寒冷地区预应力大跨空间桁架结构设计与研究（论文）.pdf

·732 · 寒冷地区预应力大跨空间桁架结构 设计与研究 郭晶晶 1， 孙鹏程 1， 范圣刚 2 （1. 华设设计集团股份有限公司，210014，南京；2. 东南大学土木工程学院，210018，南京） 摘　要： 长春市珲乌高速空港收费雨篷项目中，利用有限元程序对桁架结构与预应力张拉结构组成的空 间杂交体系进行详细分析和计算。结果表明，此类半刚性结构体系的主要控制因素为位移控制，设计时既要 充分保证建筑外形及美观要求，又通过加强结构构造措施增加整体刚度，提高结构稳定性能。结合项目地处 严寒地区的特点，从建筑设计及结构安全角度对天棚提出抗寒构造要求及措施。 关键词： 大跨度；空间桁架；室外钢结构；有限元 中图分类号：TU 74 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2022)06-0732-05 Design and Research on Large Span Space Truss with Cables at Cold Area GUO J ing-jing 1, SUN P eng-cheng 1, FAN S heng-gang 2 （1. China Design Group Co., Ltd., 210014, Nanjing, China; 2. School of Civil Engineering, Southeast University, 210018, Nanjing, China ） Abstract: This paper analyzes and calculates in detail the spatial hybrid system composed of truss structure and prestressed tension structure with the finite element program on the Hunwu high-speed airport toll canopy project at Changchun. The research results show that for such semi-rigid structural systems, the main control factor is displacement control. The design should not only meet the shape and aesthetic requirements of the building but also increase overall stiffness by strengthening structural measures in order to improve the structural stability. Meanwhile, according to the climate characteristics of the project in a severe cold area and from the perspective of the architectural design and structural safety, this project proposes reasonable cold resistant structural requirements and suggestions for the ceilings. Keywords: large span; space truss; outdoor steel structure; finite element 随着社会经济的发展及城市建设水平的不断提 高，地处城市周边的高速公路收费站不仅是城区与 高速公路连通的咽喉要道，作为进入城市的第1座 建筑物，往往还会成为城市的象征和标志性建筑。 因此，越来越多的收费站逐渐呈现多元化、个性化、 复杂化等特点，在满足净空和大跨的同时赋予建筑 物更多的城市色彩，也给该类建筑的结构设计提出 了更高的要求。 1 工程概况 珲乌高速公路吉林至机场段中的空港收费场区 位于吉林省长春市，为通往长春新区主要交通出口。 结合该项目地理位置条件，其收费雨篷屋盖采用大 跨桁架，外侧采用梭形斜柱通过拉索与大棚主体张 拉，屋面采用乳白色膜面，整体建筑犹如 1双腾空 飞翔的羽翼，该种拟态建筑表现手法令造型简单而 又轻盈，具有很典型的象征意义。结构主体横向长 度（带索）共 119.68 m，纵向长度共 33.1 m，结构高 13.96~22 m。空港收费雨篷效果如图 1所示；结构设 计模型如图 2所示。 图 1 空港收费雨篷效果 2 结构特点及关键问题 （1）为实现建筑整体造型，本工程组合了大跨 度桁架结构体系、预应力拉索结构体系和膜结构体系。 结构框架柱结合不同部位分别采用树枝仿生柱、 Y形 柱和梭形柱，各种结构体系的融合使建筑物受力异常 收稿日期： 2022–04–08 作者简介： 郭晶 晶（ 1985—），男，江苏南京人，高级工程师， e-mail: kinjin@126.com. *1? ? _ Architecture Technology 1\ 53 思1\ 6 O 2022 ? 68 Vol.53 No.6 June 2022 ·733 · 预应力拉索结构 Y形柱 膜结构 梭形柱 树枝仿生柱 桁架结构 （a） （b） 图 2 结构设计模型示意 （a）侧立面；（b）轴侧图 复杂。 （2）由于建筑物地处长春，为严寒地区外露钢结 构项目。目前 GB 50017—2017《钢结构设计标准》 仅对低温地区下的钢结构材质做出规定，但对严寒地 区外露钢结构抗寒措施、偶然事件突发后保证结构整 体稳定的必要措施等方面却未进行详细规定，致使设 计人员在遇到同类型项目时缺少相关的理论研究和技 术实践。 根据以上工程特点，经多方案综合比选，确定以 4根 Y形柱及 4根树形柱作为雨篷的主要受力体系， 同时也承担第 1道抗震设防体系；斜拉索作为保证结 构的平衡成为结构的第 2道设防体系。为避免增设 Y 形柱给建筑立面带来的不利影响，采用柱下端刚接、 上端铰接的方式尽量减小构件截面；同时弱化梭形柱 斜腹杆的构造及排列方式，创新性地以钢板代替斜腹 杆，在充分满足外立面要求下使整个造型轻盈而不失 稳固，结构受力更为合理。 另外，为解决外露钢结构在低温气候下的不利影 响，不仅按现行规范提高了结构材质特性