斜交網(wǎng)格筒在承擔豎向軸力和側(cè)向水平荷載時具有顯著優(yōu)勢,表現(xiàn)為抗側(cè)剛度大、整體穩(wěn)定性高,目前在工程中應用廣泛。中國（杭州）動漫博物館底層支承結(jié)構(gòu)就采用了多個雙曲面斜交網(wǎng)格筒,其中Y2網(wǎng)格筒的尺度及筒頂豎向壓力是最大的,是結(jié)構(gòu)設計關注的重點。除Y2網(wǎng)格筒在頂部設置環(huán)梁及其加強構(gòu)件外,沿其高度沒有設置任何環(huán)梁及水平徑向支撐,因而在豎向荷載作用下易發(fā)生面外群柱失穩(wěn)。目前對斜交網(wǎng)格筒的豎向承載力設計理論研究還不成熟,建議進行模型試驗研究。為此,設計了一套網(wǎng)格筒頂部豎向加載試驗的新方案,通過設置多榀輻射張弦式荷載分配結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了單點集中豎向加載向筒體頂部多點豎向加載轉(zhuǎn)換的目的,不僅節(jié)約了試驗場地、設備和費用,而且準確實現(xiàn)了斜交網(wǎng)格筒體頂部真實荷載的分配比例。試驗結(jié)果明確了雙曲面斜交網(wǎng)格筒Y2的失穩(wěn)破壞模式為門洞1兩側(cè)區(qū)域的片狀面外群柱失穩(wěn)。試驗模型中實測筒體整體穩(wěn)定承載力與設計荷載的比值為3. 37倍,說明網(wǎng)格筒整體穩(wěn)定承載力足夠,安全裕度在合理的范圍內(nèi)。 

【文章來源】：工業(yè)建筑. 2020,50(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

圖1 雙曲面斜交網(wǎng)格筒示意

試驗模型采用的材料和截面尺寸見表1。門框1、門框2、加強斜柱和環(huán)梁在原結(jié)構(gòu)中采用Q420B鋼制成，但考慮到材料的采購困難，本試驗全部等效替換為Q345B鋼，替換的原則為選取合適的截面尺寸，使得構(gòu)件的截面面積放大420/345倍，同時不改變構(gòu)件截面慣性矩。2 網(wǎng)格筒環(huán)向多點豎向加載方案

雙曲面斜交網(wǎng)格筒采用兩方向斜柱代替了柱面網(wǎng)格筒中正交布置的傳統(tǒng)橫梁豎柱，使其在保持豎向承載能力的同時，具備了優(yōu)秀抗側(cè)性能;且雙曲面斜交網(wǎng)格筒造型美觀，因而受到建筑師們的青睞。由中南建筑設計有限公司設計、浙江中南建設集團鋼結(jié)構(gòu)有限公司承建的中國動漫博物館項目就采用了雙曲面斜交網(wǎng)格[4-6]。如圖2所示，中國動漫博物館結(jié)構(gòu)一層以上采用鋼框架-支撐-跨層桁架結(jié)構(gòu);一層為三大三小共6個網(wǎng)格筒，作為承重子結(jié)構(gòu)支撐著上部結(jié)構(gòu)。其中Y2筒體采用的就是雙曲面斜交網(wǎng)格筒，其由分布在圓柱面上的兩族豎向直柱分別繞順時針和逆時針相對旋轉(zhuǎn)60°形成，整體為上下端大、中部小的雙曲面形狀。筒體結(jié)構(gòu)整體高9.93 m，頂部直徑37 m，底部直徑35 m。由于建筑使用功能的要求，網(wǎng)格筒結(jié)構(gòu)可能存在多層樓板抽空或不設置面外支撐的情況，因而容易在豎向荷載作用下發(fā)生面外群柱失穩(wěn)[7-8]。雙曲面斜交網(wǎng)格筒(Y2)不僅存在類似現(xiàn)象，還在筒體立面開設有一大一小兩門洞，進一步降低結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)荷載，因此雙曲面斜交網(wǎng)格筒(Y2)的面外群柱失穩(wěn)問題是其結(jié)構(gòu)設計的關鍵問題之一。目前已有學者對網(wǎng)格筒的面外群柱穩(wěn)定性能進行了理論分析[9-13]，但并不成熟，且還沒有針對雙曲面斜交網(wǎng)格筒的相關試驗研究。因此本文結(jié)合中國動漫博物館工程，采用試驗方法對雙曲面斜交網(wǎng)格筒在豎向荷載下的群柱穩(wěn)定性能進行試驗研究。試驗目的是:1)了解雙曲面斜交網(wǎng)格筒在豎向荷載作用下的失穩(wěn)破壞模式和失穩(wěn)機理;2)獲得雙曲面斜交網(wǎng)格筒(Y2)在豎向荷載作用下的極限承載力，驗證結(jié)構(gòu)設計的安全性;3)評估設計中所提出加強方案的有效性。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]三層通高區(qū)群柱面外穩(wěn)定性能與設計方法研究[J]. 郭彥林,王永海.  土木工程學報. 2011(08)
[2]高層斜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體系的性能研究[J]. 周健,汪大綏.  建筑結(jié)構(gòu). 2007(05)

博士論文
[1]網(wǎng)格筒結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能與設計方法研究[D]. 章友浩.清華大學 2019



本文編號：3437721