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膜结构工程中钢结构的形式应用

  在膜结构工程设计中,拱形钢结构与节点的选型,涉及结构形式、轴线形式、截面形式、节点构造、拱脚设计、面外支撑布置等方面。相关规定,拱形钢结构选型应根据建筑物的功能要求、荷载条件、跨度施工方法及基础条件综合确认。优化选型参数可使拱形钢结构具有合理、明确、牢靠的传力和受力性能,保障膜结构设计的安全性和经济性。

  在拱形钢结构中,可选择实腹式截面拱、钢管桁架拱、索拱或钢管混凝土拱等。实腹式截面拱一般用于中小跨度结构中,常用的截面形式有圆钢管、箱形及工形截面等。当有设备管线穿过或膜结构建筑美观要求时,可选择腹板开孔式钢拱。若采用圆管或箱形截面,可在拱身内填充混凝土成为钢管混凝土桁架拱,其刚度和稳定承载力将有益增加,且局部稳定性、抗火性能、防腐性能等都有较大改进,适用于越大跨度的情况。钢管桁架拱通过格构的方式将拱轴内弯矩转化为弦杆的轴力,具有越高的承载效率,因此常用于较大跨度空间结构中,格外应用于膜结构工程中。

  索拱结构可以根据设计需要将拉索、撑杆或索盘与其他任一形式的纯拱进行组合,形成受力合理、经济效高的受力体系。但索拱中增加拉索将减小拱的内部空间(净矢高),需根据使用功能合理选择。弦张式索拱与车辐式索拱通过拉索的约束和牵制作用限制拱体的变形发展,从而达到增加拱体刚度与整体承载力、减少拱脚推力的目的。膜结构工程这种类型的索拱结构通过拉索与拱体的拉扯作用,可以显明改良拱体的受力性能,减低纯拱结构对反对称几何初始缺陷的敏锐性,增加半跨荷载下的承载力弦撑式索拱结构通过撑杆的反向作用给拱体提供弹性支承,进而减低拱体的峰值弯矩,增加结构的整体刚度与承载力,与张弦梁的受力机理类似。一般地,钢拱的矢跨比越大、长细比越大,拱体变形越显明,因此,拉索对拱体稳定性能的增直作用越显明。

膜结构工程