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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(jié)點主要采用螺栓球，部分受力較大部位采用焊接球節(jié)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(jié)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(qū)濱河新區(qū)，體育場分為A、B、C、D四個區(qū)，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(huán)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(qū)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(jié)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(jié)點局部進行加強，確保節(jié)點連接可靠。
    1.2.4設計時將A、C區(qū)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(jié)點分析
    烏海市奧林匹克體育中心看臺網殼結構節(jié)點處于復雜的空間受力狀態(tài)，節(jié)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(qū)看臺上、下支座節(jié)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(jié)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(jié)點中選取典型的節(jié)點進行有限元分析，分別為A、C看臺支座節(jié)點，拉桿支座連接節(jié)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(jié)點進行加強，有效提高節(jié)點在復雜內力作用下的承載能力。
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