體育場(chǎng)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)說(shuō)明0606

1、臨夏市奧體中心體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)罩棚結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)上海普玄建設(shè)工程有限公司 體育場(chǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)一、 工程概況甘肅臨夏體育場(chǎng)于甘肅省臨夏市區(qū)，選址東側(cè)為折雙路，西側(cè)為南濱河?xùn)|路，南側(cè)為規(guī)劃路，北側(cè)為龍巖南路。體育場(chǎng)建筑平面尺寸262mx232.6m，總建筑面積約36753 m2，可容納2萬(wàn)名觀眾。體育場(chǎng)平面圖如下圖所示：圖1 體育場(chǎng)平面圖二、設(shè)計(jì)規(guī)范和依據(jù)1、建設(shè)單位提供的委托任務(wù)書(shū)及本院有關(guān)專(zhuān)業(yè)資料。2、臨夏體育場(chǎng)建筑方案平面布置圖、剖面圖2、主要設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) gb 50068-2001 建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn) gb 50223-2008 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 g

2、b 50009-2012 混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 gb 50010-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 gb 50011-2010 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 gb 50017-2003 高層民用建筑鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 jgj 99-98拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 jgj/t249-2011冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范 gb50018-2002 建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程 jgj181-2002 鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)，施工及驗(yàn)收規(guī)程 jgj82-91空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 jgj 7-20103、建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)和設(shè)計(jì)使用年限建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：一級(jí)建筑重要性系數(shù)：1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限：50年結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：50年建筑抗震設(shè)防分類(lèi)：乙類(lèi)

3、三、設(shè)計(jì)荷載1、屋面恒載：取0.6 kn/m2 （自重另計(jì)）；懸掛荷載：根據(jù)設(shè)備專(zhuān)業(yè)提供的設(shè)備重量及布置位置及馬道的平面布置輸入2、屋面活荷載：取0.5 kn/m2 （并考慮不利布置）； 3、 風(fēng)荷載 1) 設(shè)計(jì)風(fēng)荷載100年重現(xiàn)期之基本風(fēng)壓為0.35kn/m2， 2) 地面粗糙度類(lèi)別為b類(lèi)。 3）屋蓋體型系數(shù)：+1.3-1.3-1.3+0.5 4）屋蓋的風(fēng)振系數(shù)取1.8。 4、雪荷載 取100年一遇基本雪壓：0.3 kn/m2（并考慮不利布置）； 5、地震作用 本工程為重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)，抗震設(shè)防分類(lèi)為乙類(lèi)， 抗震設(shè)防烈度7度，第三組，基本地震加速度值0.10g。場(chǎng)地土類(lèi)別:二類(lèi)場(chǎng)地特征周期:0.4

4、5s阻尼比0.02 6、溫度作用取使用階段最高和最低溫度與鋼結(jié)構(gòu)安裝合攏溫度的差值且對(duì)金屬結(jié)構(gòu)等對(duì)氣溫變化比較敏感的結(jié)構(gòu)，宜考慮極端氣溫影響結(jié)構(gòu)初始溫度10°，升溫30°，降溫-40° 7、荷載組合無(wú)地震參與的承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合(考慮了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1)組 合恒載活(雪)載負(fù)風(fēng)壓正風(fēng)壓升溫降溫1恒+活(雪)1.350.7x1.42恒+活(雪)1.21.43恒+負(fù)風(fēng)1.01.44恒+活(雪)+正風(fēng)1.21.40.6*1.45恒+活(雪)+負(fù)風(fēng)1.21.40.6*1.46恒+正風(fēng)+活(雪)1.20.7x1.41.47恒+負(fù)風(fēng)+活(雪)1.20.7x1.41

5、.48恒+升溫1.01.29恒+降溫1.21.210恒+活(雪)+降溫1.20.7x1.41.211恒+活(雪)+降溫1.21.40.6x1.212恒+負(fù)風(fēng)+升溫1.01.40.6*1.213恒+升溫+負(fù)風(fēng)1.00.6x1.41.214恒+正風(fēng)+降溫1.21.40.6*1.215恒+降溫+正風(fēng)1.20.6x1.41.2有地震參與組合的承載力極限狀態(tài)荷載效應(yīng)組合組 合恒載活(雪)載x向地震y向地震z向地震風(fēng)溫度1x向地震作用與風(fēng)荷載1.20.71.3±0.2x1.42y向地震作用與風(fēng)荷載1.20.71.3±0.2x1.43豎向地震作用與風(fēng)荷載1.20.71.3±0.

6、2x1.44x、豎向地震作用與風(fēng)荷載1.20.71.30.5±0.2x1.45y、豎向地震作用與風(fēng)荷載1.20.61.30.5±0.2x1.46三向地震作用與風(fēng)荷載1.31.30.5±0.2x1.47三向地震作用（z向?yàn)橹鳎┡c風(fēng)荷載0.50.51.3±0.2x1.48x向地震與溫度作用1.20.71.3±0.3 x1.29y向地震作用與溫度作用1.20.71.3±0.3 x1.210豎向地震與風(fēng)溫度作用1.20.71.3±0.3 x1.211x、豎向地震作用與風(fēng)荷載1.20.71.30.5±0.3 x1.212y、

7、豎向地震作用與風(fēng)荷載1.20.71.30.5±0.3 x1.213三向地震作用與風(fēng)荷載1.31.30.5±0.3 x1.214三向地震作用（z向?yàn)橹鳎┡c風(fēng)荷載0.50.51.3±0.3 x1.2注：風(fēng)荷載及溫度作用均包括正負(fù)兩種組合；計(jì)算水平地震作用和同時(shí)計(jì)算水平與豎向地震作用時(shí)：承載力抗震調(diào)整系數(shù)取0.75；僅計(jì)算豎向地震作用：承載力抗震調(diào)整系數(shù)取1.0；風(fēng)荷載組合值系數(shù)取0.2，溫度作用組合值系數(shù)取0.3； 同時(shí)考慮x偏45度地震作用及雙向水平地震作用。正常使用極限狀態(tài)荷載組合組 合恒載活(雪)載負(fù)風(fēng)壓正風(fēng)壓升 溫降 溫1恒+活(雪)1.01.02恒+負(fù)風(fēng)壓1

8、.01.03恒+正風(fēng)壓1.01.04恒+升溫1.01.05恒+降溫1.01.0 四、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)屋頂桁架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制參數(shù)變形指標(biāo)：罩棚前端撓度控制為l/125（l為罩棚懸挑長(zhǎng)度）應(yīng)力指標(biāo)：桿件最大組合設(shè)計(jì)應(yīng)力不大于0.9f（f為鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度）穩(wěn)定指標(biāo)：結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定及受壓構(gòu)件局部穩(wěn)定極限屈曲荷載/ （恒+活）荷載的屈曲系數(shù)k5 2、結(jié)構(gòu)選型體育場(chǎng)屋蓋為全鋼結(jié)構(gòu),最大高度約為30米，最大水平長(zhǎng)度約為48米，最大懸挑長(zhǎng)度約為33米。屋面采用懸挑空間桁架結(jié)構(gòu)體系，材料選用q345d的熱軋無(wú)縫圓管。主桁架采用正放三角形空間桁架，寬度2m，最大根部高度5m，端部高度1m。下圖為單榀典型桁架

9、剖面圖：圖2 典型桁架剖面、軸側(cè)圖 圖3 桁架布置圖根據(jù)建筑要求，桁架結(jié)構(gòu)采用正放三角形鋼管桁架，桁架平面布置詳見(jiàn)圖3，由于兩榀桁架之間有一部分“花瓣型”的透明膜存在，結(jié)構(gòu)通過(guò)在透明膜邊界設(shè)置環(huán)向弧型桁架連接主桁架和環(huán)向次桁架，主桁架與環(huán)向弧形桁架之間用橫桿或桁架連接。體育場(chǎng)下部混凝土看臺(tái)設(shè)置有四道伸縮縫將主體結(jié)構(gòu)分為4段，而上部鋼結(jié)構(gòu)未設(shè)結(jié)構(gòu)縫斷開(kāi)。為減少下部設(shè)縫對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的影響，并減少上部鋼結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)，設(shè)計(jì)時(shí)將伸縮縫附近的鋼結(jié)構(gòu)環(huán)向桁架與主桁架的連接節(jié)點(diǎn)改為伸縮縫滑動(dòng)節(jié)點(diǎn)，相關(guān)主桁架撐桿支座采用單向滑動(dòng)支座。3、結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件規(guī)格經(jīng)過(guò)對(duì)本工程整體結(jié)構(gòu)的初步計(jì)算，采用該懸挑空間桁架結(jié)構(gòu)體

10、系的情況下，能夠滿(mǎn)足國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范的要求。主要構(gòu)件的規(guī)格如下：主桁架：桁架最大高度約5m ，弦桿截面402，腹桿截面180、299，支座撐桿截面351環(huán)向桁架：與主桁架等高，弦桿截面245，腹桿截面180尾桁架：弦桿截面245，腹桿截面1804、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)屋面鋼管桁架主要采用相貫焊接節(jié)點(diǎn)；主桁架撐桿支座和主桁架柱腳節(jié)點(diǎn)采用抗震球形鋼支座。球形鋼支座傳力可靠，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不但具備盆式橡膠支座承載能力大、容許支座位移大等特點(diǎn)，而且作用在混凝土上的反力比較均勻，與盆式支座相比球形鋼支座不用橡膠承壓，不存在橡膠老化對(duì)支座轉(zhuǎn)動(dòng)性能的影響，特別適用于低溫地區(qū)。五、主要結(jié)構(gòu)材料1、鋼材： 屋面桁架、斜桿及檁條均采

11、用q345d。 鋼結(jié)構(gòu)的鋼材應(yīng)符合下列規(guī)定： 1)鋼材的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值與抗拉強(qiáng)度實(shí)測(cè)值的比值不應(yīng)大 于0.85； 2)鋼材應(yīng)有明顯的屈服臺(tái)階，且伸長(zhǎng)率不應(yīng)小于20； 3)鋼材應(yīng)有良好的焊接性和合格的沖擊韌性。無(wú)縫鋼管按gb/t 17395-1998選用。2、焊條：e55型焊條，用于級(jí)鋼；e50型焊條，用于q345d；六、結(jié)構(gòu)分析及結(jié)果1、分析方法計(jì)算軟件本工程結(jié)構(gòu)單元計(jì)算分析程序在此階段采用同濟(jì)大學(xué)獨(dú)立開(kāi)發(fā)的3d3s v11.0鋼結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析。根據(jù)各結(jié)構(gòu)單元情況采用足夠振型數(shù)，按振型分解反應(yīng)譜法分析，并考慮扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振動(dòng)影響。2、各區(qū)主要計(jì)算結(jié)果及初步分析 a.內(nèi)力分析結(jié)果（軸力

12、）b.屋面懸挑桁架端部垂直最大位移值組合位置位移最大值（mm）方向1恒桁架端部-105(1/314)向下2恒+活(雪)桁架端部-151(1/218)向下3恒+負(fù)風(fēng)壓桁架端部+20（1/1650）向上4恒+正風(fēng)壓桁架端部-156（1/212）向下5恒+升溫桁架端部-82（1/402）向下6恒+降溫桁架端部-136(1/242)向下組合1整體變形圖組合2整體變形圖組合3整體變形圖組合4整體變形圖組合5整體變形圖組合6整體變形圖c.典型支座反力節(jié)點(diǎn)控制組合號(hào)組合序號(hào)nxnynzmxmymzny最大311-56.1988.7-187.10.00.00.0nz最大161-24.6-303.63413.8

13、0.00.00.0mx最大11-31.959.72784.80.00.00.0my最大11-31.959.72784.80.00.00.0mz最大11-31.959.72784.80.00.00.0合力最大161-24.6-303.63413.80.00.00.0nx最小281-79.5714.71105.70.00.00.0ny最小40135.8-1047.93116.20.00.00.0nz最小261-37.7918.4-870.50.00.00.0mx最小11-31.959.72784.80.00.00.0my最小11-31.959.72784.80.00.00.0mz最小11-31.9

14、59.72784.80.00.00.0ny最大311-56.1988.7-187.10.00.00.0d.線性屈曲考慮初始荷載組合為1.0恒+1.0活及1.0恒+1.0正風(fēng)壓兩種工況。1.0恒+1.0活：結(jié)構(gòu)第一階屈曲為前端環(huán)桁架屈曲引起懸臂結(jié)構(gòu)端部的整體屈曲，線性屈曲的臨界荷載約等于6.7倍初始荷載。1.0恒+1.0正風(fēng)壓： 結(jié)構(gòu)屈曲形態(tài)同恒+活荷載模式下的結(jié)構(gòu)屈曲形態(tài)，線性屈曲的臨界荷載約等于6.6倍初始荷載。3、多程序校核為了進(jìn)一步確定結(jié)構(gòu)分析程序的可信度，在對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)共采用了兩個(gè)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件： 3d3s v11 和midas v8.0。3d3s和midas都是通用結(jié)構(gòu)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件，都具有強(qiáng)大的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)能力，使得工程師很容易地進(jìn)行復(fù)雜和大型結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)。兩個(gè)軟件建立模型時(shí)都采用完全相同的材料參數(shù)、截面特性、約束條件、荷載工況以及計(jì)算假定。通過(guò)比較，兩個(gè)程序計(jì)算結(jié)果的誤差都在5%以?xún)?nèi)，這說(shuō)明計(jì)算結(jié)果具有很高的可信度。下面僅給出上部鋼結(jié)構(gòu)模型的計(jì)算比較結(jié)果。a.自振周期比較下表列出了3d3s和midas模型從第1到第9振型的自振周期，自振周期均采用特征向量法計(jì)算。兩個(gè)程序計(jì)算得出的周期基本一致。振型階數(shù)3d3s周期（s）midas周期（s）10.79360.783520.75100.74230.74430.