国家体育场钢结构设计优化方案(6)

在设计过程中分别考虑了3种整体布索和3种局部布索方案。采用通用大型有限元分析软件Ansys。当设置采用预应力索后，主桁架下弦构件的拉力降低幅度较大，主桁架上弦的压力也有所增大，上、下弦构件内力增长幅值大致相同。施加预应力前后，主桁架腹杆的内力变化不大，主桁架的挠度减小。采用预应力索后，结构的总用钢量比未采用预应力索时略有增加。其主要原因如下：

(1)在本工程中，适于布置预应力索的主桁架的数量较少，可以有效施加预应力的仅有8榀，所占比例较小，预应力的效果比一般的预应力钢结构小。(2)由于建筑外观的要求，预应力索的位置不能超出主桁架弦杆高度的范围，预应力索曲线的矢高较小，使预应力的效率大大降低。(3)为了保证构件具有一定的延性，主桁架弦杆箱形构件的壁厚不宜小于20mm，很多下弦构件采用最小壁厚。设置预应力索后，虽然下弦的内力有较大幅的降低，但其截面尺寸很难再进一步减小。同时，施加预应力将使主桁架跨中上弦杆压力值增大。因此，很难在减小用钢量方面取得预期的效果。

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