大、造型优美等优点。

案例分析为华南理工大学体育馆，该馆采用预应力钢筋混凝土双曲抛物面组合扭壳，组合扭壳由四片扭壳组成，支乘于周边边缘构件和两榀正交拱架上，分析表明：

扭壳的控制荷载为竖向荷载，风荷载和地震作用影响较小，设计时可不予考虑；施加预压应力可达到控制壳体拉应力、确保结构耐久性的目的，但过大的预压力会降低壳体的局部稳定性；拱架落地点宜设置预应力拉杆平衡壳体支座的巨大水平推力、控制支座位移；采取合理的施工顺序和措施可减少壳体混凝土收缩的不利影响。

关键词：

双曲抛物面模型体育馆

Abstract

Thisarticlewillmainlyintroduceshyperbolicparaboloidtorsionalshellstructureandcombinationform,andwedothesimplestructuremodelofthehyperbolicparaboloidshelltwisting,therewillbeanactualcaseanalysis,hyperbolicparaboloidtorsionalshellstructurewithgooddrainage,preventleakage,reduceweight,savingmaterial,goodmechanicalperformance,stiffnessbig,beautifulmodelling,etc.CaseanalysisforthesouthChinauniversityoftechnologygymnasium,libraryusingprestressedreinforcedconcretehyperbolicparaboloidcombinedtorsionshell,combinedtorsionalshelliscomposedoffourpiecesoftorsionalshell,bearingonthesurroundingedgeartifactsandtwocommonorthogonalarchframe,theanalysisshowsthatthetorsionalshellcontrolloadforverticalload,windloadandearthquakeactionisaffected,cannotbeconsideredwhendesigning;Exertedtensilestressandcompressivestresstocontrolshelltoensurethatthepurposeofthestructuredurability,buttoomuchpressurewillreducetheshelladvancelocalstability;Archfallwhereappropriateprestressedbarsbalanceshellhugehorizontalthrustbearing,controlofdisplacement;Takereasonableconstructionsequenceandmeasurescanreducethenegativeimpactoftheshellshrinkageofconcrete.

Keywords:

hyperbolicparaboloidtorsionalmodelgym

一：

双曲抛物面扭壳的结构组成和形式

双曲抛物面扭壳结构有壳板和边缘构件组成。

屋盖结构中常用的扭壳的形式如图所示：

扭壳结构的边缘构件布置较为简单，因为扭壳对支座仅作用有顺剪力，因此，单块扭壳屋盖的边缘构件可采用较为简单的三角形桁架，组合型扭壳屋盖的边缘构件可采用拉杆人字架或等腰三角形桁架。

如图：

扭壳屋盖式样新颖，他它可以以单块的形式作为屋盖，也可以多块组合形成屋盖，如图。

图（a）是由单倾单块扭壳组合而成的屋盖，图（b）是由双倾单块扭壳组合而成的屋盖，图（c）是由组合型扭壳组合而成的屋盖。

二：

模型

我们用一些塑料管作为材料，做了一个双曲抛物面扭壳结构，该结构的屋盖为组合型扭壳组合而成的。

首先我们先做扭壳结构的边缘构件，简单的三角形桁架。

然后，将边缘构件架起来，固定好。

最后，开始做屋盖。

三：

案例分析

•华南理工大学体育馆位于广州大学城，总建筑面积12377平方米，设有坐席5632个，可作为大型运动会的乒乓球比赛馆。

在造型设计上，由四个扭壳组合而成的反曲屋面呈现出流畅的造型和蓬勃向上的生命力,2010广州亚运会柔道和摔跤项目将在该场馆举行。

区位图：

平面布局：

华南理工大学体育馆作为体育场设施，其功能要求就是能满足大量观众观演大型体育竞技运动的大空间和大跨度。

因此屋盖采用预应力混凝土大斜柱和预应力混凝土双曲抛物面扭壳相结合的结构

体系，结构平面被四组大斜柱划分为4片扭壳，每块扭壳水平投影均为平行四边形。

造型：

•华南理工大学体育馆的造型奇特，线条优美流畅，仿佛一只展翅欲飞的雄鹰。

由于四组大斜柱以及薄板的厚度不均（薄板厚度为130mm，在距离边缘构件3m的范围内逐渐增厚至200mm），所以建筑的造型呈现左右对称，前后不对称的优美曲线造型。

结构分析：

•华南理工大学体育馆的结构设计综合了风荷载、地震作用、温度变化和使用荷载等因素，通过一系列模态分析，达到与施工相符合的程度，确保结构的合理与稳固。

•

主结构为四根预应力大斜柱和预应力混凝土双曲抛物面扭壳相结合的结构体系，四根大斜柱在屋顶中央处与大横梁连接，形成人字架，柱脚采用预应力混凝土拉杆连接，以承受水平推力。

•

四根主结构的大斜柱在屋顶中央和大横梁相连。

•

壳中应力控制

•双曲抛物面扭壳为负高斯曲率薄壳，其特点是壳体中存在拉应力，由于混凝土抗拉能力差，如不加以控制，将存在产生裂缝的可能，影响结构的耐久性及安全。

壳体内最大轴力约270kN/m，为此，在壳体中面位置沿直母线布置双向无粘结预应力筋4×15s15.2@600，考虑30%的预应力损失后预应力筋可提供213kN/m的压力，基本可消除壳体内的大部分拉应力。

壳体内单位长度最大弯矩约9.4kN·m·m－1，壳体中实配双层双向普通钢筋10@150，板厚130mm，Mk=20.8kN·m·m－1，安全系数为2.2。

距离边缘构件3.6m范围内弯矩和拉应力较大，最大弯矩为36.8kN·m·m－1，故辅以局部加强配筋10@150。

壳体板厚渐加大至200mm，Mk=68.4kN·m·m－1，安全系数为1.8。

以上安全系数比规范要求略大。

壳面混凝土收缩应力控制：

•壳体平面尺寸较大，达99.8m×70.0m。

因现场养护条件较差，施工过程混凝土不可避免地会产生收缩。

为减少由此而产生的结构次内力，以及减少预应力损失，结合壳体预应力工程施工的需求，在支承壳体的空间拱架的跨中留设纵横向各二道施工缝兼后浇带，待预应力工程完成后再施工后浇筑混凝土部分，将结构连成整体，以减少拱架对壳体收缩的约束作用。

拱架内力分析：

•拱架作为弹性边缘构件对整个结构的受力起着决定性的作用。

拱架是典型的弯剪扭构件，且上部受拉、下部受压，需控制轴压比。

另外，拱架的交点附近一般都有比较大的内力集中，宜在构件端部加密箍筋。

•拱脚水平推力平衡：

•屋盖壳体较扁平，支承壳体的长向拱架与地面夹角仅为22.37°，短向拱架与地面夹角分别为27.35°、32.68°，落地点的水平推力约为11000kN。

由于壳体及拱架内力对支座位移比较敏感，平衡落地点的水平推力、控制支座位移成为壳体安全的关键。

为此，在拱架落地点间设置水平拉杆以平衡水平推力，使结构成为自平衡体系。

考虑到支座间距离达149.33m和108.95m，对水平拉杆施加有粘结预应力，从而有效地控制支座的水平位移。

预应力拉杆截面为1400mm×1000mm，配置4×15s15.2的低松弛高强度预应力筋。