浅析大跨度张弦梁的结构特浅析大跨度张弦梁的结构特点及其分析

刚性构件的外形有关， 刚性构件的相对刚度越大 ， 曲率半径越大， 上拱速度越 小。 兰是最 佳预 拉力的确 定在满 足结 构整体 刚度和几 何位 形的前 提下 ， 还要 考 虑其在使 用过程 中的性能 ， 尽量减少 刚性构件 在使用荷 载作用下 的应力和结 构
的变形 。 ２ ） 放样 几何的确 定 。 张弦梁结构 在成形 过程 中经历 以下几种 状态 ： ①放 样状态 ， 此时所 有构件 内力均 为０ ， 亦 称零状 态 ， 这 个状 态对应 的几何 参数 就是 工厂 加工制 作构件 的依据 ， ②位于放 样状态 和设计状 态之 间的过 渡状态 ， 对于 在临 时支架上 张拉 的张弦 梁结 构 ， 该 状态 的受力为 结构 自重和索 内预拉 ， 张弦 梁结 构设计状 态 的几何条 件一般 是给定 的 。 ３ ） 施 工方 案的选择 。 除了考虑 可 ｉ ｎ ａ ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗ
浅 析 大 跨 度张 弦 梁 的 结构 特 浅 析 大 跨度 张 弦梁 的结 构特
点 及 其 分 析
张 民
（ 淮 北 市春 盛房 地产 开发 有 限公 司 安 徽 淮北 ２ ３ ５ ０ ０ ０ ） ［ 摘 要］ 浅析 张弦梁 结构 应用 、 特征、 结构 形成 过程 以及 所要 研究 的重 点与 方 向。 ［ 关键词］ 大跨 度 ； 张弦 梁 ， 分析 中图 分类号 ： ＴＵ ９ ３ ＋ｌ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ（ ２ ０ １ ３ ） ３ ３ — ０ ０ ５ ０ 一 Ｏ １
１引言
张弦梁结 构 已应 用多年并得 到发展 。 上世纪９ ｏ ｇ代 日 本 建造十几 座类型各
足尺模型试 验（ 浦 东国际机 场候机楼 ） ， 比较全面地 分析 了张弦梁结构在 张拉 阶 段和使 用阶段 的受力 性能 ， 通过地 震 振动台模 型试验 ， 初 步分析 了张弦 梁结构
屋 盖系 统在地 震动 下的反 应特 征 。 ４ ． １施工 控制 张弦梁结 构作为一 种半刚性结 构 ， 其整体 刚度 由刚性 构件截面尺 寸和结构
变形比单纯刚性构件小得多。 ③自平衡功能。 当刚性构件为拱时， 将在支座处产 生很 大的水 平推力 。 索 的引入 可 以平衡 侧 向力 ， 从而减 少对 下部结 构抗侧性 能 的要 求 ， 并使支座 受力 明确 ， 易于设 计 与制作 。 ④结 构稳定性 强 。 张弦 梁结构 在 保证 充分发挥索 的抗拉性 能的同时 ， 由于 引进 了具有抗 压和抗弯 能力 的刚性 构 件而使 体系的 刚度 和形状 稳定性大 为增强 。 同时 ， 若适 当调 整索 、 撑杆和 刚性构 件的相对 位置 ， 可保证 张弦梁结构 整体稳 定性 。 ⑤建筑造型 适应性 强。 结构 中刚 性构 件的 外形 可 以根 据建 筑功 能和 美观要 求进 行 自由选 择 ， 特性 不 会受 到影
响。 例如浦 东 国际机场 屋盖上 弦是焊 接钢 管组成 的截面 ， 结 构外形 如振翅 欲飞 的鲲 鹏 。 （ ６ ） 制作、 运 输、 施 工方 便 。 与 网壳 、 网架等 空 间结构 相 比 ， 张弦 梁结构 的构件 和节点 的种类 、 数量大大 减少 ， 极 大地方便 了该类结 构的制作 、 运输 和施 工。 另外 ， 通 过控 制钢 索的 张拉力 ， 可消 除部分施 工误 差 ， 提高施 工 质量 。 ３结构 成 形过 程
Ｔ ０ － Ｔ ｅ ， ②索在 任何外 荷载作用 下都不 能松弛 。 二是为 了获得理 想的几何 形体 ， 必须控 制Ｔ ０ 的最大 值 。 张弦梁 结构 的上拱会 带动支座 的相对 水平位 移 ， 即过多 的上拱会 影响结构 的几何位 形。 张 弦梁结构 的上拱速率与 刚性构件相 对刚度 和
异 的 以张弦 粱为 主要受力结 构的场馆 就是例证 ； １ ９ ９ ７ 年建成 的上 海浦 东国际机 场 候机 楼 ， 是国 内首次将 张弦梁 结构应 用于 超大跨 空间结 构 ｔ 广 州 的国际会 展 中心也在屋盖 体系 中采用张 弦梁结构等 。 张弦 梁结构的研 究和应用 尚处于初 级 阶段 ， 在 此就 张弦 梁结构 特征 、 成 形过程 和理论研 究问题作一 简要介绍 ， 并提 出
２张弦 粱的 结构特 征
张弦梁 结构的整体 刚度来 自抗 弯构件截 面和与拉索 构成 的几何 形体 ， 是介 于刚性结 构和柔性 结构之 间的半刚性结 构 。 结构特征 ： ①承 载能力高 。 张弦梁 结 构中索 内施加 的预 应力可 以控制刚性 构件的弯 矩大小和分 布。 ⑦使用荷载作 用 下的结构变形小。 张弦梁结构中的刚性构件与索形成整体刚度后， 这一空间受 力结 构的刚度 就远 大于 单纯刚性 构件 的刚度 。 同等 荷载作 用下 ， 张 弦梁结 构的
采用 的设 备之外 ， 还要考 虑结构 自身的特点 以及在不 同施 工状态下 可能 出现的 问题 。 施工方 案选择主要 是确定索 内预拉力施 加方法 （ 花篮螺 丝调节法 、 张拉 钢 索法 或支承 卸除法 ） 、 张拉位 置 （ 临时 支架处 或结构 支座处 ） 、 张拉方 案 （ 一次 张 拉或分批 张拉 ） 以及安 装方法 （ 一次 吊装、 提升 并滑移到 结构支座 ） 。 对 张弦 梁结 构施工状 态的分析 并选择施 工方案是 个复杂 的分析 决策过程 ， 其复杂 性体 现在 结构 形体 边界 约束 和荷 载都 随施工 过程 变化 。 ４ ． ２结 构稳 定问题 张弦梁的稳定 问题有两类 ： 一是结 构 中各结 构构件 （ 如上 弦杆和 撑杆 ） 的稳 定 问题 ； 二是 张弦梁作 为一个整体 结构 的稳 定问题 。 同其他钢 结构杆件一 样 ， 张 弦梁结 构的上弦杆 和撑杆受压 时也存在 失稳 。 根据广州 国际会展 中心 张弦 梁结 构 的上弦杆 的稳定 问题数 值分析 ， 结 果表 明在使用荷 载作 用下 ， 上弦 杆不 会出 现失 稳破 坏 。
建议。
空间几何 形体两方 面共同组成 ， 且具有 整体刚度 和几何形态 与施工过程 密切相
关、 结构成形前刚度较弱等特点 ， 因而宜将其施工阶段作为一个独立的过程进
行分析 。 １ ） 预拉 力确定 。 索 内引进 预拉力 的 目的是形成 必要 的整体 刚度并获 得 理想 的几何位 形 。 一是结 构整体 刚度 必须保证 ： ④张弦梁 形成一 个相对 独立 的 结构 ， 可 以仅依 靠结 构 支座支 承其 重量 ， 此 时索 内拉 力与 结构 自重互 相平 衡 ，