新廣州站中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)受力性能分析

摘要：為了了解新廣州火車站中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)體系的受力性能，討論了其下部索桿體系的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)水平，分析了結(jié)構(gòu)體系中柔性構(gòu)件對(duì)其靜力性能的影響，并對(duì)其進(jìn)行了特征值屈曲分析和非線性屈曲分析，文章最后討論了上弦鋼桿件截面、鋼拉桿和下弦拉索截面及其預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)豎向剛度的影響。計(jì)算結(jié)果表明：雜交體系中下部索桿體系和上部面內(nèi)鋼拉桿可以較大地提高結(jié)構(gòu)的剛度；該雜交結(jié)構(gòu)體系滿足整體穩(wěn)定性的要求，但其端部區(qū)域是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)之一；結(jié)構(gòu)的豎向剛度隨著鋼桿件截面的增大而增加；上弦鋼拉桿的截面及預(yù)應(yīng)力的增加對(duì)結(jié)構(gòu)豎向剛度有一定的提高；下弦拉索截面對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響較大，但是其預(yù)應(yīng)力值的影響較小。

關(guān)鍵詞：雜交結(jié)構(gòu)；拉索；靜力性能；穩(wěn)定性；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TU312+.3 TU31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Mechanical Behavior Analysis of Hybrid Systems for the Central Glass Roof of New Guangzhou Railway Station

CAI Jian-guo1， WANG Kai1， FENG Jian1，#8224;， WANG Jin1， ZHANG Jin1， SHENG Ping2

(1. Key Laboratory of CRC Structures of Ministry of Education; Engineering Research Center for Prestress of Jiangsu Province， Southeast University， Nanjing 210096， China; 2. Beijing Institute of Architectural Design， Beijing 100045， China)

Abstract: In order to investigate the mechanical behavior of the hybrid system for the glass roof structure of new Guangzhou Railway Station， the prestress design of the lower cable-strut system was discussed. Then the effect of the flexible members on the static behavior was studied. The linear eigenvalue buckling analysis and nonlinear buckling analysis of this system were carried out. At last， the influence of the area of upper steel beams， the area and prestress value of the upper track bars and lower cables on the vertical stiffness was investigated. The results show that the upper track bar and lower cable do increase the structural stiffness. The whole stability of the hybrid system of this projected can fully meet the demand， but the end of the structure is the weakness area. The structural vertical stiffness increases with the increase of the area of upper beams. Moreover， the increasing area and prestress value of the upper track bar will slightly increase the vertical stiffness. The influence of the area of lower cables on the structural stiffness is significant， but the stiffness not appreciably affected by the prestress of lower cables.

Key words: hybrid structure；cable；static behavior；stability；prestress

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和文化水平的提高，人們對(duì)建筑的舒適度提出了更高的要求。點(diǎn)支承玻璃采光頂結(jié)構(gòu)以良好的通透性和安全性以及優(yōu)美的建筑表現(xiàn)近年來得到迅速發(fā)展，成為結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)。玻璃采光頂?shù)闹误w系一般是典型的大跨屋蓋鋼結(jié)構(gòu)，玻璃只是作為維護(hù)材料[1]。各種常規(guī)剛性空間結(jié)構(gòu)體系（例如網(wǎng)架、網(wǎng)殼等）自身缺陷會(huì)隨著跨度的增加而逐漸顯著起來，其結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也會(huì)明顯下降。而預(yù)應(yīng)力拉索在結(jié)構(gòu)體系中的作用和優(yōu)勢(shì)已經(jīng)為工程師所充分認(rèn)識(shí)，它和各種常規(guī)剛性結(jié)構(gòu)體系（例如梁、桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等）組合而成的各種雜交結(jié)構(gòu)體系得到了廣泛的研究和應(yīng)用[2-4]，例如張弦梁結(jié)構(gòu)[5，6]、弦支穹頂結(jié)構(gòu)[7，8]和斜拉結(jié)構(gòu)[9，10]等。

索拉網(wǎng)殼是一種新型的玻璃采光頂支撐結(jié)構(gòu)，它與普通的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)最大的不同在于它的網(wǎng)格形式為四邊形網(wǎng)格，網(wǎng)格內(nèi)以交叉索支撐。以四邊形網(wǎng)格代替三角形網(wǎng)格可以增加室內(nèi)的通透性，給室內(nèi)空間帶來更好的視覺效果，滿足大型公共建筑的采光要求。目前這種結(jié)構(gòu)體系在國外已經(jīng)有一定的研究和工程應(yīng)用。Bulenda等對(duì)橢圓拋物面和橢圓柱面索拉網(wǎng)殼進(jìn)行了幾何非線性穩(wěn)定性能的研究，主要是鋼桿件截面、索截面和拉索預(yù)應(yīng)力確定的情況下，討論不同矢跨比對(duì)索拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性能的影響[11]。Douthe等人利用動(dòng)力松弛法對(duì)以玻璃纖維為柔性構(gòu)件的索拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了形態(tài)分析，并和有限元結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，而且對(duì)其靜力穩(wěn)定性能進(jìn)行了初步的研究[12]。Harris等闡述了一具體工程的設(shè)計(jì)、施工和模型試驗(yàn)研究等多個(gè)環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)問題[13]。但索拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的研究和應(yīng)用較少。僅有哈爾濱工業(yè)大學(xué)李欣等對(duì)一40m跨度的橢圓拋物面索撐網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了穩(wěn)定全過程分析[14]。

新廣州火車站中央采光帶結(jié)構(gòu)采用的是上弦為索拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，下弦為索桿體系的雜交網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。本文以這種雜交結(jié)構(gòu)體系為例，討論了其預(yù)應(yīng)力水平的取值、靜力性能、整體穩(wěn)定性以及鋼桿件截面、上弦鋼拉桿以及下弦拉索對(duì)其豎向剛度的影響。

1 工程概況

新廣州站位于廣州市番禺區(qū)，是我國第一條客運(yùn)專線——武廣客運(yùn)專線的終點(diǎn)，總建筑面積約為56萬m2，主要分為主戰(zhàn)房和南北兩側(cè)的無站臺(tái)柱雨棚三部分。主站房平面東西長468m，南北寬222m，投影面積10.4萬m2，采用分片疊合的造型，寓意南國的芭蕉葉。整個(gè)屋蓋體系采用大跨度預(yù)應(yīng)力空間結(jié)構(gòu)形式，其分層示意圖如圖1所示。根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式，主站房的結(jié)構(gòu)大致上可劃分為兩個(gè)區(qū)域：中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)體系；中央采光帶兩側(cè)由張弦梁、新型內(nèi)凹式索拱、聯(lián)系桁架、檁條、撐桿和鋼管混凝土柱共同組成的空間結(jié)構(gòu)，其主要受力構(gòu)件為52榀索拱。中央采光帶在屋蓋正中，貫通東西方向，呈半徑漸變的柱面造型，采光帶總長347.6m，其跨度由中部的34.0m漸變?yōu)槎瞬康?8.4m，殼體邊界支承在封邊三角桁架和柱頂上。

(a)平面圖(鋼拉桿沒有顯示)

(b)剖面圖

(c)軸測(cè)圖

新廣州站中央采光帶上弦鋼構(gòu)件網(wǎng)格形狀為菱形，以形成漁網(wǎng)狀的效果(如圖2(a)所示)，每個(gè)網(wǎng)格的邊長大約為3～4m。將菱形的對(duì)角線相連，構(gòu)成上弦的鋼拉桿，以加強(qiáng)面內(nèi)剛度。上弦鋼構(gòu)件采用600mm×250mm×16mm×20mm的截面，但與柱相連周邊區(qū)域殼體構(gòu)件(見圖2(a)所示)的應(yīng)力較大，采用了較大的壁厚600mm×250mm×50mm×50mm，鋼構(gòu)件的材質(zhì)為Q345B。上弦鋼拉桿截面主要為φ30 (GB1)，在每個(gè)軸線附近區(qū)域(如圖2(a)所示)加強(qiáng)為φ50(GB2)。

為了平衡單層索拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)支座處的推力，改善結(jié)構(gòu)受力，沿結(jié)構(gòu)縱向間隔22.67m設(shè)置一道下弦索桿體系(如圖2(b))所示。下弦拉索通過撐桿與上層索拉網(wǎng)殼組合成空間雜交結(jié)構(gòu)體系。下弦拉索根據(jù)強(qiáng)度和剛度的需要，拉索截面有φ5×61，φ5×253(拉索4、7、10)，和φ5×337(拉索1、13)三種，拉索的編號(hào)見圖2(a)。所有撐桿的截面均采用圓鋼管325mm× 12mm。中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)體系的三維軸測(cè)圖如圖2(c)所示。

2 有限元模型及其預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)

本文采用有限元ANSYS軟件建立雜交結(jié)構(gòu)體系的有限元模型。上弦鋼構(gòu)件受軸力、彎矩和剪力共同作用，采用基于Timoshenko梁單元理論的BEAM188單元來模擬，該單元不僅可以考慮幾何非線性和材料非線性，還可以考慮剪切變形的影響和大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)及應(yīng)力剛化效應(yīng)。鋼拉桿和下弦拉索采用LINK10單元模擬。撐桿采用BEAM44單元，撐桿兩端都釋放三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。并利用SURF154單元作為傳遞均布荷載的面單元。本文主要考慮了兩種荷載，恒載（不包括自重）取值為0.7kN/m2，活載取值為0.5kN/m2，分為兩種工況進(jìn)行計(jì)算：Load1：恒載＋滿跨活載；Load2：恒載＋半跨活載。其中半跨活載的作用區(qū)域?yàn)檩S線8和9之間。

在新廣州站的中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)體系中，下弦拉索預(yù)應(yīng)力的施加可以減少結(jié)構(gòu)在使用荷載作用下的撓度，增加結(jié)構(gòu)的剛度。但隨著預(yù)應(yīng)力值的增大，預(yù)應(yīng)力對(duì)上部網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)件產(chǎn)生的壓力也在不斷增大，這無疑會(huì)使部分桿件的軸力變大，從而增加了結(jié)構(gòu)的用鋼量；另一方面，預(yù)應(yīng)力值也不能太小，必須保證在風(fēng)荷載和地震作用下索不會(huì)松弛。因此施加多大的預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)位移、支座滑移量、內(nèi)力分布以及用鋼量的影響至關(guān)重要。整個(gè)結(jié)構(gòu)的有效工作，有賴于拉索的設(shè)置及拉索預(yù)張力的導(dǎo)入，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的主動(dòng)控制。

當(dāng)中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)體系承受豎向荷載時(shí)，單層網(wǎng)殼橫向兩側(cè)根部會(huì)產(chǎn)生較大的側(cè)向推力，這不僅會(huì)使網(wǎng)殼下方支撐柱的剪力增大，而且會(huì)影響單層網(wǎng)殼橫向兩側(cè)屋蓋的受力性能。因此，將雜交結(jié)構(gòu)體系下弦拉索預(yù)應(yīng)力控制的目標(biāo)確定為：在目標(biāo)狀態(tài)下（即自重和恒載共同作用下），網(wǎng)殼根部側(cè)向推力為零。選取拉索相連的支座節(jié)點(diǎn)為13個(gè)目標(biāo)控制點(diǎn)，網(wǎng)殼下弦部分13根預(yù)應(yīng)力拉索的編號(hào)如圖2(a)所示。運(yùn)用影響矩陣法[15]進(jìn)行預(yù)應(yīng)力控制分析。通過分析計(jì)算，在目標(biāo)狀態(tài)下，目標(biāo)控制點(diǎn)處拱腳推力為零時(shí)，預(yù)應(yīng)力拉索的索力如表1所示。

由表1可知，在目標(biāo)狀態(tài)下，索1和13的索力較大，其余拉索的索力較小，所以索1和13選擇了較大的截面。

上弦單層索拉網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)中鋼拉桿的初始預(yù)應(yīng)力取為50kN。這主要是因?yàn)椋骼W(wǎng)殼每個(gè)網(wǎng)格中的兩根交叉拉桿只要有一根工作，另一根可以退出工作，而且通過后文的分析可以發(fā)現(xiàn)拉桿預(yù)應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響也較少。所以只要在施工階段將拉桿拉緊，不要松弛即可。

3 靜力性能分析

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)分為三個(gè)階段：零狀態(tài)、初始態(tài)和荷載態(tài)[16]。其中零狀態(tài)為索安裝前的狀態(tài)（承受自重荷載）；初始態(tài)為索安裝完成并完成預(yù)應(yīng)力施加的狀態(tài)；荷載態(tài)是結(jié)構(gòu)開始承受除自重以外的其他外荷載的狀態(tài)。

為了更加清晰地反映結(jié)構(gòu)各個(gè)參數(shù)在外荷載作用下的影響，應(yīng)該僅考慮結(jié)構(gòu)對(duì)外荷載的抵抗作用。為此，本文將結(jié)構(gòu)的靜力性能分析步驟分為三步：（1）計(jì)算結(jié)構(gòu)在初始態(tài)下的構(gòu)件位移及內(nèi)力；（2）計(jì)算結(jié)構(gòu)在荷載態(tài)下的構(gòu)件位移及內(nèi)力；（3）將前兩步得到的結(jié)果進(jìn)行相減，得到了結(jié)構(gòu)僅在外荷載（除結(jié)構(gòu)自重和預(yù)應(yīng)力作用外）下的響應(yīng)。本文在結(jié)構(gòu)靜力特性的分析中所取的節(jié)點(diǎn)位移值是“荷載態(tài)-初始態(tài)”的值，這樣的做法可以對(duì)結(jié)構(gòu)抵抗外荷載的能力做更加清晰的判斷。

為了分析雜交體系中柔性構(gòu)件（上弦鋼拉桿和下弦拉索）對(duì)結(jié)構(gòu)靜力性能的影響，分別建立僅有下弦索桿體系模型（模型A）、僅有上弦鋼拉桿模型（模型B）和既無上弦鋼拉桿也無下弦索桿體系的普通網(wǎng)殼模型（模型C）和原結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行對(duì)比。圖3為4種模型在Load1工況和Load2下的典型節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)編號(hào)見圖2(a))豎向位移圖。可以看出，無論是在Load1還是Load2工況，結(jié)構(gòu)的下弦索桿體系對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度影響很大，特別是在結(jié)構(gòu)的中間狹長部分，普通單層網(wǎng)殼（模型C）比模型A的位移值最多要大212%。上弦鋼拉桿對(duì)結(jié)構(gòu)縱向兩端的剛度有一定的提高作用，但是其對(duì)剛度的貢獻(xiàn)仍小于下弦索桿體系。從圖3中還可以發(fā)現(xiàn)：單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)模型（模型C）比工程中采用的雜交結(jié)構(gòu)體系的豎向剛度下降較多。這說明下弦拉索、上弦鋼拉桿等柔性構(gòu)件與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相結(jié)合可以較大地提高結(jié)構(gòu)的剛度。

(a)Load1工況

(b)Load2工況

4整體穩(wěn)定性能分析

與其他空間結(jié)構(gòu)形式類似，本文對(duì)雜交結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性能分析的方法主要分為兩種：線性屈曲分析（特征值屈曲分析）和非線性屈曲分析。穩(wěn)定性分析時(shí)以兩種荷載工況為基準(zhǔn)荷載計(jì)算荷載因子F，即：F=施加荷載/ (1.0恒載+1.0活載)，其中活載分別為滿跨活載和半跨活載。

4.1 特征值屈曲分析

特征值屈曲分析常用于理想結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，它以線性理論為基礎(chǔ)，假定結(jié)構(gòu)在荷載作用下變形可以忽略，得到的荷載因子一般為非保守解。但通過線性穩(wěn)定性分析可以對(duì)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定特性有一個(gè)大致了解。圖4給出了兩種工況下特征值屈曲分析得到的荷載因子。從圖中可以看出，荷載的不對(duì)稱分布對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性能的影響不大，Load1工況下的最低階屈曲因子為44.27，而Load2工況下的最低階屈曲因子為44.52，兩者相差較小。

由于荷載分布對(duì)特征值屈曲分析的結(jié)果影響較小，圖5僅給出了在Load1工況下結(jié)構(gòu)的特征值屈曲模態(tài)。特征值屈曲模態(tài)可以大致反應(yīng)結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，圖5給出的前3階屈曲模態(tài)均為結(jié)構(gòu)同一端部的局部屈曲，表明這一端部為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。主要原因?yàn)椋阂皇窃诮Y(jié)構(gòu)的端部區(qū)域沒有布置索桿體系，另一方面，這一區(qū)域比較扁平，面外剛度較小，豎向荷載作用下變形較大而容易發(fā)生屈曲。

(a)第1階(b)第2階(c)第3階

由于特征值屈曲分析基于線性理論，其分析結(jié)果只能作為對(duì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性特征的一個(gè)初步了解，為了得到更為精確的計(jì)算結(jié)果，下一節(jié)將進(jìn)行基于大撓度理論的非線性屈曲分析。

4.2 非線性屈曲分析

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的非線性屈曲分析時(shí)，首先應(yīng)使結(jié)構(gòu)在自重和預(yù)應(yīng)力作用下達(dá)到結(jié)構(gòu)的成形狀態(tài)，然后再在該初始狀態(tài)上施加外荷載。本文采用逐級(jí)加載方式，利用非線性分析方法中的Newton-Raphson法進(jìn)行結(jié)構(gòu)的非線性屈曲分析。

《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定了非線性屈曲分析得到的最小屈曲荷載系數(shù)應(yīng)該大于5.0。而分析可得到在Load1和Load2工況下的荷載因子分別為17.9和20.5，所以新廣州站中央采光帶雜交結(jié)構(gòu)體系滿足整體穩(wěn)定性的要求。另外還可以看出，荷載分布模式對(duì)非線性屈曲的影響也不是很大。與前一節(jié)中特征值屈曲的計(jì)算結(jié)果相對(duì)比，雜交結(jié)構(gòu)體系在兩種工況下非線性屈曲分析的極限荷載僅為線性屈曲臨界荷載（第一階）的40％和45％左右。由此表明了線性特征值屈曲通常會(huì)過高估計(jì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定承載力，進(jìn)行非線性屈曲分析是必要的。

5各種參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)豎向剛度的影響

本文所進(jìn)行的參數(shù)分析是在保持其他參數(shù)不變的基礎(chǔ)上，改變其中一個(gè)參數(shù)來考察結(jié)構(gòu)豎向剛度隨參數(shù)變化的情況。通過參數(shù)分析，可以全面了解結(jié)構(gòu)體系的受力特征，為類似工程設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐提供參考依據(jù)。由于本文所分析結(jié)構(gòu)對(duì)荷載的不對(duì)稱分布不敏感，所以下面僅給出Load1荷載工況的計(jì)算結(jié)果。

5.1 鋼構(gòu)件截面的影響

網(wǎng)殼的鋼桿構(gòu)件是結(jié)構(gòu)的主體部分，對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度起著較大的作用。以基本模型的鋼桿件截面長度為標(biāo)準(zhǔn)，令其為單位1，定義長度系數(shù)為新設(shè)置截面的長度（包括長、寬、壁厚等）與原截面長度之比。通過改變截面長度系數(shù)（0.8、0.9、1.0、1.1、1.2）進(jìn)行參數(shù)分析，得到各典型節(jié)點(diǎn)的豎向位移如圖6所示。

由圖可以看出，隨著桿件截面的增大，節(jié)點(diǎn)豎向位移隨之減小，但構(gòu)件截面對(duì)結(jié)構(gòu)豎向變形的影響會(huì)逐漸減弱。桿件長度系數(shù)增加0.1時(shí)，節(jié)點(diǎn)的豎向位移平均減小15.2％，最大達(dá)到20.4％，由此說明鋼桿件的截面尺寸對(duì)結(jié)構(gòu)的豎向剛度影響較大。

5.2 上弦鋼拉桿的影響

考察上弦拉桿截面對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，以基本模型的上弦拉桿直徑為標(biāo)準(zhǔn)，令其直徑為單位1，通過改變直徑長度系數(shù)（0.6、0.8、1.0、1.2、1.4）進(jìn)行參數(shù)分析，得到的節(jié)點(diǎn)位移如圖7(a)所示。由圖中可以看出，拉桿截面的增加會(huì)降低結(jié)構(gòu)的豎向變形。但在采光帶的中間狹長部分，由于下弦索桿體系的存在，上部鋼拉桿的剛度遠(yuǎn)小于由上部網(wǎng)殼和下部索桿體系組合而成的雜交體系的剛度，所以拉桿面積對(duì)結(jié)構(gòu)豎向剛度的影響并不明顯。

(a)拉桿截面

(b)拉桿預(yù)應(yīng)力

以基本模型的上弦拉桿預(yù)應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)，令其預(yù)應(yīng)力值為單位1，通過改變預(yù)應(yīng)力系數(shù)（0.5、1、1.5、2、3）進(jìn)行參數(shù)分析，得到的節(jié)點(diǎn)豎向位移如圖7(b)所示。圖中顯示，節(jié)點(diǎn)的豎向位移隨著拉桿預(yù)應(yīng)力的增大而減小，但總的影響不是很大，尤其在兩個(gè)下部索桿體系所對(duì)應(yīng)的中間部位（4、6、8、10號(hào)節(jié)點(diǎn)）的影響較為不明顯。

5.3 下部拉索的影響

考察下弦拉索截面對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響，以基本模型的下弦拉索直徑為標(biāo)準(zhǔn)，令其直徑為單位1，通過改變直徑長度系數(shù)系數(shù)（0.6、0.8、1.0、1.2、1.4）進(jìn)行參數(shù)分析，得到的節(jié)點(diǎn)位移如圖8(a)所示。可以發(fā)現(xiàn)，下弦拉索截面對(duì)結(jié)構(gòu)的整體剛度有一定影響，隨著索截面的增大，結(jié)構(gòu)的剛度也不斷增加。在結(jié)構(gòu)的中間狹長部分，拉索截面對(duì)結(jié)構(gòu)豎向變形的影響較大；在結(jié)構(gòu)的兩端，由于并沒有布置下弦拉索，因此結(jié)構(gòu)豎向剛度提高不明顯。但從總體上來說，下弦拉索截面對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度影響比上弦短索截面大。

(a)拉索截面

(b)拉索預(yù)應(yīng)力

以基本模型的下弦長索預(yù)應(yīng)力為標(biāo)準(zhǔn)，令其預(yù)應(yīng)力值為單位1，通過改變預(yù)應(yīng)力系數(shù)（0.5、1.0、1.5、2.0、3.0）進(jìn)行參數(shù)分析，得到的節(jié)點(diǎn)豎向位移如圖8(b)所示。可以發(fā)現(xiàn)，雖然下弦拉索的截面比上弦鋼拉桿對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的影響要大，但是其初始預(yù)應(yīng)力對(duì)剛度提高的效果并不明顯。從系數(shù)0.5到3.0結(jié)構(gòu)的豎向位移基本上沒有變化。

6結(jié) 論

針對(duì)新廣州站中央采光帶的雜交結(jié)構(gòu)體系，本文進(jìn)行了靜力性能和整體穩(wěn)定性分析，可以得到如下結(jié)論：

（1）雜交體系中下部索桿體系、上部面內(nèi)鋼拉桿等柔性構(gòu)件與網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)相結(jié)合可以較大地提高結(jié)構(gòu)的剛度。

（2）荷載不對(duì)稱分布對(duì)特征值屈曲和非線性屈曲分析得到的荷載因子影響較小。由于該雜交結(jié)構(gòu)體系端部區(qū)域沒有布置索桿體系，且比較扁平，其面內(nèi)剛度較小，因此是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的薄弱環(huán)節(jié)之一。

（3）雜交結(jié)構(gòu)體系在兩種工況下非線性屈曲分析的極限荷載僅為線性屈曲臨界荷載（第一階）的40％和45％左右。但其數(shù)值遠(yuǎn)大于規(guī)程要求的5.0，所以新廣州站中央采光帶結(jié)構(gòu)雜交體系滿足整體穩(wěn)定性要求。

（4）網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)鋼桿件截面大小對(duì)結(jié)構(gòu)整體剛度的影響較大，隨著鋼桿件截面的增大，結(jié)構(gòu)的豎向剛度不斷增加。上弦網(wǎng)格間鋼拉桿的截面及預(yù)應(yīng)力的增加對(duì)結(jié)構(gòu)豎向剛度有一定的提高，但是影響有限；下弦拉索截面對(duì)結(jié)構(gòu)剛度的影響較大，但是其預(yù)應(yīng)力值的影響較小。

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