论设置滑动支座对超长钢结构温度应力释放效应的影响

2018-06-14程国红

建材与装饰 2018年26期

程国红

（广西壮族自治区建筑科学研究设计院广西南宁 530005）

1 前言

在超长钢结构中，钢构件大多处于超静定状态，杆件彼此相互约束，结构整体刚度大，对建筑物核心区约束性强，温度应力由结构中间向两端产生膨胀，使钢结构建筑物由中间向两端变形逐渐增大，因此温度应力的影响是不容忽视的，在设计中必须计算温度应力和变形程度。目前，规范的作法是钢结构在一定温度区间设置伸缩缝，在温度区长度范围内，温度对一般建筑物的影响有限，在设计时可以不考虑温度产生的应力应变，以此来降低温度应力对结构的影响，但这必然会影响建筑立面的美观，也会带来防水等问题。

对于条件不允许设置伸缩缝的结构，则普遍采用加大安全系数法，即加大杆件截面，而这就会导致用钢量的大幅增加。

从理论上考虑，在超长钢结构中，如果适当设置滑动支座，在满足结构刚度和稳定性的条件下，可以释放掉一部分温度应力，这就可以降低温度应力对结构的影响。而且有可能不需要大量增加用钢量。

但是，滑动支座如何设置才能有效的释放温度应力，目前尚无参考指标。

2 主要研究内容

在贵港市体育场钢结构顶棚的设计过程中，我们对此进行了摸索和研究。

计算使用3D3S软件，建立多个对比组模型：改变支座状态后，重新计算内力。比较多个模型在用钢量和变形上的差异，和部分杆件温度应力的差别，找出最佳模型组。

2.1 项目概况

体育场看台的钢结构挑棚分为独立的两片。为较好地反应造型意图，突出韵律感，两个挑蓬主体结构均采用双曲大跨度空间管桁架悬挑钢结构体系，均为超长、大悬挑结构，在几何上为双曲拱壳形态。

其中西看台钢挑棚南北向长366m，空间悬挑管桁架最大悬挑长度约33.6m，最高点为48m；东看台钢挑棚南北向长221m，空间悬挑管桁架最大悬挑长度约32m，最高点为34.4m。

主悬挑桁架采用正三角形空间桁架，根据悬挑长度的不同，底部高度为 6～2.4m。

主桁架间跨度有24m，为协调各榀主桁架的共同工作，环向桁架也采用正三角形空间桁架。

桁架尾部由人字形巨型钢柱与二层外圈平台处的混凝土柱顶连接，桁架中后部由倒角锥形立柱与看台外围柱列的柱顶连接，人字形柱和倒角锥柱为悬挑桁架提供的力偶可以有效抵抗挑蓬在自重及竖向荷载作用下的变形。

由于要安装膜结构，屋面未布置常规的平面交叉支撑，但利用了膜结构的支撑体系，来增强结构的整体工作性能。

由于东、西看台的钢结构挑蓬长度均超过了钢结构规范中规定的温度区段的长度（120m），温度应力影响很大，在结构设计中应考虑温度应力的影响。①设置变形缝，但是设缝后，会影响建筑的造型，且防水很困难，所以设计中放弃了设置变形缝的方案。②加大杆件截面，以抵抗温度应力的影响，这又产生了新的问题：用钢量大幅攀升，更严峻的是，支座内力太大，市场上难以找到合适的成品支座，导致支座成本昂贵，安装困难。最后，采用的方法是：在满足结构刚度和稳定性的情况下设置一些滑动支座，将温度应力释放掉，解决了这个问题。