北京植物园展览温室钢结构设计.pdf

北京植物园展览温室钢结构设计 盛平陆承康程懋堃 （北京市建筑设计研究院 ! # $） 提要 北京植物园展览温室为北京市重点工程， 建筑造型奇特， 外部全部采用钢结构， 呈流线型放射布置。各榀 钢桁架的跨度、 高度、 弧线曲率各不相同， 节点连续相贯， 钢材为国产% 1 7 . 1 7 4 ;? ; 8 2 0 0 2 8 . 7 1 9 7 4 5 0 ; ? . C 7 : - 4 : . . = 4 : 0 3 7 ; : . : 0 3 4 4 . 4 ; 0 . = ; 7 2 3 : 5 0 2 ?: - . . = = 7 4 2 7 : 2 : - . 5 ; 1 4 - ; . : 2 4 - 2 C; 4 : 0 . ; ? = 7 1 . 4 - ; . A , - . 4 ; 1，- . 7 9 - : ; 1 7 5 5 . 0 . 1 : A , - . 4 : . . = 7 .? ; : . 0 7 ; = 7 4% : 7 2 19 = ; 4 4 3 1 7 : 7 4 3 4 . 7 1 : - . 4 - . = = A ) 7 1 9: 2 : - . : 3 1 1 . = : . 4 :，C . ; = A , - .( ) *+ #4 2 5 : C ; 0 . 7 4 3 4 . : 2 ; 1 ; = F 4 . : - . 4 : 0 3 9 = ; 4 43 1 7 : 7 E 7 4 7 2 1; 0 . . 4 ; = 4 2 A ! # $ % （图$） 的位移值。 叶脉部分的最大相对变形为$# %， 最大相对 侧移为$! ( %， 椭球部分最大相对变形为$8 % %， 最 大相对侧移为$! %。 方向 *+,*+,*+,*+,*+, 静荷载 ( B( B1 ! $ B( %B8 $ 8 B! B! 8B. $ B! B! 西北风作用 $ % B! (B$ $ B( .B$ $ % B! (B! ! B !B. . B $B! ( $标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 差， 外侧斜桁架在环向刚度弱， 变形大， 扭转变形很 明显。据此， 加强了外侧斜桁架间的支撑联系， 将最 外环向平面桁架改为空间三角形钢桁架等， 经此调 整后， 第一周期为! # $ %， 振型曲线为环向变形； 第 二周期为& & %， 仍为横向变形。从整个振动位移 情况可看出， 结构整体性有所改善， 变形趋向合理， 但扭转变形仍然存在。在抗震计算时， 我们共取& ( 个振型， 结构的自振周期见表!， 典型点位移见表#。 结构自振周期 （%）表! !&!#!)!$!*!+!,!& ( 周期 ! # $ & & ( , # ( + ( ( $ * ( $ * ( $ ( ( ) & ( * ( ! 地震作用下结构典型点的位移 （-）表 位置 ./01234567 位移方向 # # # # # # # # # # 方向地震作用& & & !# !& ! ! & +& # * & $ ! & + & (& $& $ & ! + #方向地震作用& & # , ! +& & ,& ,& $& ( * & & , & +& & + & ,& ) + , & ( 五、 杆件截面和柱脚节点 & 杆件截面确定 通过多次计算、 调整体系、 改变杆件截面使结构的变形满足设计要求， 在计算 中发现， 结构变形量是整个计算所要解决的主要问 题。初 步 计 算 时， 扇 形 部 分 的 最 大 垂 直 位 移 为 & + ( -， 而整体的侧位移多达# ( ( -， 应在不影响 建筑造型的情况下， 增大杆件截面及桁架高度， 加强 支撑体系， 使其位移控制在允许的范围之内。在主 钢架中， 最大钢管截面为! , ,8& $， 最小截面为 !& + (8$。一些小跨度的桁架， 其钢管的直径可以 小些， 但考虑到钢管的直径变化应有序渐变， 因此一 些小跨度桁架的管径取得比计算值大些。 影响管径大小的另一个因素就是节点。有些节 点， 多个方向的钢管交汇在一起， 我们希望主要受力 杆件贯通且直径应粗些， 次要杆件焊在主要杆件上 且细些。但实际计算中发现有些节点次要杆件的直 径比主要杆件还粗， 我们就不得不将主要杆件的截 面加大了。图$为两个典型的实际节点三维图。 ! 柱脚节点 钢结构所有落地柱脚均采用铰 接节点 （图*） ， 其中一个方向可无限转动， 另一方向 由于轴和耳板孔间有一定间隙， 该方向也有一定的 转动量， 当此转角达到某一值时， 耳板将限制其转动 并能承担弯矩， 在设计中， 我们将此弯矩值设计得不 小于其上钢管的抗弯能力。外侧桁架与屋顶桁架相 交处也使用此种铰节点。采用铰节点， 不仅为施工 拼装带来方便， 同时还能减少钢结构的温度应力。 图$ 六、 钢结构布置与玻璃划分 本工程采用的玻璃为钢化玻璃， 每一块都是一 个平面。建筑外型为空间曲面， 玻璃块越小越容易 逼近空间曲面， 但是玻璃块过小， 势必需要较密的杆 件来支撑玻璃， 这就使得建筑外型不美观了； 玻璃块 大， 建筑外观显得整齐了， 但给整个空间曲面的玻璃 划分带来了很大的困难。椭球部分长轴方向的钢架 原来是平行于向主桁架方向布置的， 每块矩形玻 璃大约为! ( ( -8&+ ( ( -， 划分玻璃时发现一 些曲率较大的曲面四个角点不共面， 即四点互相翘 曲， 最大达# ( (多-， 玻璃无法划分， 最后我们只 有改为弧形结构布置 （图&） ， 使玻璃得以划分下去。 在主钢架间的弧形钢管既作为主钢架的横向支撑构 件， 又作为屋面玻璃的支承构件。在一些次要位置， 图* 我们采用三角形玻璃， 使其更好地逼近空间 曲面。 七、 结束语 本工程于& , , +年 月破土动工，& , , ,年 )月完成钢结构施工， ! ( ( (年&月开始对外 开放。 参考文献 & 钢结构设计规范 （4 / 6 & *+ +） ! 建筑结构荷载规范 （4 / 6 ,+ *） # 颜大椿等北京植物园展览温室模型的风洞试验9土木工程学 报， ! ( ( (， （)） 陈斌， 陈璞， 孙树立等北京植物 园展 览温 室静 动力 分析 与 研究建筑结构， ! ( ( (，# ( （&） !&