文档介绍：国家大剧院屋面系统承载性能试验研究
程明  石永久  王元清罗忆  徐慷
(1清华大学建筑玻璃与金属结构研究所  北京 100084)  (晶艺玻璃工程有限公司  珠海 519015)
 
摘要:国家大剧院的屋面系统包括结构层、防水层和装饰层。防水屋面板采用Kalzip铝合金板,装饰层通过连接件固定于屋面板的板肋上。外部荷载主要由屋面板承担,进而传递到檩条上。本文通过试验研究了屋面系统在各种主要荷载作用下的承载能力,试验的结果为工程设计提供了依据。
关键词:国家大剧院; 屋面系统;荷载;位移
    国家大剧院的屋面系统是采用了Kalzip板作为防水层的新型屋面系统(图1)。
图1  国家大剧院
 
    国家大剧院屋面系统可分为结构层,防水层和装饰层(图2)。结构层由横向和纵向方通檩条组成,固定于主钢结构上;防水层由Kalzip铝合金板组成,通过锁边固定于T码上,T码固定于檩条上;装饰层通过连接件固定于Kalzip板的板肋上。
图2  屋面系统
2. 试验目的
    为配合工程的设计与施工,验证这种新型屋面系统的承载性能和可靠性,选取了屋面板的代表性单元进行等比例模型加载试验。在试验中观测屋面系统在常见荷载下的荷载-位移关系,为工程设计提供依据。
 
3. 试验设备及测试内容
    该试验分为6组进行,编号为A-1、A-2、A-3、A-4、A-5、B-1,分别测量不同荷载下国家大剧院屋面系统的承载力性能(表1)。
表1  测试内容
试验
编号
荷载类型
连接件位置
连接件类型
设计荷载(kN)
A-1
风吸力
——
大
A-2
风吸力
——
小
A-3
清洗车重力产生的水平力
板跨中
大
A-4
清洗车重力产生的水平力
T码上
大
A-5
上人荷载
——
小
B-1
水平力作用下屋面板固定点的螺栓孔滑移
——
——
    A-1~A-4及B-1采用手动轱辘加载,A-5用油压千斤顶加载,用测力计和位移计分别测量荷载和位移,计算机采集数据。
图3和图4分别显示了A-1和A-5试验的加载示意图,其他四个试验设备与A-1相同,只是加载方向和测点布置不同。图5、图6、图7显示了A-1、A-2、A-3、A-4四组试验的荷载布置和测点布置。
图3  A-1加载示意图图4  A-5加载示意图图
图5  A-1~A-4试验荷载布置图(俯视图)
    注:A-1与A-2试验只对一个连接件加载;A-3与A-4试验通过在连接件上固定夹具(图6)与钢管,同时对两个连接件加载,以便布置更多的测点。
图6  A-1~A-4试验荷载布置图(侧视图)
    注:左面连接件虚线表示A-1,实线表示A-2,为了表达方便将两个连接件画在一起。该图中G(1kN)表示施加在一个连接件上的荷载,而图5中2G(2kN)表示施加在两个连接件的荷载。
图7  A-1~A-4试验测点布置图
    注:连接件1对应图5中A-3与A-4试验中偏上的连接件。连接件2对应图5中A-3与A-4试验中偏下的连接件以及A-1与A-2试验的连接件。
A-1~A-4试验分别在四块板上独立进行。A-3和A-4试验用到全部4