大尺度斜交网格筒环向多点加载试验研究

发布时间：2021-10-15 08:14

　　斜交网格筒在承担竖向轴力和侧向水平荷载时具有显著优势,表现为抗侧刚度大、整体稳定性高,目前在工程中应用广泛。中国（杭州）动漫博物馆底层支承结构就采用了多个双曲面斜交网格筒,其中Y2网格筒的尺度及筒顶竖向压力是最大的,是结构设计关注的重点。除Y2网格筒在顶部设置环梁及其加强构件外,沿其高度没有设置任何环梁及水平径向支撑,因而在竖向荷载作用下易发生面外群柱失稳。目前对斜交网格筒的竖向承载力设计理论研究还不成熟,建议进行模型试验研究。为此,设计了一套网格筒顶部竖向加载试验的新方案,通过设置多榀辐射张弦式荷载分配结构,实现了单点集中竖向加载向筒体顶部多点竖向加载转换的目的,不仅节约了试验场地、设备和费用,而且准确实现了斜交网格筒体顶部真实荷载的分配比例。试验结果明确了双曲面斜交网格筒Y2的失稳破坏模式为门洞1两侧区域的片状面外群柱失稳。试验模型中实测筒体整体稳定承载力与设计荷载的比值为3. 37倍,说明网格筒整体稳定承载力足够,安全裕度在合理的范围内。 

【文章来源】：工业建筑. 2020,50(05)北大核心CSCD

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【部分图文】：

图1 双曲面斜交网格筒示意

试验模型采用的材料和截面尺寸见表1。门框1、门框2、加强斜柱和环梁在原结构中采用Q420B钢制成，但考虑到材料的采购困难，本试验全部等效替换为Q345B钢，替换的原则为选取合适的截面尺寸，使得构件的截面面积放大420/345倍，同时不改变构件截面惯性矩。2 网格筒环向多点竖向加载方案

双曲面斜交网格筒采用两方向斜柱代替了柱面网格筒中正交布置的传统横梁竖柱，使其在保持竖向承载能力的同时，具备了优秀抗侧性能;且双曲面斜交网格筒造型美观，因而受到建筑师们的青睐。由中南建筑设计有限公司设计、浙江中南建设集团钢结构有限公司承建的中国动漫博物馆项目就采用了双曲面斜交网格[4-6]。如图2所示，中国动漫博物馆结构一层以上采用钢框架-支撑-跨层桁架结构;一层为三大三小共6个网格筒，作为承重子结构支撑着上部结构。其中Y2筒体采用的就是双曲面斜交网格筒，其由分布在圆柱面上的两族竖向直柱分别绕顺时针和逆时针相对旋转60°形成，整体为上下端大、中部小的双曲面形状。筒体结构整体高9.93 m，顶部直径37 m，底部直径35 m。由于建筑使用功能的要求，网格筒结构可能存在多层楼板抽空或不设置面外支撑的情况，因而容易在竖向荷载作用下发生面外群柱失稳[7-8]。双曲面斜交网格筒(Y2)不仅存在类似现象，还在筒体立面开设有一大一小两门洞，进一步降低结构的失稳荷载，因此双曲面斜交网格筒(Y2)的面外群柱失稳问题是其结构设计的关键问题之一。目前已有学者对网格筒的面外群柱稳定性能进行了理论分析[9-13]，但并不成熟，且还没有针对双曲面斜交网格筒的相关试验研究。因此本文结合中国动漫博物馆工程，采用试验方法对双曲面斜交网格筒在竖向荷载下的群柱稳定性能进行试验研究。试验目的是:1)了解双曲面斜交网格筒在竖向荷载作用下的失稳破坏模式和失稳机理;2)获得双曲面斜交网格筒(Y2)在竖向荷载作用下的极限承载力，验证结构设计的安全性;3)评估设计中所提出加强方案的有效性。

【参考文献】：
期刊论文
[1]三层通高区群柱面外稳定性能与设计方法研究[J]. 郭彦林,王永海.  土木工程学报. 2011(08)
[2]高层斜交网格结构体系的性能研究[J]. 周健,汪大绥.  建筑结构. 2007(05)

博士论文
[1]网格筒结构稳定性能与设计方法研究[D]. 章友浩.清华大学 2019



本文编号：3437721