简介（作者编辑）：广东国际大厦裙房改造关键技术_黄辉辉.pdf
摘要（系统识别）：
施工技术
2016年11月上
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CONSTRUCTION TECHNOLOGY
第45卷第21期
D0L:10.7672/sjs2016210074
某办公教学综合楼屋面预应力钢结构设计及施工技术
贺锋，刘峰，王涛2，卓军1
(1.工程兵第四设计研究院，北京100850：2.北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京100039)
摘要]以某军事学院办公教学综合楼屋面预应力钢结构工程为背景，结合以往的张弦结构设计理论及实践经验，
系统阐述了在屋面结构体系选择和确定过程中应重点考虑的因素，详细描述了结构整体设计分析及局部节点设计
时计算参数选取、极端工况验算、后处理阶段设计指标控制等关键环节。最后根据预应力钢结构体系的特殊性，归
纳总结了施工过程中的一些关键技术，工程的顺利实施验证了本文观点的合理性与可行性。
关键词钢结构；预应力；屋面；节点；设计；施工技术
[中图分类号]TU758
[文献标识码]A
[文章编号]1002-8498(2016)21007404
Design and Construction Technology of Prestressed Steel
Structures for an Official Working and Teaching
Complex Building Roof
He Feng',Liu Feng',Wang Tao2,Zhuo Jun'
1.The 4th Engineering Design and Research Academy,Beijing 100850,China;
2.Beijing Building Construction Research Institute Co.,Ltd.Beijing 100039,China)
Abstract:Taking the project of prestressed steel structures for official working and teaching complex
building roof of a military academy as a background,combined with the previous design theory and
practical experience,it expounded the factors that should be considered during the selection and
determination of the structure systematically,and described the principle of designing and analyzing for
overall and local joints of the structure,calculation of extreme conditions,control of design index at post-
processing stage,etc.Finally,according to the particularity of the prestressed steel structure,it summed
up some key technologies in the construction process.Smooth implementation of the project verified the
feasibility of the idea.
Key words:steel structures;prestressing;roofs;joints;design;construction
1工程概况
某军事学院办公教学综合楼位于东南亚某国
风景秀丽的山峰之巅，地上3层，局部2层，总建筑
面积约7471.6m2,檐口高度约为21.00m,结构体系
为现浇钢筋混凝土框架抗震墙结构体系。屋顶造
型采用了花瓣形状，其中央部分采用预应力张弦钢
结构体系，周边八瓣造型采用轻型钢结构，其斜率
为1：6向上发散。如图1所示。
图1屋盖效果
2结构体系确定
Fig.1 The roof effect
本次主要对屋面特型钢结构进行设计。其结
置，共16榀，张弦梁上弦采用圆形钢管中377×16，
构体系由2部分组成：①中央圆形屋盖为预应力张
下弦拉索采用锌5%铝混合稀土合金镀层钢绞线，
弦梁结构体系，跨径为36.332m,呈空间辐射状布
强度等级1670MPa,直径65mm,在屋面圆心处设置
受拉内环，下弦索一端锚固于内环上，另一端锚固
[作者简介们贺锋，高级工程师，E-mail::13601271773@163.com
[收稿日期20160320：[修订日期鲫20160920
在周边的受压外环上，上弦圆形钢管和下弦预应力
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2016No.21
贺锋等：某办公教学综合楼屋面预应力钢结构设计及施工技术
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拉索之间采用钢管撑杆进行连接，形成稳定的空间
的受力性能、使用功能、建筑效果及工程成本等因
受力体系；②四周椭圆八瓣造型为钢管框架结构体
素最终确定。
系，沿中央圆形屋盖径向均匀布置的管桁架梁悬挑
4)预应力水平确定张弦结构中，索是最活跃
长度为13.24m。屋面结构体系如图2所示。
的单元，合理的预应力取值是保证索拱结构得以成
立并有效工作的前提，预应力太小会导致索在风吸
力和地震时出现松弛，支座水平力过大；预应力过
大则会导致风吸时的结构反拱过大。因此，确定屋
盖的初始预应力主要遵循以下原则：保证索在任何
工况下不出现松弛现象；在自重荷载下，索预应力
取值一般为索破断荷载的30%；在原则条件下，预
a结构整体轴测
应力尽可能小，以减小施工难度；保证使用阶段，在
屋面恒荷载、自重、预应力作用下，屋顶竖向挠度最
小，不影响建筑顶面高度和室内净空要求。
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62006200338
3结构分析与设计
b结构剖面
3.1荷载及荷载组合
图2屋面结构示意
计算中考虑了恒荷载、活荷载、风荷载、温度作
Fig.2 The roof structure
用和地震作用，各荷载取值如下：①恒荷载结构
自重：程序自动计算；屋面恒荷载1.0kN/m2;②活荷
在结构体系确定过程中，有以下几方面因素需
载0.5kN/m2;③风荷载基本风压0.75kN/m2,
要重点考虑。
风振系数1.8，高度系数1.17（粗糙度类别B类，高
1)结构矢跨比对于预应力钢结构来说，矢跨
度17m),体型系数如图3所示；④温度作用
比越大，结构自身刚度往往越大，预应力效应也往
±25℃；⑤地震作用本工程抗震设防烈度为7度，
往越好，但随着矢跨比的增加，下部结构的空间也
设计基本加速度为0.1g,设计地震分组为第二组，
逐渐变小，建筑效果也随之改变，根据相关规范及
场地类别为二类，特征周期0.40s。结构的地震作
以往工程经验，对于一般的单向及双向张弦结构，
用计算按7度考虑，乙类建筑，抗震措施按8度
矢跨比取1/10~1/12合适，本工程由于张弦梁布置
考虑。
的特殊性（轮辐式布置），拉索越往中间越密集，在
一定程度上改善了结构整体刚度，故矢跨比取值相
对较小（屋面中部矢高约为2.5m,最大跨度36m,矢
-0.3
-0.3
跨比约为1/15)，经计算满足要求。
2)上部结构与下部结构的连接方式本工程
0.3
-0.5
0.3
中央圆形屋盖为预应力张弦梁结构体系，四周椭圆
0.7
-0.7
八瓣造型为钢管框架结构体系，下部支撑结构为混
0.1
-1.4
凝土框架结构体系，3种结构体系的刚度及受力性
能均有较大差别，为保证力在3种结构体系中的有
1.4
-1.4
效传递，需确保传力路径尽量简洁明确。为减小上
部结构对下部结构的影响，屋盖钢结构铰接于下部
图3风荷载体型系数分布
混凝土结构柱顶，同时通过一圈刚度较大的环梁将
Fig.3 Wind load shape coefficient distribution
外侧花瓣与中央屋盖交界处的球铰支座连成整体，
一方面增加了屋盖结构的整体性，另一方面减小中
本工程共考虑了44种荷载组合，在组合中考虑
央屋盖结构对外侧花瓣结构的影响。
了活荷载的不利分布，地震作用的计算采用振型分
3)撑杆设置撑杆的设置主要包括撑杆截面
解反应谱法，考虑了水平地震作用和竖向地震作用
形式、位置及数量的确定，在张弦结构体系中，撑杆
的影响。
发挥着改善结构的局部刚度、改变上弦钢梁弯矩分
3.2分析与设计
布、联系上弦钢梁与下弦拉索使其共同受力、控制
分析软件采用有限元分析和设计软件MDAS/
结构挠度等重要作用，撑杆的设置需综合考虑结构
Gen,它储备有全面、实用的有限元库，能满足工程
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