廣州體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、廣州體育館結(jié)構(gòu)介紹廣州市設(shè)計(jì)院廣州體育館夜景廣州體育館夜景主場(chǎng)館主場(chǎng)館訓(xùn)練館訓(xùn)練館大眾館大眾館主場(chǎng)館訓(xùn)練館大眾館剖面圖剖面圖縱縱剖面圖剖面圖室內(nèi)室內(nèi)室內(nèi)室內(nèi)室內(nèi)室內(nèi)介紹內(nèi)容介紹內(nèi)容 1、體育館概況、體育館概況 2、對(duì)初步設(shè)計(jì)的改進(jìn)、對(duì)初步設(shè)計(jì)的改進(jìn) 3、屋蓋設(shè)計(jì)的安全度、屋蓋設(shè)計(jì)的安全度 4、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 5、設(shè)計(jì)計(jì)算及試驗(yàn)、設(shè)計(jì)計(jì)算及試驗(yàn) 6、屋架施工的基本情況、屋架施工的基本情況1、體育館概況、體育館概況1.功能：廣州體育館是為功能：廣州體育館是為“九運(yùn)會(huì)九運(yùn)會(huì)”而興建的大型體育設(shè)施，而興建的大型體育設(shè)施，以舉辦包括國(guó)際室內(nèi)田徑賽在內(nèi)的各種體育比賽為主，同時(shí)以舉辦包括國(guó)際室內(nèi)田徑賽在

2、內(nèi)的各種體育比賽為主，同時(shí)能兼顧大型演唱會(huì)、文藝演出、展覽會(huì)等。能兼顧大型演唱會(huì)、文藝演出、展覽會(huì)等。2. 主場(chǎng)館建筑面積約主場(chǎng)館建筑面積約40000m2 ，館內(nèi)設(shè)包廂，館內(nèi)設(shè)包廂24間，座位間，座位10018座；座；3. 訓(xùn)練館建筑面積約訓(xùn)練館建筑面積約20000m2，館內(nèi)設(shè)練習(xí)場(chǎng)、游泳場(chǎng)、學(xué)術(shù)交，館內(nèi)設(shè)練習(xí)場(chǎng)、游泳場(chǎng)、學(xué)術(shù)交流廳等；流廳等；4. 大眾活動(dòng)中心建筑面積約大眾活動(dòng)中心建筑面積約9000m2，館內(nèi)設(shè)體育娛樂(lè)場(chǎng)。，館內(nèi)設(shè)體育娛樂(lè)場(chǎng)。指標(biāo) 主場(chǎng)館 訓(xùn)練館 大眾館長(zhǎng)軸長(zhǎng)度（m）短軸長(zhǎng)度（m）投影面積（m ）上弦圓錐角屋頂離地面高度(m) 用鋼量 160 151.5 140 110 70

3、 30 12700 7748 2722 24.5 26 36 33.87 20.27 14.95 1766.97t 929.6t 420.36t 139kg/m2 120kg/m2 154kg/m222221、體育館概況、體育館概況2、設(shè)計(jì)過(guò)程、設(shè)計(jì)過(guò)程 1. 廣州體育館設(shè)計(jì)方案通過(guò)國(guó)際招標(biāo)，由法國(guó)巴黎機(jī)場(chǎng)公司(ADP)建筑師Paul.Andaeu中標(biāo)，并負(fù)責(zé)完成方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)。2. 廣州市設(shè)計(jì)院負(fù)責(zé)配合初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)。3.1999年3月初步設(shè)計(jì)審查。 4.1999年6月組織空間結(jié)構(gòu)專(zhuān)家對(duì)體育館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋進(jìn)行技術(shù)審查。 2、屋蓋設(shè)計(jì)問(wèn)題、屋蓋設(shè)計(jì)問(wèn)題1. 輻射桁架平面外穩(wěn)定及計(jì)算長(zhǎng)度

4、問(wèn)題 ，采用斜交拉索作為側(cè)向穩(wěn)定支點(diǎn)無(wú)規(guī)范依據(jù) 。2.ADP提供輻射桁架部分上弦，特別是下弦的截面不滿(mǎn)足平面內(nèi)、外穩(wěn)定計(jì)算。3.4點(diǎn)約束支座的反力相當(dāng)大，下部設(shè)計(jì)相當(dāng)困難。 2、對(duì)初步設(shè)計(jì)改進(jìn)內(nèi)容、對(duì)初步設(shè)計(jì)改進(jìn)內(nèi)容 1. 主檁條位置增設(shè)環(huán)向桁架垂直交叉索。 2. 輻射桁架下弦由2-70 實(shí)心圓棒改為2-8919 （2-10219）圓管。 3.節(jié)間平面內(nèi)長(zhǎng)度由3300改為2500。 4.支座除四個(gè)端支座外其余采用彈簧剛度明確的球型減震支座。 5.根據(jù)計(jì)算結(jié)果，部分加大原設(shè)計(jì)的截面厚度。 6.主桁架改用圓鋼管，采用相貫節(jié)點(diǎn)。3、廣州體育館的屋蓋設(shè)計(jì)安全度、廣州體育館的屋蓋設(shè)計(jì)安全度 1. 結(jié)構(gòu)設(shè)

5、計(jì)安全等級(jí)一級(jí)。 2. 按七度基本烈度抗震設(shè)防。 3. 荷載 (1) 風(fēng)荷載： 基本風(fēng)壓0.45，重要性系數(shù)1.2， 體型系數(shù)取考慮內(nèi)壓的風(fēng)洞試驗(yàn)值，風(fēng)振系數(shù)1.8。 (2) 垂直荷載： 恒載：0.3kN/m2 (包括屋面板、檁條、吸音器等)； 活載：0.3kN/m2（按滿(mǎn)跨均布和半跨均布分別考慮）； 固定設(shè)備重量（包括廣播音響、燈光、馬道等）； 演出燈光音響每節(jié)點(diǎn)6kN，總重約750kN； (3) 溫差：250C3、廣州體育館的屋蓋設(shè)計(jì)安全度、廣州體育館的屋蓋設(shè)計(jì)安全度 4.索設(shè)計(jì)安全系數(shù)為2.53 。 5.鋼結(jié)構(gòu)屋蓋防火等級(jí)為一級(jí)，采用薄型噴涂金屬防火涂料，根據(jù)消防設(shè)計(jì)審核意見(jiàn)書(shū)防火耐火時(shí)

6、間為0.5小時(shí) 。 結(jié)論：結(jié)論： 廣州體育館的屋蓋設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)建委的支持，專(zhuān)家廣州體育館的屋蓋設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)建委的支持，專(zhuān)家的指導(dǎo)的指導(dǎo) ，依據(jù)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，改進(jìn)和完，依據(jù)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，改進(jìn)和完善了原結(jié)構(gòu)受力體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)符合我善了原結(jié)構(gòu)受力體系，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)符合我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范，屋蓋的設(shè)計(jì)是安全的。國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范，屋蓋的設(shè)計(jì)是安全的。主場(chǎng)館鋼屋蓋平面主場(chǎng)館鋼屋蓋平面訓(xùn)練館訓(xùn)練館大眾館大眾館輻射桁架和垂直交叉索輻射桁架和垂直交叉索主桁架主桁架下弦節(jié)點(diǎn)弦節(jié)點(diǎn)4、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)一、屋蓋桿件布置的韻律形成很有特色的空間結(jié)構(gòu)美屋蓋桿件布置的韻律形成很有特色的空間結(jié)構(gòu)美各館中央屋脊為縱向空間桁架。

7、各館中央屋脊為縱向空間桁架。輻射桁架按等距沿放射放置。輻射桁架按等距沿放射放置。桁架的上弦為方鋼管，腹桿采用圓管，下弦由桁架的上弦為方鋼管，腹桿采用圓管，下弦由2根根89（76）圓管組合而成，）圓管組合而成，桿件尺寸外形大小一致。桿件尺寸外形大小一致。首次在大跨度的空間結(jié)構(gòu)中使用了首次在大跨度的空間結(jié)構(gòu)中使用了800根高強(qiáng)度低松馳的預(yù)應(yīng)力拉索作為受根高強(qiáng)度低松馳的預(yù)應(yīng)力拉索作為受壓弦桿支點(diǎn)，拉索之間為弦桿計(jì)算長(zhǎng)度。壓弦桿支點(diǎn)，拉索之間為弦桿計(jì)算長(zhǎng)度?？臻g結(jié)構(gòu)體系整齊劃一，很有特色?？臻g結(jié)構(gòu)體系整齊劃一，很有特色。二、輻射桁架上弦采用方鋼管與圓鋼管的直接焊接相貫節(jié)點(diǎn)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)及二、輻射桁架上

8、弦采用方鋼管與圓鋼管的直接焊接相貫節(jié)點(diǎn)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)及有限元計(jì)算比較，判明節(jié)點(diǎn)支管的承載力以及相貫節(jié)點(diǎn)是否需要加強(qiáng)等情況，有限元計(jì)算比較，判明節(jié)點(diǎn)支管的承載力以及相貫節(jié)點(diǎn)是否需要加強(qiáng)等情況，選用計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下弦為兩根圓鋼管，在節(jié)點(diǎn)處與豎腹桿端的實(shí)選用計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。下弦為兩根圓鋼管，在節(jié)點(diǎn)處與豎腹桿端的實(shí)心圓鋼棒和兩根斜腹桿焊接，節(jié)點(diǎn)新穎，具有特點(diǎn)，下弦節(jié)點(diǎn)亦通過(guò)試驗(yàn)保心圓鋼棒和兩根斜腹桿焊接，節(jié)點(diǎn)新穎，具有特點(diǎn)，下弦節(jié)點(diǎn)亦通過(guò)試驗(yàn)保證設(shè)計(jì)安全。證設(shè)計(jì)安全。4、設(shè)計(jì)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)特點(diǎn)三、體育館所有的輻射桁架，均支承在一道三、體育館所有的輻射桁架，均支承在一道0.65X1.25m的箱

9、形鋼環(huán)梁上，而的箱形鋼環(huán)梁上，而鋼環(huán)梁的支座為垂直、環(huán)向約束，徑向具有彈簧剛度的球形減震支座，彈簧鋼環(huán)梁的支座為垂直、環(huán)向約束，徑向具有彈簧剛度的球形減震支座，彈簧剛度由彈簧鋼板制成，并由其將屋蓋的水平推力和垂直力傳遞到下部剪力墻。剛度由彈簧鋼板制成，并由其將屋蓋的水平推力和垂直力傳遞到下部剪力墻。該支座的設(shè)計(jì)及使用亦為國(guó)內(nèi)第一例。該支座的設(shè)計(jì)及使用亦為國(guó)內(nèi)第一例。四、首次在大跨度的空間結(jié)構(gòu)中將穩(wěn)定索參與共同計(jì)算，與輻射桁架、主桁四、首次在大跨度的空間結(jié)構(gòu)中將穩(wěn)定索參與共同計(jì)算，與輻射桁架、主桁架一起形成良好的空間受力體系。屋蓋上弦面沿周邊設(shè)環(huán)向水平交叉索和四架一起形成良好的空間受力體系。屋蓋

10、上弦面沿周邊設(shè)環(huán)向水平交叉索和四道徑向水平交叉索，輻射桁架間每隔道徑向水平交叉索，輻射桁架間每隔10米設(shè)一道環(huán)向垂直交叉索，上弦水平米設(shè)一道環(huán)向垂直交叉索，上弦水平拉索及下弦垂直交叉拉索組成屋蓋的柔性支撐體系。通過(guò)對(duì)屋蓋的非線(xiàn)性屈拉索及下弦垂直交叉拉索組成屋蓋的柔性支撐體系。通過(guò)對(duì)屋蓋的非線(xiàn)性屈曲分析，整體彈性計(jì)算，整榀桁架試驗(yàn)確定索的張拉力及控制張拉索力差。曲分析，整體彈性計(jì)算，整榀桁架試驗(yàn)確定索的張拉力及控制張拉索力差。五、鋼索采用鍍鋅高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力鋼鉸線(xiàn)，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)五、鋼索采用鍍鋅高強(qiáng)度低松馳預(yù)應(yīng)力鋼鉸線(xiàn)，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 值值fptk=1670Mpa，單根鋼鉸單根鋼鉸d=15(75)，外擠包

11、白色高密度聚乙烯。施工前對(duì)索的分批張拉相互，外擠包白色高密度聚乙烯。施工前對(duì)索的分批張拉相互影響模擬計(jì)算出每根的張拉力，根據(jù)計(jì)算值采用對(duì)稱(chēng)張拉原則施工。對(duì)索施影響模擬計(jì)算出每根的張拉力，根據(jù)計(jì)算值采用對(duì)稱(chēng)張拉原則施工。對(duì)索施加加2040kN預(yù)應(yīng)力，使索保持預(yù)應(yīng)力，使索保持30kN左右的拉力，不退出工作。左右的拉力，不退出工作。1. 結(jié)構(gòu)自重2. 恒載（0.3KN/m2+設(shè)備重量）3. 滿(mǎn)布活載（0.3KN/m 2)4. 活載不利組合5.演出燈光音響荷載 除固定燈光、中心音響外， 每節(jié)點(diǎn)6KN，總重750KN的不利組合6. 風(fēng)荷載(根據(jù)荷載規(guī)范和風(fēng)洞試驗(yàn)取值）7. +（-）25 0 c溫度影響8

12、. 水平地震按基本烈度設(shè)計(jì)，考慮豎向地震作用9. 穩(wěn)定索預(yù)應(yīng)力： 主場(chǎng)館：30KN; 訓(xùn)練館：25KN; 大眾館：20KN.10. 采用彈性支座：環(huán)向與徑向彈性約束，豎向固定。25、計(jì)算荷載、參數(shù)、計(jì)算荷載、參數(shù)5、支座假定、支座假定48個(gè)彈性支座，Z向約束，X、Y向支座彈性系數(shù)5000kN/m;6個(gè)支座僅Z向約束。5、支座、支座5、風(fēng)洞試驗(yàn)情況、風(fēng)洞試驗(yàn)情況 1.1.在各風(fēng)向角下在各風(fēng)向角下, ,迎風(fēng)面的正風(fēng)壓均不會(huì)很大迎風(fēng)面的正風(fēng)壓均不會(huì)很大, ,但負(fù)壓值較大但負(fù)壓值較大, ,尤尤 其是屋脊處其是屋脊處, ,負(fù)壓尤為顯著負(fù)壓尤為顯著, ,最大風(fēng)壓系數(shù)最大風(fēng)壓系數(shù) 為為-1.52-1.52。

13、2.2.最不利的風(fēng)向角對(duì)不同屋蓋不同時(shí)出現(xiàn)最不利的風(fēng)向角對(duì)不同屋蓋不同時(shí)出現(xiàn), ,對(duì)同一屋蓋的不同部對(duì)同一屋蓋的不同部 位也不同時(shí)出現(xiàn)。對(duì)于主場(chǎng)館位也不同時(shí)出現(xiàn)。對(duì)于主場(chǎng)館, ,最不利的風(fēng)向角大約最不利的風(fēng)向角大約9090至至 112.5112.5之間。之間。 3.3.設(shè)計(jì)時(shí)取風(fēng)向角設(shè)計(jì)時(shí)取風(fēng)向角9090時(shí)的風(fēng)壓值及時(shí)的風(fēng)壓值及112.5112.5時(shí)的風(fēng)壓值作為兩時(shí)的風(fēng)壓值作為兩 種風(fēng)荷載工況與其它荷載組合進(jìn)行屋蓋主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。種風(fēng)荷載工況與其它荷載組合進(jìn)行屋蓋主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。4.4.我們根據(jù)試驗(yàn)提供的風(fēng)壓體型系數(shù)我們根據(jù)試驗(yàn)提供的風(fēng)壓體型系數(shù), ,把屋面分成幾個(gè)區(qū)域把屋面分成幾個(gè)區(qū)域, ,各區(qū)

14、各區(qū) 域分別取平均值作為該區(qū)域的體型系數(shù)。域分別取平均值作為該區(qū)域的體型系數(shù)。5.5.根據(jù)外表面風(fēng)壓體型系數(shù)的正負(fù)情況根據(jù)外表面風(fēng)壓體型系數(shù)的正負(fù)情況, ,取取0.20.2內(nèi)風(fēng)壓值。內(nèi)風(fēng)壓值。6.6.根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)的建議根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)的建議, ,在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了風(fēng)振系數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了風(fēng)振系數(shù)1.81.8。 5、風(fēng)荷載平面、風(fēng)荷載平面5、靜力分析、靜力分析 屋蓋采用屋蓋采用SAP5和和ANSYS5.6兩種有限元分析軟件進(jìn)行靜力兩種有限元分析軟件進(jìn)行靜力分析。分析時(shí)共采用三種單元分析。分析時(shí)共采用三種單元,桿件采用梁?jiǎn)卧獥U件采用梁?jiǎn)卧?索采用索索采用索單元單元,彈性支座采用彈簧單元。計(jì)算時(shí)索先全部預(yù)加預(yù)

15、應(yīng)力彈性支座采用彈簧單元。計(jì)算時(shí)索先全部預(yù)加預(yù)應(yīng)力,主場(chǎng)館、訓(xùn)練館和大眾館分別為主場(chǎng)館、訓(xùn)練館和大眾館分別為30kN、25kN、20kN,再分再分別施加恒載、活載、風(fēng)荷載別施加恒載、活載、風(fēng)荷載,得到該種工況下的內(nèi)力得到該種工況下的內(nèi)力,而溫而溫度則作為一種單獨(dú)的活載工況施加于屋蓋上度則作為一種單獨(dú)的活載工況施加于屋蓋上,供設(shè)計(jì)時(shí)參考。供設(shè)計(jì)時(shí)參考。 在恒載和滿(mǎn)布活載作用下在恒載和滿(mǎn)布活載作用下,輻射桁架上弦桿以受壓為主輻射桁架上弦桿以受壓為主,屋屋蓋兩端部輻射桁架蓋兩端部輻射桁架RT2、3、4和和RT38、39、40下弦桿全部下弦桿全部受壓受壓,其它輻射桁架下弦桿則在靠近屋脊和環(huán)梁部分受壓其

16、它輻射桁架下弦桿則在靠近屋脊和環(huán)梁部分受壓,中間部分受拉。但在風(fēng)荷載和半邊活載共同作用下中間部分受拉。但在風(fēng)荷載和半邊活載共同作用下,各榀輻各榀輻射桁架下弦桿則全部受壓。射桁架下弦桿則全部受壓。5、動(dòng)力分析、動(dòng)力分析采用采用ANSYS5.6程序，計(jì)算方法為時(shí)程分析法和振型分解反應(yīng)譜法。程序，計(jì)算方法為時(shí)程分析法和振型分解反應(yīng)譜法。時(shí)程分析：選用了時(shí)程分析：選用了EL-Centro波和一條場(chǎng)地實(shí)測(cè)波波和一條場(chǎng)地實(shí)測(cè)波,另外還考慮了場(chǎng)另外還考慮了場(chǎng)地實(shí)測(cè)水平波加地實(shí)測(cè)水平波加30%場(chǎng)地實(shí)測(cè)豎向波的組合。取七度基本烈度加速場(chǎng)地實(shí)測(cè)豎向波的組合。取七度基本烈度加速度峰值度峰值,水平波地面加速度峰值為水

17、平波地面加速度峰值為102cm/s2,場(chǎng)地豎向波地面加速度峰場(chǎng)地豎向波地面加速度峰值為值為70cm/s2,地面脈動(dòng)平均卓越周期地面脈動(dòng)平均卓越周期0.27s 。設(shè)計(jì)時(shí)桿件內(nèi)力取各條。設(shè)計(jì)時(shí)桿件內(nèi)力取各條波計(jì)算結(jié)果的大值。波計(jì)算結(jié)果的大值。振型分解反應(yīng)譜法：對(duì)于大規(guī)模的空間結(jié)構(gòu)振型分解反應(yīng)譜法：對(duì)于大規(guī)模的空間結(jié)構(gòu),屋蓋自由度很多屋蓋自由度很多,計(jì)算時(shí)計(jì)算時(shí)先采用先采用Block Lanczos法求出前法求出前108階振型階振型,然后用然后用CQC法耦合得到地法耦合得到地震反應(yīng)。輸入的反應(yīng)譜為地震反應(yīng)譜震反應(yīng)。輸入的反應(yīng)譜為地震反應(yīng)譜,地震影響系數(shù)地震影響系數(shù)借鑒借鑒高層民高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)

18、規(guī)程用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ99-98)的的曲線(xiàn)確定曲線(xiàn)確定,max取七度基本取七度基本烈度所對(duì)應(yīng)的值。烈度所對(duì)應(yīng)的值。采用時(shí)程分析法或振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算所得的地震作用下桿件內(nèi)采用時(shí)程分析法或振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算所得的地震作用下桿件內(nèi)力均小于風(fēng)荷載作用下的桿件內(nèi)力。力均小于風(fēng)荷載作用下的桿件內(nèi)力。5、屈曲分析、屈曲分析非線(xiàn)性屈曲分析是一種比較精確的分析方法非線(xiàn)性屈曲分析是一種比較精確的分析方法,通過(guò)漸增荷載來(lái)尋求結(jié)構(gòu)失穩(wěn)通過(guò)漸增荷載來(lái)尋求結(jié)構(gòu)失穩(wěn)時(shí)的臨界荷載。它可考慮結(jié)構(gòu)的初始缺陷時(shí)的臨界荷載。它可考慮結(jié)構(gòu)的初始缺陷,幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性及間隙幾何非線(xiàn)性和材料非線(xiàn)性及間隙等等,是一種較

19、為接近實(shí)際情況的分析方法。是一種較為接近實(shí)際情況的分析方法。保證下弦桿的穩(wěn)定保證下弦桿的穩(wěn)定,是屋蓋設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。受壓的輻射桁架下弦采用是屋蓋設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。受壓的輻射桁架下弦采用交叉拉索提供下弦穩(wěn)定支點(diǎn)，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線(xiàn)性屈曲分析，達(dá)到了解對(duì)交叉拉索提供下弦穩(wěn)定支點(diǎn)，需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線(xiàn)性屈曲分析，達(dá)到了解對(duì)結(jié)構(gòu)的整體性和下弦的穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)的整體性和下弦的穩(wěn)定性。對(duì)體育館主場(chǎng)館屋蓋進(jìn)行屈曲分析時(shí)考慮了三種工況對(duì)體育館主場(chǎng)館屋蓋進(jìn)行屈曲分析時(shí)考慮了三種工況:(1):(1)恒載恒載+ +滿(mǎn)跨活滿(mǎn)跨活載載;(2) ;(2) 恒載恒載+ +上半邊活載上半邊活載;(3);(3)恒載恒載+ +右半

20、邊活載。分析時(shí)采用線(xiàn)性屈曲分右半邊活載。分析時(shí)采用線(xiàn)性屈曲分析和幾何非線(xiàn)性屈曲分析相結(jié)合的方析和幾何非線(xiàn)性屈曲分析相結(jié)合的方法。法。在上述三種屈曲工況下在上述三種屈曲工況下,整體屈曲模態(tài)的出現(xiàn)一般是在上弦先出現(xiàn)屈曲整體屈曲模態(tài)的出現(xiàn)一般是在上弦先出現(xiàn)屈曲,繼而繼而下弦發(fā)生失穩(wěn)下弦發(fā)生失穩(wěn),屋蓋有整體扭曲的趨勢(shì)屋蓋有整體扭曲的趨勢(shì),且靠近屋蓋端部輻射角約為且靠近屋蓋端部輻射角約為45的輻的輻射桁架最先出現(xiàn)屈曲。射桁架最先出現(xiàn)屈曲。從屈曲分析中可知從屈曲分析中可知,結(jié)構(gòu)的屈曲承載力對(duì)支撐系統(tǒng)的依賴(lài)程度較大。若屋架結(jié)構(gòu)的屈曲承載力對(duì)支撐系統(tǒng)的依賴(lài)程度較大。若屋架下弦沒(méi)有索柔性支撐體系下弦沒(méi)有索柔性支

21、撐體系,結(jié)構(gòu)將不足以承受使用荷載和自重而發(fā)生平面外結(jié)構(gòu)將不足以承受使用荷載和自重而發(fā)生平面外失穩(wěn)。因此在設(shè)計(jì)時(shí)失穩(wěn)。因此在設(shè)計(jì)時(shí),為保證索始終處于受拉為保證索始終處于受拉,對(duì)于主場(chǎng)館、訓(xùn)練館和大眾館對(duì)于主場(chǎng)館、訓(xùn)練館和大眾館分別施加了分別施加了30kN、25kN、20kN的預(yù)拉應(yīng)力。的預(yù)拉應(yīng)力。5、計(jì)算結(jié)果、計(jì)算結(jié)果 主場(chǎng)館輻射桁架桿件控制內(nèi)力與截面 表 一 上 弦 下 弦 輻射桁架 RT2RT12 RT30RT40 RT3RT39 RT2、 RT40 斜腹桿 豎腹桿 主檁條 軸力 -1100kN -1650kN -800kN -1450kN -250kN -50kN -1160kN 截面 2

22、50X250X14 250X250X20 - 289X19 - 2102X19 108X12 168X8 BH320X250X9X14 主場(chǎng)館環(huán)梁及縱向空間桁架桿件控制內(nèi)力與截面 表 二 環(huán) 梁 RT2 間、RT40 間 其余區(qū)段 主桁下弦 主桁上弦 主桁上弦端部 內(nèi)力 N=4806kN T=1933kN Mx=1509kN.m My=1424kN.m Vx=347kN Vy=342kN N=-4679kN T=70kN Mx=904kN.m My=-193kN.m Vx=-56kN Vy=-192kN N=-1755kN N=-2310kN N=-1340kN 截面 650X1200X32

23、650X1200X20 273X12 273X14 300X300X20 5、主場(chǎng)館屋蓋的內(nèi)力特點(diǎn)、主場(chǎng)館屋蓋的內(nèi)力特點(diǎn)）輻射桁架下弦以壓桿控制。）輻射桁架下弦以壓桿控制。）主桁架上下弦桿拉壓互相交錯(cuò)，截面以壓桿控制。）主桁架上下弦桿拉壓互相交錯(cuò)，截面以壓桿控制。)環(huán)梁變形：垂直荷載下兩端向內(nèi)收，中部向外移；溫度作用下環(huán)梁變形：垂直荷載下兩端向內(nèi)收，中部向外移；溫度作用下沿徑向外移。沿徑向外移。)支座最大壓力支座最大壓力1200KN，最大水平推力，最大水平推力350KN，支座允許徑向，支座允許徑向位移位移80mm, 切向位移切向位移55mm。)最大豎向位移：計(jì)算最大豎向位移：計(jì)算120mm，施

24、工完成實(shí)測(cè)，施工完成實(shí)測(cè)90mm.5、輻射桁架試驗(yàn)?zāi)康妮椛滂旒茉囼?yàn)?zāi)康蔫旒茉囼?yàn)要求達(dá)到以下目的桁架試驗(yàn)要求達(dá)到以下目的: 1)驗(yàn)證桁架下弦用垂直交叉索約束下弦平面外穩(wěn)定的可行性和安全驗(yàn)證桁架下弦用垂直交叉索約束下弦平面外穩(wěn)定的可行性和安全性性; 2) 桁架支座端板在荷載作用下的穩(wěn)定性，局部開(kāi)孔范圍及與環(huán)梁桁架支座端板在荷載作用下的穩(wěn)定性，局部開(kāi)孔范圍及與環(huán)梁連接處的應(yīng)力情況。連接處的應(yīng)力情況。 3)桁架上下弦節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)整體中的性能。桁架上下弦節(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)整體中的性能。5、輻射桁架試驗(yàn)方案輻射桁架試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案1)按按38軸輻射桁架做足尺試驗(yàn)。軸輻射桁架做足尺試驗(yàn)。2)試驗(yàn)采用上下水平拉

25、桿加載方式。試驗(yàn)采用上下水平拉桿加載方式。3)垂直交叉索采用工程施工鋼索，一端張拉錨具。垂直交叉索采用工程施工鋼索，一端張拉錨具。4)鋼索的初始張力按設(shè)計(jì)要求控制在鋼索的初始張力按設(shè)計(jì)要求控制在2550kN，在加載試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)整使，在加載試驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)整使鋼索張力不小于鋼索張力不小于15kN，保證索不退出工作。，保證索不退出工作。5)正式試驗(yàn)加載分正式試驗(yàn)加載分26級(jí)，最大加載值為級(jí)，最大加載值為2550kN。5 5、輻射桁架試驗(yàn)結(jié)論輻射桁架試驗(yàn)結(jié)論1、桁架端板在試驗(yàn)荷載作用下是穩(wěn)定的，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)狀態(tài)。、桁架端板在試驗(yàn)荷載作用下是穩(wěn)定的，不會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)狀態(tài)。2、只要索保持拉力狀態(tài)和左右張緊的

26、平衡狀態(tài)，采用拉索做支撐的概念、只要索保持拉力狀態(tài)和左右張緊的平衡狀態(tài)，采用拉索做支撐的概念設(shè)計(jì)是可行的。設(shè)計(jì)是可行的。3、用垂直交叉索約束下弦平面外穩(wěn)定，作為減少計(jì)算長(zhǎng)度、用垂直交叉索約束下弦平面外穩(wěn)定，作為減少計(jì)算長(zhǎng)度 的支撐是可的支撐是可行的。行的。4、上弦節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了主管連接面塑性破壞模式。在設(shè)計(jì)荷載下，上弦、上弦節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了主管連接面塑性破壞模式。在設(shè)計(jì)荷載下，上弦方管可不采用方管可不采用 補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是安全的。補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是安全的。5、下弦節(jié)點(diǎn)破壞主要是焊縫破壞。在設(shè)計(jì)荷載下，節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)生焊縫破、下弦節(jié)點(diǎn)破壞主要是焊縫破壞。在設(shè)計(jì)荷載下，節(jié)點(diǎn)不會(huì)發(fā)生焊縫破壞的節(jié)點(diǎn)失效模壞的

27、節(jié)點(diǎn)失效模 式。式。5、輻射桁架試驗(yàn)內(nèi)力對(duì)比輻射桁架試驗(yàn)內(nèi)力對(duì)比在最大加載2550KN作用下，上下弦桿的試驗(yàn)內(nèi)力和設(shè)計(jì)內(nèi)力對(duì)比見(jiàn)表一。其中第一段為與主桁架連接段，第二段為中部垂直交叉索之間10米跨段，第三段為與端板連接段。設(shè)計(jì)控制內(nèi)力是與試驗(yàn)桁架上下弦截面相同的341軸下弦，212，3040軸上弦的截面設(shè)計(jì)控制值。對(duì)于下弦桿，試驗(yàn)內(nèi)力達(dá)到了設(shè)計(jì)控制內(nèi)力的1.3倍以上。5、輻射桁架端板分析輻射桁架端板分析 2.在桁架端板開(kāi)孔邊緣，下弦桿與端板用厚鋼板雙面貼角焊在桁架端板開(kāi)孔邊緣，下弦桿與端板用厚鋼板雙面貼角焊250mm長(zhǎng)，從試驗(yàn)值看到，長(zhǎng)，從試驗(yàn)值看到，下弦下弦桿的內(nèi)力為桿的內(nèi)力為-14460K

28、N，孔位，孔位桿內(nèi)力為桿內(nèi)力為-404.3KN，通過(guò)焊縫直接將下弦桿內(nèi)，通過(guò)焊縫直接將下弦桿內(nèi)力力72%傳到端板，減少桿端連接螺栓的壓力，滿(mǎn)足建筑師對(duì)螺栓直徑的要求。傳到端板，減少桿端連接螺栓的壓力，滿(mǎn)足建筑師對(duì)螺栓直徑的要求。3 .支座端板應(yīng)力分布與有限元分析支座端板應(yīng)力分布與有限元分析,在端板下半部，主應(yīng)力直線(xiàn)基本呈水平狀，主應(yīng)力在端板下半部，主應(yīng)力直線(xiàn)基本呈水平狀，主應(yīng)力值在值在5079MPa，12點(diǎn)平均值為點(diǎn)平均值為63 .4MPa；最大主應(yīng)力值為；最大主應(yīng)力值為84.2MPa，位置在端板，位置在端板與水平鋼梁的連接邊緣，開(kāi)孔周?chē)畲笾鲬?yīng)力為與水平鋼梁的連接邊緣，開(kāi)孔周?chē)畲笾鲬?yīng)力為-

29、78.6MPa 。4.有限元計(jì)算采用軟件有限元計(jì)算采用軟件COSMOS，建立三維實(shí)體模型，邊界條件與試驗(yàn)的實(shí)際邊界條，建立三維實(shí)體模型，邊界條件與試驗(yàn)的實(shí)際邊界條件相同。端板下部件相同。端板下部1的最大值為的最大值為70Mpa，在端板與環(huán)梁交接處，在端板與環(huán)梁交接處，1最大值為最大值為80Mpa。有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)下端板主應(yīng)力比較，結(jié)果基本吻合，另分析有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)下端板主應(yīng)力比較，結(jié)果基本吻合，另分析r沿截面的變化沿截面的變化規(guī)律是一致的，數(shù)值也一致相近。規(guī)律是一致的，數(shù)值也一致相近。 5、輻射桁架端板分析輻射桁架端板分析5、輻射桁架端板設(shè)計(jì)輻射桁架端板設(shè)計(jì)5、輻射桁架端板輻射桁架端

30、板5、輻射桁架端板輻射桁架端板5 5、預(yù)應(yīng)力索試驗(yàn)情況、預(yù)應(yīng)力索試驗(yàn)情況1） 索索2 2，3 3，6 6，7 7與桁架下弦連接，張力隨荷載與桁架下弦連接，張力隨荷載P P加大而減少。索加大而減少。索1 1，4 4，5 5，8 8與桁架上弦與桁架上弦連接，張力隨荷載連接，張力隨荷載P P加大而增大加大而增大。2）試驗(yàn)條件與實(shí)際條件不同，試驗(yàn)時(shí)索與桁架上弦連接實(shí)際上是固定在支架上，而不是）試驗(yàn)條件與實(shí)際條件不同，試驗(yàn)時(shí)索與桁架上弦連接實(shí)際上是固定在支架上，而不是在另一榀輻射桁架的上弦節(jié)點(diǎn)上；另試驗(yàn)荷載沒(méi)有采用垂直加荷，桁架在垂直方向的在另一榀輻射桁架的上弦節(jié)點(diǎn)上；另試驗(yàn)荷載沒(méi)有采用垂直加荷，桁架在

31、垂直方向的變位也與實(shí)際不同，索力在加載下的變化規(guī)律與整體計(jì)算有差別。變位也與實(shí)際不同，索力在加載下的變化規(guī)律與整體計(jì)算有差別。3）從試驗(yàn)可以看到，索對(duì)下弦桿平面外的穩(wěn)定起重要作用，如果沒(méi)有索控制，對(duì)近）從試驗(yàn)可以看到，索對(duì)下弦桿平面外的穩(wěn)定起重要作用，如果沒(méi)有索控制，對(duì)近2525米米長(zhǎng)的下弦桿，在試驗(yàn)荷載下會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)的破壞模態(tài)。長(zhǎng)的下弦桿，在試驗(yàn)荷載下會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)的破壞模態(tài)。4 4）桁架試驗(yàn)證實(shí)，用垂直交叉索作為約束下弦平面外穩(wěn)定，只要索保持拉力狀態(tài)和左右）桁架試驗(yàn)證實(shí)，用垂直交叉索作為約束下弦平面外穩(wěn)定，只要索保持拉力狀態(tài)和左右張緊的平衡狀態(tài)，減少計(jì)算長(zhǎng)度支撐是可行的。張緊的平衡狀態(tài)，減少計(jì)算

32、長(zhǎng)度支撐是可行的。5 5、索預(yù)張拉力的確定、索預(yù)張拉力的確定 1 1）通過(guò)對(duì)屋蓋進(jìn)行非線(xiàn)性屈曲分析。整體）通過(guò)對(duì)屋蓋進(jìn)行非線(xiàn)性屈曲分析。整體屈曲模態(tài)的出現(xiàn)一般屈曲模態(tài)的出現(xiàn)一般 是在上弦先出現(xiàn)屈曲，繼而下弦發(fā)生失穩(wěn)，屋蓋有整體扭曲是在上弦先出現(xiàn)屈曲，繼而下弦發(fā)生失穩(wěn)，屋蓋有整體扭曲 的趨勢(shì)，只有保證索不出現(xiàn)退出工作，結(jié)構(gòu)體系是安全可靠的趨勢(shì)，只有保證索不出現(xiàn)退出工作，結(jié)構(gòu)體系是安全可靠 的。的。2 2）從整體彈性計(jì)算中看到，在對(duì)索預(yù)加拉力）從整體彈性計(jì)算中看到，在對(duì)索預(yù)加拉力30KN30KN，在各種情況下，在各種情況下 索內(nèi)力變化不同，在索內(nèi)力變化不同，在101040KN40KN之內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)

33、退出的情況。之內(nèi)，沒(méi)有出現(xiàn)退出的情況。3 3）雖然試驗(yàn)不能真實(shí)反映實(shí)際，但）雖然試驗(yàn)不能真實(shí)反映實(shí)際，但從試驗(yàn)桁架的變形測(cè)量值看出從試驗(yàn)桁架的變形測(cè)量值看出 一對(duì)索的張拉力不等，會(huì)引起下弦節(jié)點(diǎn)的水平位移一對(duì)索的張拉力不等，會(huì)引起下弦節(jié)點(diǎn)的水平位移 。4 4）根據(jù)計(jì)算和試驗(yàn)，我們確定索初張拉力在）根據(jù)計(jì)算和試驗(yàn)，我們確定索初張拉力在252540kN40kN，一對(duì)下弦，一對(duì)下弦 索張拉力差不大于索張拉力差不大于5kN5kN的施工要求的施工要求 5、索端節(jié)點(diǎn)大樣、索端節(jié)點(diǎn)大樣5、支座、支座5、上下弦節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)康摹⑸舷孪夜?jié)點(diǎn)試驗(yàn)?zāi)康?1。 方鋼管與圓鋼管的直接焊接相貫節(jié)點(diǎn)，尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)工程中有應(yīng)方鋼

34、管與圓鋼管的直接焊接相貫節(jié)點(diǎn)，尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)工程中有應(yīng)用情況的報(bào)導(dǎo)，當(dāng)時(shí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范用情況的報(bào)導(dǎo)，當(dāng)時(shí)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ17-88也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的計(jì)算規(guī)定，也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的計(jì)算規(guī)定，因此，需要判明節(jié)點(diǎn)支管的承載力以及相貫節(jié)點(diǎn)是否需要加強(qiáng)等情況，因此，需要判明節(jié)點(diǎn)支管的承載力以及相貫節(jié)點(diǎn)是否需要加強(qiáng)等情況，對(duì)上下弦節(jié)點(diǎn)進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算比較，并對(duì)上下弦節(jié)點(diǎn)進(jìn)行靜力加載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與節(jié)點(diǎn)有限元計(jì)算比較，并選用計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選用計(jì)算公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2。根據(jù)有關(guān)資料分析，不設(shè)加勁肋的方管弦桿與圓管腹桿直接焊接相根據(jù)有關(guān)資料分析，不設(shè)加勁肋的方管弦桿與圓管腹桿直接焊接相

35、貫節(jié)點(diǎn)可能有如下的破壞模式貫節(jié)點(diǎn)可能有如下的破壞模式:與腹桿相連的弦桿板件與腹桿相連的弦桿板件(翼緣板翼緣板)形成塑性形成塑性鉸機(jī)構(gòu)；弦桿翼緣沖剪破壞；在腹板壓力作用下弦桿側(cè)壁壓曲；焊縫連鉸機(jī)構(gòu)；弦桿翼緣沖剪破壞；在腹板壓力作用下弦桿側(cè)壁壓曲；焊縫連接破壞。造成節(jié)點(diǎn)破壞的條件是腹桿軸力很大。當(dāng)受拉腹桿軸力很大時(shí)，接破壞。造成節(jié)點(diǎn)破壞的條件是腹桿軸力很大。當(dāng)受拉腹桿軸力很大時(shí)，連接焊縫可能破壞；當(dāng)受壓腹桿壓力很大時(shí)，可能引起弦桿翼緣塑性過(guò)連接焊縫可能破壞；當(dāng)受壓腹桿壓力很大時(shí)，可能引起弦桿翼緣塑性過(guò)度發(fā)展直至產(chǎn)生塑性鉸或弦桿腹板被壓屈，兩者軸力較大時(shí)，也可能發(fā)度發(fā)展直至產(chǎn)生塑性鉸或弦桿腹板被壓屈

36、，兩者軸力較大時(shí)，也可能發(fā)生沖剪形式的破壞。為達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康囊?，試?yàn)方案采取增大節(jié)點(diǎn)處弦生沖剪形式的破壞。為達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康囊?，試?yàn)方案采取增大節(jié)點(diǎn)處弦桿壓力差（即增大腹桿中軸力）的控制條件對(duì)弦桿兩端施加軸力荷載，桿壓力差（即增大腹桿中軸力）的控制條件對(duì)弦桿兩端施加軸力荷載，直至最后破壞。直至最后破壞。 5、上節(jié)點(diǎn)試件模型、上節(jié)點(diǎn)試件模型5、上節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果、上節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果隨腹桿中軸力加大，弦桿上翼緣產(chǎn)生隨腹桿中軸力加大，弦桿上翼緣產(chǎn)生面外彎曲變形，受壓腹桿相連處翼緣面外彎曲變形，受壓腹桿相連處翼緣板向鋼管內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，受拉腹桿相連處板向鋼管內(nèi)側(cè)凹進(jìn)，受拉腹桿相連處翼緣板則向管外凸出，在臨近極限荷翼緣

37、板則向管外凸出，在臨近極限荷載時(shí)，這種變形已能十分明顯地被觀載時(shí)，這種變形已能十分明顯地被觀察到。試驗(yàn)結(jié)束前，察到。試驗(yàn)結(jié)束前，JDUL的受壓腹的受壓腹桿與弦桿的節(jié)點(diǎn)部位已達(dá)到承載極限，桿與弦桿的節(jié)點(diǎn)部位已達(dá)到承載極限，JDUR的拉、壓腹桿都已出現(xiàn)承載力的拉、壓腹桿都已出現(xiàn)承載力下降的趨勢(shì)。最后，方鋼管弦桿的上下降的趨勢(shì)。最后，方鋼管弦桿的上翼緣板與受拉腹桿相連處被撕裂，呈翼緣板與受拉腹桿相連處被撕裂，呈拉剪破壞狀，節(jié)點(diǎn)破壞模式為主管連拉剪破壞狀，節(jié)點(diǎn)破壞模式為主管連接面塑性破壞。接面塑性破壞。 5、上節(jié)點(diǎn)有限元分析、上節(jié)點(diǎn)有限元分析 有限元分析計(jì)算采用有限元分析計(jì)算采用COSMOS軟件，模型

38、采用三維實(shí)體建模，軟件，模型采用三維實(shí)體建模，在腹桿端部加局部約束來(lái)模擬鉸在腹桿端部加局部約束來(lái)模擬鉸支座，弦桿兩端為自由端。加載支座，弦桿兩端為自由端。加載時(shí)在弦桿上下兩端加數(shù)值不同的時(shí)在弦桿上下兩端加數(shù)值不同的均布?jí)毫亩a(chǎn)生壓力差。將計(jì)均布?jí)毫亩a(chǎn)生壓力差。將計(jì)算結(jié)果腹桿與弦桿相交處的算結(jié)果腹桿與弦桿相交處的Mises應(yīng)力圖與試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)力圖與試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力作比較，符合較好。作比較，符合較好。5、下節(jié)點(diǎn)試件模型、下節(jié)點(diǎn)試件模型試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案 試驗(yàn)位置：端板第一節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)位置：端板第一節(jié)點(diǎn)和距主桁架第一節(jié)點(diǎn)，該兩和距主桁架第一節(jié)點(diǎn)，該兩節(jié)點(diǎn)是各桁架節(jié)點(diǎn)下弦力差節(jié)點(diǎn)是各桁架節(jié)點(diǎn)下弦力差最大值的位置。最大值的位置。試件破壞的兩種可能性：（試件破壞的兩種可能性：（1）桿件與實(shí)心棒的任意一條焊桿件與實(shí)心棒的任意一條焊接失效，屬于節(jié)點(diǎn)破壞性質(zhì)。接失效，屬于節(jié)點(diǎn)破壞性質(zhì)。產(chǎn)生連接焊縫破壞的可能原產(chǎn)生連接焊縫破壞的可能原因是各腹桿（尤其是受拉腹因是各腹桿（尤其是受拉腹桿）軸力太大，或是下弦桿桿）軸力太大，或是下弦桿兩端力差大。兩端力差大。（2）桿件發(fā)生強(qiáng)度或穩(wěn)定性）桿件發(fā)生強(qiáng)度或穩(wěn)定性的失效，屬于桿件破壞性質(zhì)。的失效，屬于桿件破壞性質(zhì)。 試驗(yàn)方案考慮逐步增大節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)方案考慮逐步增大節(jié)點(diǎn)