深圳寶安體育場(chǎng)屋蓋索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)_圖文

1、工程設(shè)計(jì)深圳寶安體育場(chǎng)屋蓋索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)朱昊粱12孫文波1耿艷麗L2趙冉2陳偉3(1.華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院,廣州510640f2.華南理工大學(xué)土木工程系,廣州510640;3.SBP設(shè)計(jì)事務(wù)所,德國斯圖加特70182摘要:以深圳寶安體育場(chǎng)屋蓋的輪輻式索膜結(jié)構(gòu)為背景,介紹其設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)體系。采用大型有限元軟件STRAND7對(duì)其進(jìn)行找形分析、荷栽態(tài)分析和動(dòng)力特性分析。對(duì)其主要計(jì)算結(jié)果進(jìn)行闡述,以供同類工程參考。關(guān)鍵詞:索膜結(jié)構(gòu);找形分析;荷載態(tài)分析;動(dòng)力特征分析THE DESIGN0F CABLE-MEMBRANE RoOF STRUCTURE OFSHENZHEN BAoAN STADIU

2、MZhu Haolian912Sun Wenb01Geng Yanlil2Zhao Ran2Chen Wei3(1.Architecture Design and Research Institute.South China University of TechnologyGuangzhou510640,China s2.Department of Civil Engineering。South China University of Technology,Guangzhou510640,China;3.Schtaieh Bergerman and Partner。Stuttgart70182

3、,GermanyABSTRACT:Based on the wheelspoke cable-membrane roof structure of Shenzhen Baoan Stadium,design concept and structure system are introduced firstly.With FEM software STRAND7,it is expounded that the maincalculating results of its formfinding,analysis of load and dynamic characteristics.Which

4、 mayprovide experience forsimilar projects.KEY WORDS:cable-membrane structure;form-finding analysis;load analysis;analysis of dynamic feature1工程概述深圳寶安體育場(chǎng)總建筑面積10049m2,可容納35000名觀眾,建成后將成為一座集比賽、訓(xùn)練、集會(huì)、演出等功能于一體的規(guī)模巨大、設(shè)施先進(jìn)的綜合體育場(chǎng),并承擔(dān)2011年深圳國際大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)的足球比賽項(xiàng)目。環(huán)繞體育場(chǎng)的280根綠柱好似一根根挺拔的翠竹,而屋蓋大面積的膜材結(jié)構(gòu)猶如騰于這片“竹林”之上的浮云,整個(gè)結(jié)

5、構(gòu)與足球綠茵場(chǎng)融為一體(圖1,既很好地詮釋了足球比賽的真諦,又充分體現(xiàn)了中國嶺南建筑的特色。圖1寶安體育場(chǎng)建筑效果屋蓋結(jié)構(gòu)采用輪輻式索膜結(jié)構(gòu)(圖2、圖3。為了豐富“竹林”的視覺效果,除內(nèi)拉環(huán)、外壓環(huán)和支承柱之外,還設(shè)置了一圈由184根幕墻柱支撐的幕墻環(huán)。整個(gè)體育場(chǎng)的平面為直徑245m的圓形,只有幕墻結(jié)構(gòu)外的主結(jié)構(gòu)平面投影略顯橢圓形(長(zhǎng)軸237m,短軸230m,進(jìn)深54m。少部分局部應(yīng)力較大的節(jié)點(diǎn)采用Q390B鋼,其余主要構(gòu)件均采用Q345一B鋼。圖2寶安體育場(chǎng)總體結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖圖3寶安體育場(chǎng)剖面第一作者:朱吳粱,男,1986年2月出生.碩士。Email:zhuhaolian986163corn.收

6、稿日期:2009050536 鋼結(jié)構(gòu)2009年第10期第24卷總第125期 工程設(shè)計(jì)注:表中所示均為各相應(yīng)單元的最大預(yù)應(yīng)力值。5荷載態(tài)分析 索膜結(jié)構(gòu)屋蓋的自重很輕。根據(jù)文獻(xiàn)E2其地震作用的效應(yīng)組合將不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起控制作用。而本工程屋蓋中央的開洞很大,所以屋蓋所承受的上吸風(fēng)荷載較大,起到了控制性的作用,是本結(jié)構(gòu)的主要荷載。索膜結(jié)構(gòu)受力具有較強(qiáng)的幾何非線性特征,因此對(duì)于承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要使用組合荷載進(jìn)行非線性分析。由于組合種類繁多,為節(jié)省篇幅,本文僅列出正常使用極限狀態(tài)下幾種基本組合荷載所產(chǎn)生的最大結(jié)構(gòu)反應(yīng)(表2。圖6為縱風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的總體變形圖(變形已放大。圖6結(jié)構(gòu)Z向變

7、形示意m表2風(fēng)荷載基本組合荷載作用下各主要單元的最大結(jié)構(gòu)反應(yīng)工況上徑向索下徑向索上拉環(huán)下拉環(huán)外壓環(huán)飛柱恒+0。風(fēng)a恒+O。風(fēng)b恒+30。風(fēng)a 恒+30。風(fēng)b 恒+60。風(fēng)a 恒+60。風(fēng)b 恒+90。風(fēng)b616.996L 136744.534831.436015.934841.935826.434833.435037.2684.9645.8664.3638.4655.3634.2629.16動(dòng)力特性分析輪輻式索膜結(jié)構(gòu)與普通的非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)不同,本屋蓋結(jié)構(gòu)體系必須在施加預(yù)應(yīng)力之后才能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),因此應(yīng)該以找形完畢后的狀態(tài)作為求解狀態(tài)。也就是在求解廣義特征值時(shí)應(yīng)考慮初始應(yīng)力矩陣的影響,如公式(1所示:(K。一K。一以2MU一0(1式中:EK。為初始狀態(tài)下的總剛矩陣;K。為總初始應(yīng)力矩陣;EM3為質(zhì)量矩陣;U為振型向量;0為自振圓頻率。結(jié)構(gòu)前10階自振周期范圍為1.470.98S。其中第l、第2階振型為1階翹曲振動(dòng),第3階振型為整體扭轉(zhuǎn),第4、第5階振型為環(huán)梁平面內(nèi)振動(dòng),第6階振型為整體豎向振動(dòng)(圖7。由計(jì)算結(jié)果可知,結(jié)構(gòu)的整體剛度尚可。 圖7結(jié)構(gòu)振型(下轉(zhuǎn)第23頁3