新中国国际展览中心预应力立体管桁架屋盖结构设计及施工监测卫东王志刚柯长华秦杰（北京市建筑设计研究院１０００４５）（北京市建筑工程研究院１０００３９）提要新中国国际展览中心工程（一期）为８个主展馆，各展馆平面均为７１ｍＸｌ７２ｍ的矩形，分别由ｌＯ榀倒三角形预应力立体管桁架构成屋盖体系，桁架跨度７０．２ｍ。桁架下弦为方钢管，其余杆件均为圆钢管，预应力索穿于下弦杆内，支座采用铸钢单向铰支座。结构设计中进行了屋盖结构静力性能分析、单榀桁架出平面稳定验算、屋盖中震弹性验算、结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算：进行了单榀桁架断索及单榀桁架失效等极端工况下屋盖体系的抗连续倒塌验算。研究结果表明结构各项性能满足规范要求，并具有良好的静、动力受力性能。在施工各阶段，分别在两个展馆内各选择了两榀桁架的杆件应力及节点位移进行了施工全过程监测，监测结果表明结构的最终位移、杆件应力变化规律与理论分析结果基本符合。关键词预应力立体管桁架出平面稳定中震弹性大震弹塑性时程连续倒塌一、工程概况新中国国际展览中心工程位于北京顺义天竺空港工业开发区西侧，东邻首都国际机场，西南侧为温榆河生态走廊，总规划用地面积１５５．５公顷。一期工程由南区８个主展馆，南综合楼，南、北、东、西四个登录厅及动力中心等部分组成，总建筑面积２４．６万岔。新建的八座展馆平面均为７１ｍＸｌ７２ｍ的矩形，屋架跨度为７０．２ｍ，柱距１８ｍ，端跨柱距２１ｍ。其中１”、２８馆为综合馆，屋面高度（至桁架上弦）２１．５ｍ～２５ｍ；３”～８８馆为普通馆，屋面高度为１８．５ｍ～２２．５ｍ，每两个展馆由一４３ｍＸ３７ｍ矩形平面连接体连接，构成一个Ｕ形单元。．工程建筑结构安全等级为一级，设计使用年限５０年，抗震设防类别为乙类，８度抗震设防烈度（０．２０９第一组），设计采用基本风压取值０．５０ｋＮ／ｍ２（ｉ００年），基本雪压取值Ｏ．４５ｋＮ／Ⅲ２（１００年），屋面活荷载０．５０ｋＮ／ｍ２，屋面围护体系０．２０ｋＮ／ｍ２，设备吊挂荷载Ｏ．５０ｋＮ／ｍｚ。结构体系及屋盖结构平面布置展馆主体结构采用钢筋混凝土框架结构，基础形式采用柱下独立基础，考虑到工程所在地土质条件较羞，采用ＣＦＧ桩进行人工复合地基处理。展馆屋盖采用倒三角形立体预应力管桁架，三角形桁架横截面尺寸为４．ＯｍＸ４。５ｍ（跨中）至４．ＯｍＸ３．５ｍ（支座），跨高比１５．６；桁架上弦和腹杆采用圆钢管，下弦采用方钢管，预应力索布于桁架下弦杆内。屋盖平面结构体系布置如图３所示，沿屋盖纵向于立体桁架支座处通长布置２道次桁架，沿屋盖四周布置上弦水平支撑（设张紧装置）。为加强屋盖纵向刚度、有效地传递山墙水平风荷载，在屋盖纵向两端跨桁架间ｉ／３跨处布置两道纵向次桁架，在中间各榀桁架１／３跨处相应位置布置通长纵向拉杆，在桁架上弦上部各节点处（间距３．９ｍ）沿纵向通长布置口５００ｘ２５０ｘ６连续檩条。５９８图４。图４结构自振周期及振型（二）单榀桁架出平面稳定验算主馆屋盖体系中，仅在两端开间桁架跨中布置两道纵向次桁架，中间六榀桁架仅有支座处通长布设的纵向次桁架，桁架中段通过布置屋面连续檩、上弦水平撑及下弦柔性系杆等纵向支撑体系构造保证其出平面稳定。为保证其安全性，对一标准柱距内单榀桁架进行了非线性屈曲分析。计算模型仅考虑桁架支座处纵向次桁架的作用，按一阶弹性屈曲模态分布考虑跨度１／３００的初始缺陷，计算所得结构非线性屈曲荷载一位移（出平面）曲线如图５所示，结构变形如图６所示。由计算结果可知，在标准荷载作用下该榀桁架支座反力Ｒ。为１０３０ｋＮ，在临界荷载作用下支座反力为２６９０ｋＮ，可得单榀桁架出平面失稳安全系数Ｋ＝２．６１，参考网壳结构设计要求Ｋ≥２．５，中间各榀桁架能够保证出平面稳定。圈５单榀桁架荷载一位移（出平面）曲线圈６单榀桁架出平面失稳（三）屋盖结构的中震弹性验算考虑到工程重要性，我们对屋盖结构进行了中震弹性验算。计算中采用材料强度设计值，地震荷载组合项中不考虑温度影响，不考虑构件抗震承载力调整系数的有利影响。计算参数取值依据安评报告，取中震口。。，＝０．４９，疋＝Ｏ．４ｓ，结构阻尼比ｆ＝０．０３５。屋盖结构各类杆件最大应力比计算结果详表ｌ。如计算结果所示，在中震作用下仅有少数斜腹杆应力超过材料强度设计值，最大值为２２３Ｎ／ｍｍ２，小于材料（Ｑ３４５Ｂ）强度标准值。可见在中震作用下钢屋盖整体仍处于弹性工作状态，从而保证屋盖体系在较大地震作用下仍具有一定的承载能力。中震弹性验算杆件最大应力比衰１上弦杆下弦杆斜腹杆索ｌ振型分解ｏ，９５４ｏ．８７５ｌ反应谱法１．０３８ｏ．３５８６００（四）结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形验算结构横向受力体系类似于高大空旷的钢筋混凝土排架结构，根据规范要求需进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。由于规范提供的简化计算方法对本工程不适用，故采用Ｓ