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【提要】本工程中以多道设防为指导思想,完成了对斜拉索廊桥的结构设计；利用有限元方法，评估了预应力拉索对该结构性能的影响；并根据分析结果，进行了支座的节点设计。计算结果及设计内容均直接用于指导该工程的具体实施。
【关键词】多道设防 节点设计 预应力拉索
Abstract：The design for gallery bridge is accomplished with the guide line of multi-defenses. The effect of prestressed cables which has improved the behavior of the structure is estimated through FEM method. According to the obtained numerical results, the connections for supports are designed. All the calculated results and design contents have been used to guide the construction of the project.
Keywords: multi-defenses detail designprestressed cable
中图分类号：U448.27文献标识码：A 文章编号：
0 概述
该工程是2008年北京奥运会的配套工程，共由五个单体建筑组成，分别为奥运村、运动员中心、媒体中心、后勤保障中心和行政中心。
连接运动员中心至奥运村的斜拉索空中廊桥是建筑设计中的一个亮点。由于荷载条件和支承条件复杂，使得其结构设计难度较大。
1 工程概况
斜拉索廊桥平面成“十”字形，十字形的四个端头分别连接三栋楼和一部楼梯。十字形的长肢长度48.8m，短肢长度16.8m，宽4m，高5m，全部采用钢结构，屋面采用轻型铝复合屋面，地面采用塑胶楼面，侧面采用中空安全玻璃。
廊桥平面图如图1所示。
图1 廊桥结构布置图
根据建筑造型，确定结构体系采用斜拉索悬吊的空间桁架体系，在廊桥的上下面和左右侧壁分别设置水平桁架和竖向桁架，水平和竖向桁架围合组成巨型箱形截面，承受水平和竖向荷载。桅杆、拉索和箱形钢桁架组成了有机的整体，协同受力。
十字形桁架的三个端头与运动员中心和奥运村的主体结构连接，分别采用铰支座或滑动支座支承在楼层高度的牛腿上。桅杆柱脚采用单独混凝土基础。
在结构设计中，首先，通过调节拉索的张拉预应力，减小了十字交叉部位的负荷；其次，加强了交叉部位的桁架弦杆，合理控制无斜腹杆导致的结构的强度和刚度削弱，保证结构的应力比和位移以及支座反力满足设计要求。
2 工程设计分析
2.1考虑极限状况的多道设防分析方法
经过分析计算，确定了保证在无拉索时的主体结构能够满足极限承载能力要求，即不垮塌，通过拉索来提高结构安全系数、减小挠度、改善舒适度的实施方案。
1.无拉索情况下结构性能
首先，计算了无拉索情况下结构的承载能力和变形性能。由于是极限情况，故荷载均采用标准值，分项系数取1.0。
综合各荷载组合工况的计算结果，结构的最大应力为229MPa，均出现在十字交叉部位的桁架弦杆上，最大位移36.2 mm，均出现在长肢桁架的中部。
由计算结果可以得出，在拉索失效的时候，按照荷载标准值进行设计，结构可以满足承载能力要求，可以保证极限状态下的安全性。同时，可以看到，桁架内力分布不均匀，十字交叉部位应力最大，此部位桁架腹杆去掉而且受力状态复杂，是薄弱环节。
2.有拉索情况下结构性能
在考虑拉索参与受力的情况下进行计算，此时是结构实际的受力状况，各项荷载均采用设计值。综合各荷载组合工况的计算结果，结构的最大应力为207MPa，出现在十字交叉部位的桁架弦杆上，同时在拉索吊点的节间应力也比较大。最大位移24.9 mm，出现在长肢桁架的中部。
與无拉索情况相比较后得出：在相同荷载工况条件下，结构的最大应力和竖向位移均有大幅减小。预应力拉索对减小廊桥的应力、位移起到了有利作用。
通过计算可以看到，由于有斜拉索为桁架桥提供支点，使得在竖向荷载作用下，结构的最大应力减小，最大位移也大大减小，安全储备得到提高。同时，结构的舒适度也可以满足使用需要。
2.2 支座节点设计
1. 桁架端部支座
桁架端部标高与楼层标高相同，因此，采用柱上或梁上挑出牛腿的方式提供支承点，桁架支座采用专业厂家制造的成品滑动支座或铰接支座，固定在牛腿上，如图2所示：
图2 桁架端部支座大样
廊桥支承条件和荷载工况复杂，使得支座反力的作用方向复杂，作用力也很大。经计算统计，支座的水平力沿X、Y两方向最大均为550 kN，竖向力最大为660 kN。这就对支座牛腿沿各方向的抗剪承载能力提出了比较高的要求。为此，除对牛腿加强各方向的配筋外，还设置抗剪钢骨，并将支座埋板通过抗剪件与钢骨直接焊接。
2. 桅杆柱脚支座
桅杆最大轴力为880 kN，柱脚支座承受的荷载很大，而且由于其在整个结构体系中处于非常重要的地位，因此应当在桅杆柱脚节点的设计中预留较多的安全度。桅杆柱脚节点见图3：
图3 桅杆柱脚节点大样
在端部设置两个Φ80 mm螺栓孔，销轴直径Φ60 mm，这样，使得支座具有双重保险，而且可以有9.2度的自由转动的余量，不会由于支座转动而对销轴产生附加的剪力。
3 结论
该工程斜拉索廊桥的结构体系采用斜拉索悬吊的空间桁架体系，桅杆、拉索和箱形钢桁架组成了有机的整体，协同受力。
在结构设计中，采用考虑极限状况的多道设防的方案，保证在无拉索时的主体结构能够满足承载能力要求，通过拉索来提高结构安全系数、减小挠度、改善舒适度。支座设计在结构体系中处于重要地位，因此在桁架端部支座和桅杆柱脚的设计中预留了较多的安全度。目前，结构安装已经成功完成。
参考文献：
[1] 王国周, 瞿履谦. 钢结构-原理与设计. 北京: 清华大学出版社, 1993
[2] 蒋莼秋. 对架空连廊抗震设计的探讨. 建筑结构2004.10
【关键词】多道设防 节点设计 预应力拉索
Abstract：The design for gallery bridge is accomplished with the guide line of multi-defenses. The effect of prestressed cables which has improved the behavior of the structure is estimated through FEM method. According to the obtained numerical results, the connections for supports are designed. All the calculated results and design contents have been used to guide the construction of the project.
Keywords: multi-defenses detail designprestressed cable
中图分类号：U448.27文献标识码：A 文章编号：
0 概述
该工程是2008年北京奥运会的配套工程，共由五个单体建筑组成，分别为奥运村、运动员中心、媒体中心、后勤保障中心和行政中心。
连接运动员中心至奥运村的斜拉索空中廊桥是建筑设计中的一个亮点。由于荷载条件和支承条件复杂，使得其结构设计难度较大。
1 工程概况
斜拉索廊桥平面成“十”字形，十字形的四个端头分别连接三栋楼和一部楼梯。十字形的长肢长度48.8m，短肢长度16.8m，宽4m，高5m，全部采用钢结构，屋面采用轻型铝复合屋面，地面采用塑胶楼面，侧面采用中空安全玻璃。
廊桥平面图如图1所示。
图1 廊桥结构布置图
根据建筑造型，确定结构体系采用斜拉索悬吊的空间桁架体系，在廊桥的上下面和左右侧壁分别设置水平桁架和竖向桁架，水平和竖向桁架围合组成巨型箱形截面，承受水平和竖向荷载。桅杆、拉索和箱形钢桁架组成了有机的整体，协同受力。
十字形桁架的三个端头与运动员中心和奥运村的主体结构连接，分别采用铰支座或滑动支座支承在楼层高度的牛腿上。桅杆柱脚采用单独混凝土基础。
在结构设计中，首先，通过调节拉索的张拉预应力，减小了十字交叉部位的负荷；其次，加强了交叉部位的桁架弦杆，合理控制无斜腹杆导致的结构的强度和刚度削弱，保证结构的应力比和位移以及支座反力满足设计要求。
2 工程设计分析
2.1考虑极限状况的多道设防分析方法
经过分析计算，确定了保证在无拉索时的主体结构能够满足极限承载能力要求，即不垮塌，通过拉索来提高结构安全系数、减小挠度、改善舒适度的实施方案。
1.无拉索情况下结构性能
首先，计算了无拉索情况下结构的承载能力和变形性能。由于是极限情况，故荷载均采用标准值，分项系数取1.0。
综合各荷载组合工况的计算结果，结构的最大应力为229MPa，均出现在十字交叉部位的桁架弦杆上，最大位移36.2 mm，均出现在长肢桁架的中部。
由计算结果可以得出，在拉索失效的时候，按照荷载标准值进行设计，结构可以满足承载能力要求，可以保证极限状态下的安全性。同时，可以看到，桁架内力分布不均匀，十字交叉部位应力最大，此部位桁架腹杆去掉而且受力状态复杂，是薄弱环节。
2.有拉索情况下结构性能
在考虑拉索参与受力的情况下进行计算，此时是结构实际的受力状况，各项荷载均采用设计值。综合各荷载组合工况的计算结果，结构的最大应力为207MPa，出现在十字交叉部位的桁架弦杆上，同时在拉索吊点的节间应力也比较大。最大位移24.9 mm，出现在长肢桁架的中部。
與无拉索情况相比较后得出：在相同荷载工况条件下，结构的最大应力和竖向位移均有大幅减小。预应力拉索对减小廊桥的应力、位移起到了有利作用。
通过计算可以看到，由于有斜拉索为桁架桥提供支点，使得在竖向荷载作用下，结构的最大应力减小，最大位移也大大减小，安全储备得到提高。同时，结构的舒适度也可以满足使用需要。
2.2 支座节点设计
1. 桁架端部支座
桁架端部标高与楼层标高相同，因此，采用柱上或梁上挑出牛腿的方式提供支承点，桁架支座采用专业厂家制造的成品滑动支座或铰接支座，固定在牛腿上，如图2所示：
图2 桁架端部支座大样
廊桥支承条件和荷载工况复杂，使得支座反力的作用方向复杂，作用力也很大。经计算统计，支座的水平力沿X、Y两方向最大均为550 kN，竖向力最大为660 kN。这就对支座牛腿沿各方向的抗剪承载能力提出了比较高的要求。为此，除对牛腿加强各方向的配筋外，还设置抗剪钢骨，并将支座埋板通过抗剪件与钢骨直接焊接。
2. 桅杆柱脚支座
桅杆最大轴力为880 kN，柱脚支座承受的荷载很大，而且由于其在整个结构体系中处于非常重要的地位，因此应当在桅杆柱脚节点的设计中预留较多的安全度。桅杆柱脚节点见图3：
图3 桅杆柱脚节点大样
在端部设置两个Φ80 mm螺栓孔，销轴直径Φ60 mm，这样，使得支座具有双重保险，而且可以有9.2度的自由转动的余量，不会由于支座转动而对销轴产生附加的剪力。
3 结论
该工程斜拉索廊桥的结构体系采用斜拉索悬吊的空间桁架体系，桅杆、拉索和箱形钢桁架组成了有机的整体，协同受力。
在结构设计中，采用考虑极限状况的多道设防的方案，保证在无拉索时的主体结构能够满足承载能力要求，通过拉索来提高结构安全系数、减小挠度、改善舒适度。支座设计在结构体系中处于重要地位，因此在桁架端部支座和桅杆柱脚的设计中预留了较多的安全度。目前，结构安装已经成功完成。
参考文献：
[1] 王国周, 瞿履谦. 钢结构-原理与设计. 北京: 清华大学出版社, 1993
[2] 蒋莼秋. 对架空连廊抗震设计的探讨. 建筑结构2004.10