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烏海奧體中心體育場看臺罩棚網殼設計

作者：金 鑫 等    
時間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
烏海奧體中心體育場看臺罩棚采用大懸挑雙層空間雙曲面網殼，建筑造型新穎、復雜。網殼節點主要采用螺栓球，部分受力較大部位采用焊接球節點。本文介紹了本工程的結構特點及設計時所考慮的關鍵要點。關鍵詞：空間雙曲面網殼 風洞試驗 特殊節點 懸挑結構
     

    設計要點
    一.工程概況：
    烏海市奧體中心體育場坐落于烏海市海南區濱河新區，體育場分為A、B、C、D四個區，總建筑面積30078m2。

    1、結構特點
    1.1、網殼結構特點：
    1.1.1雙曲面“如意”造型新穎別致；
    1.1.2懸挑大，且無環向連通；
    1.1.3拉、壓支座距離短，傾覆力矩大；
    1.1.4罩棚網殼上傾角大，迎風面積很大；
    1.1.5后壓桿長，在負風壓作用時，抗壓強度低。
    1.2、結構設計要點：
    烏海奧體中心體育場看臺罩棚懸挑大，懸挑端頂標高高，結構上傾角度大，加之該地區風荷載很大，因此罩棚的抗風設計是重中之重，故特此做了風洞試驗。
    1.2.1風壓或體形系數由風洞試驗測定，進行分析后取值。
    1.2.2在網殼分析時，對網殼桿件進行滿應力分析，使網殼桿件的應力值比較均勻，充分利用材料強度，節約材料。
    1.2.3前端壓力支座采用壓力平板支座，按拉壓受力設計；后拉桿屬關鍵部位，連接節點局部進行加強，確保節點連接可靠。
    1.2.4設計時將A、C區網殼各分為五大塊，塊體之間設置變形縫，可避免溫度、不均勻沉降產生的附加應力。





    2.4、荷載組合及設計控制指標
    設計中考慮的荷載組合：
    (1) 1.20靜
    (2) 1.20靜 + 1.40活1
    (3) 1.20靜 + 1.40風i
    (4) 1.20靜 + 1.40活1 + 0.84風i
    (5) 1.20靜 + 0.98活1 + 1.40風i
    (6) 1.20靜 + 1.30震8
    (7) 1.20靜 + 0.60活1 + 1.30震8
    設計控制指標：最大應力比控制在0.9以內，拉、壓桿長細比≤180。
    2.5、特殊節點分析
    烏海市奧林匹克體育中心看臺網殼結構節點處于復雜的空間受力狀態，節點的受力性能對結構的受力性能和安全性有至關重要的影響。分別對A、C區看臺上、下支座節點進行了非線性有限元分析。有限元分析采用大型有限元軟件ANSYS進行，鋼材采用理想的彈塑性模型，計算模型為三維實體模型。計算單元選用20節點三維實體單元3D SOLID95。3D SOLID95單元具有塑性、徐變、應力剛化、大變形及大應變能力。各桿件內力根據整體結構計算確定。
    在整個鋼結構節點中選取典型的節點進行有限元分析，分別為A、C看臺支座節點，拉桿支座連接節點。（見圖5、圖6）

    3、 結語
    3.1、對于烏海市奧林匹克體育中心看臺這類大跨度懸挑結構，風荷載對結構影響很大， 因此罩棚的抗風設計是重中之重。
    3.2、壓力支座部位最大壓桿受力比較復雜，其截面根據計算結果適當調大，對整個結構的安全性提供有效保障。
    3.3、后拉桿連接節點進行加強，有效提高節點在復雜內力作用下的承載能力。
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