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膜結構工程中鋼結構的形式應用

  在膜結構工程設計中,拱形鋼結構與節點的選型,涉及結構形式、軸線形式、截面形式、節點構造、拱腳設計、面外支撐布置等方面。相關規定,拱形鋼結構選型應根據建筑物的功能要求、荷載條件、跨度施工方法及基礎條件綜合確認。優化選型參數可使拱形鋼結構具有合理、明確、牢靠的傳力和受力性能,保障膜結構設計的安全性和經濟性。

  在拱形鋼結構中,可選擇實腹式截面拱、鋼管桁架拱、索拱或鋼管混凝土拱等。實腹式截面拱一般用于中小跨度結構中,常用的截面形式有圓鋼管、箱形及工形截面等。當有設備管線穿過或膜結構建筑美觀要求時,可選擇腹板開孔式鋼拱。若采用圓管或箱形截面,可在拱身內填充混凝土成為鋼管混凝土桁架拱,其剛度和穩定承載力將有益增加,且局部穩定性、抗火性能、防腐性能等都有較大改進,適用于越大跨度的情況。鋼管桁架拱通過格構的方式將拱軸內彎矩轉化為弦桿的軸力,具有越高的承載效率,因此常用于較大跨度空間結構中,格外應用于膜結構工程中。

  索拱結構可以根據設計需要將拉索、撐桿或索盤與其他任一形式的純拱進行組合,形成受力合理、經濟效高的受力體系。但索拱中增加拉索將減小拱的內部空間(凈矢高),需根據使用功能合理選擇。弦張式索拱與車輻式索拱通過拉索的約束和牽制作用限制拱體的變形發展,從而達到增加拱體剛度與整體承載力、減少拱腳推力的目的。膜結構工程這種類型的索拱結構通過拉索與拱體的拉扯作用,可以顯明改良拱體的受力性能,減低純拱結構對反對稱幾何初始缺陷的敏銳性,增加半跨荷載下的承載力弦撐式索拱結構通過撐桿的反向作用給拱體提供彈性支承,進而減低拱體的峰值彎矩,增加結構的整體剛度與承載力,與張弦梁的受力機理類似。一般地,鋼拱的矢跨比越大、長細比越大,拱體變形越顯明,因此,拉索對拱體穩定性能的增直作用越顯明。

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