轮辐式桁架梁采光顶设计有感

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摘要: 轮辐式桁架梁结构形式轻盈, 受力合理, 是适合于采光顶建筑要求的结构形式。本文根据作者设计后心得针对此种结构构造复杂的特点, 进行了分析和总结。

关键词: 轮辐式桁架

Abstract: the spokes truss beam structure form lightsome, reasonable force, is suitable for daylighting top architectural requirements of the structure. In this paper, according to the author after the design result in this complex of structure characteristics, analyzed and summarized.

Keywords: spokes truss

中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：

1、引言

轮辐式结构是一种新型的结构形式, 因其外形和受力模式类似于车轮而得名,此结构体系简单高效,受力直接明确,其结构体系主要包括中心轴、辐射状轮辐受拉体系以及外环轮箍受压体系, 为一自平衡结构系统。轮辐式结构按照轮辐所采用的结构体系不同可分刚性、半刚性、柔性三种类型。本文要讨论的是刚性轮辐式结构，是指轮辐采用刚性桁架结构体系形式。

2、工程概况

如右图，此工程为中山临海工园开发有限公司的办公楼，现在屋顶采用轮辐式桁架钢结构，直径27米，将平面桁架梁沿圆周均匀布置,结合建筑造型效果, 共计18榀沿圆周均匀布置，并在圆周外挑出做成鸭舌帽的造型。主受力结构为钢结构, 上铺点式幕墙玻璃。桁架梁均选用热轧无缝钢管。结构于圆心处设计了直径为2.4m 的刚性结构，类似车轮中心轴。每榀桁架梁的上弦钢管及下弦钢管在靠近圆心的一端分别连接于中心处的受压和受拉圆环处, 在靠近外边缘的一端连接于混凝土梁上，采光顶下部支撑结构为十根圆形混凝土柱, 即几乎是每隔一榀支撑在混凝土柱顶。为支撑非柱顶处的桁架梁, 于两柱之间沿圆弧圆周设置了一根跟柱截面一样宽的混凝土梁, 起到车轮外环轮箍的作用。各结点大样见下图。

3、计算分析

1）将轮辐式桁架梁简化为空间杆系结构,采用3D3S通用钢结构分析软件，采用二力杆单元模拟各杆件, 视其只传递轴向力。分析过程中应考虑结构几何大变形的影响。建立起的计算模型如下图。桁架梁的主要受力部位都集中在各个节点上。所以钢结构的节点设计是工程安全的重要组成部分。尤其该工程中的中心圆处节点,其上部压环连接18根刚性上弦压杆, 下部拉环连接18根下弦拉杆,受力集中、复杂,需要进行单独的节点分析。

2）该采光顶外圈支座其中9个为预埋于混凝土柱顶，另外有9个预埋在混凝土梁上，将采光顶对圆周混凝土梁的作用等效为节点集中力, 施加于混凝土梁上; 混凝土梁截面和柱截面一样宽，有足够的刚度能满足此结构形式。

3） 在进行结构设计时, 分别考虑了恒载控制、活载控制、风压力控制、风吸力控制等不同的工况组合。各杆件应力比均能满足要求。

4、结语

该工程采用的轮辐式桁架梁结构, 与现在国内应用最为广泛的平面张弦梁结构相似，轮幅式张弦梁结构下弦采用高强度低松弛预应力热镀锌钢绞线，预应力的引入, 使得上部刚性结构的受力性能大为改善，因此可以做得更大的跨度，轮辐式张拉结构, 特别是柔性轮辐式张拉结构, 空间尺度大、自重轻、受力合理、极限承载力高并且建筑造型轻巧新颖, 已广泛应用于大跨度的体育场工程中。本工程跨度较小，因此采用轮幅式桁架梁结构，此种做法可以为类似工程提供设计参考。

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