廣東體育場館屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工創(chuàng)新技術(shù)

2011年深圳大運會場館屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工創(chuàng)新技術(shù)

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****科學(xué)研究院深圳分院

2011年深圳大運會新建場館為承辦2011年大運會，深圳共將投入使用54個體育場館，其中包括29個比賽場館、25個訓(xùn)練場館。除已建成投入使用的擁有35000個座位的深圳體育場、4000個座位的深圳游泳跳水館、8000個座位的**體育館等32個場館外，深圳新建22個體育場館。。新建22個體育場館布局：大運中心3個場館、***體育中心3個場館、**體育場1個場館、大學(xué)城體育中心建有3個場館、**體育中心2個場館、信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院建有2個場館、海上運動基地暨航海運動學(xué)校建有1個場館、體育運動學(xué)校新校區(qū)4個場館、鹽田區(qū)體育中心2個場館、龍崗飛碟靶場1個場館。

一、深圳大運中心深圳大運會體育中心三大場館分別是主體育場、體育館、游泳館。其中，主體育場規(guī)劃建設(shè)6萬個座位，體育館可容納1.8萬名觀眾，游泳館建設(shè)3000個座位?！彼钡慕ㄖ桨赣傻聡鳪MP國際建筑設(shè)計有限公司完成。大運中心效果圖一、深圳大運中心■（一）主體育場施工圖設(shè)計單位：深圳市建筑設(shè)計研究總院鋼結(jié)構(gòu)施工單位：中國建筑第三工程局1、工程概況屋蓋的結(jié)構(gòu)形式為單層折面空間網(wǎng)格鋼結(jié)構(gòu)，由20個形狀相近的結(jié)構(gòu)單元呈雙軸對稱分布構(gòu)成，平面為橢圓型，尺寸為285m×270m。屋蓋最高點高44.lm，在不同區(qū)域懸挑長度為51.9~68.4m，設(shè)計總用鋼量約18000t。鋼屋蓋構(gòu)成立面馬鞍形外圈（高差12m）內(nèi)圈（高差8.6m）鋼屋蓋示意圖鋼屋蓋構(gòu)成一、深圳大運中心2、設(shè)計特點

（1）鋼屋蓋主結(jié)構(gòu)為由空間三角形網(wǎng)格組成的單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的主桿件為鑄鋼管、焊接鋼管及鑄鋼管＋焊接鋼管，直徑為700~1400mm，壁厚為12~140mm

，最大長度約為50.6m；次桿件為焊接箱形截面桿件，對主結(jié)構(gòu)起到側(cè)向穩(wěn)定支撐作用。由13個三角形構(gòu)成受力節(jié)點結(jié)構(gòu)組成主桿件次桿件一、深圳大運中心（2）結(jié)構(gòu)新穎，某些關(guān)鍵技術(shù)無規(guī)范可依；因此對整體穩(wěn)定、變形控制、桿件計算長度、風(fēng)振分析等方面，進行了理論探索；（3）采用6個軟件進行結(jié)構(gòu)分析，包括整體穩(wěn)定分析、大震彈塑性時程分析、風(fēng)時程分析、節(jié)點有限元分析，進行了風(fēng)洞試驗、整體模型試驗、節(jié)點試驗；（4）鋼屋蓋設(shè)置內(nèi)環(huán)（懸挑盡端）、馬道環(huán)、肩谷環(huán)，顯著提高了結(jié)構(gòu)體剛度，減小了風(fēng)效應(yīng)，有效防止了結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌。（5）結(jié)構(gòu)的支座、背峰、背谷、肩峰、肩谷、冠谷位置采用鑄鋼節(jié)點，共120個。鑄鋼節(jié)點單件最重約90t，總重4000t

。結(jié)構(gòu)的冠峰、內(nèi)環(huán)位置為焊接節(jié)點，共40個。鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點分布示意圖組成一、深圳大運中心（6）鋼筋混凝土看臺為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)；平面形狀為橢圓型，尺寸為324m×310m；鋼屋蓋支座所在的2F平臺不設(shè)變形縫，為周長1056m的超長結(jié)構(gòu)，進行溫度、預(yù)應(yīng)力及徐變的理論研究及分析。上部看臺設(shè)置變形縫，將上部結(jié)構(gòu)分為4個單獨的結(jié)構(gòu)單元。一、深圳大運中心2、安裝特點（1）結(jié)構(gòu)安裝難點主要包括以下方面：

①結(jié)構(gòu)懸挑跨度大，且支點少；②節(jié)點構(gòu)造復(fù)雜，單個重量超大，吊裝時穩(wěn)定性難以控制；③單根鋼管超長超重，在二維方向上不斷發(fā)生變化，測最定位困難；④構(gòu)件安裝就位前的變形難以控制，容易影響安裝精準度⑤200mm厚大直徑鑄管焊接方案（2）安裝方法選擇了高空散裝法和分塊安裝法相結(jié)合的施工總方案，并嚴格按照高空原位安裝的原則，為背峰、背谷、冠谷和內(nèi)環(huán)節(jié)點位置設(shè)計了臨時支撐胎架。一、深圳大運中心（3）鋼結(jié)構(gòu)吊裝方式分為以下幾種：①巨型節(jié)點單件吊裝；②巨型主桿件單件吊裝；③小型節(jié)點與主桿件組拼吊裝；④主次桿件組拼吊裝；⑤小次桿件單獨吊裝補齊屋面結(jié)構(gòu)。（4）卸載方案如下：一次性同步卸載背谷一次性同步卸載背峰等量位移為基礎(chǔ)分多次循環(huán)同步卸載冠谷和內(nèi)環(huán)完成全部卸載一、深圳大運中心（二）主體育館

施工圖設(shè)計單位：******設(shè)計研究院鋼結(jié)構(gòu)施工單位：上海**建設(shè)有限公司1、工程概況體育館平面為圓形，直徑為144m（支座處）和158m（外圈），高度為34m。屋蓋的外圈結(jié)構(gòu)由16個形狀相同的空間折面網(wǎng)格單元構(gòu)成，中間為直徑大約為50m的球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)工程用鋼量約5800t。一、深圳大運中心（二）主體育館

體育館效果圖

體育館剖面圖一、深圳大運中心2.設(shè)計特點(1)柱腳采用了球型鉸支座，釋放了豎向傳力構(gòu)件的彎距。(2)將垂直傳遞豎向力的構(gòu)件置于球型支座的內(nèi)側(cè)，形成了部分抵抗屋蓋外張的自平衡內(nèi)力，減小了柱底的水平推力。(3)結(jié)構(gòu)體系進行了改進，即在結(jié)構(gòu)的肩谷點處設(shè)置了一圈拉環(huán)，增加拉環(huán)后，按展開面積及單位面積用鋼量，由190kg/m2降為148kg/m2

，特征值屈曲分析得到的屈曲因子，也從加拉桿前的1.927，提高到8.103

(4)對肩谷的鑄鋼節(jié)點和支座球節(jié)點進行優(yōu)化。改進后的結(jié)構(gòu)骨架圖一、深圳大運中心3、施工特點：

（1）安裝采用國內(nèi)最先進的累積旋轉(zhuǎn)滑移的施工工藝，即在東西兩側(cè)設(shè)置兩個拼裝平臺，將構(gòu)件定點拼裝并支撐在支座處的半徑分別為25米和41米的三條圓形軌道及中心圓點上，通過旋轉(zhuǎn)滑移到設(shè)定位置。

(2)鋼結(jié)構(gòu)卸載過程就是將形成整體的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋脫離三條滑移軌道及中心圓點的臨時支撐，依靠自身結(jié)構(gòu)站立起來的過程。一、深圳大運中心（三）游泳館施工圖設(shè)計單位：中建國際（深圳）設(shè)計有限公司鋼結(jié)構(gòu)施工單位：長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團）有限公司1、工程概況結(jié)構(gòu)體系為鋼筋砼框架+屋蓋鋼結(jié)構(gòu)?？傆娩摿考s4300t。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋坐落在標高4.5m的混凝土結(jié)構(gòu)柱上(支座中心標高為6.0m)。鋼結(jié)構(gòu)受力體系為空間單層折面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。從整個結(jié)構(gòu)來看，結(jié)構(gòu)承受外荷載時，跨中上弦肋桿受壓，下弦肋桿受拉，跨端正好相反。上弦肋桿與下弦肋桿之間形成一對力矩，抵抗外荷載產(chǎn)生的彎矩。次桿件將主桿件平均分為三份，起到增加結(jié)構(gòu)整體剛度的作用，并作為幕墻及屋面板的支承結(jié)構(gòu)。一、深圳大運中心（三）游泳館游泳館屋蓋示意圖

一、深圳大運中心2.設(shè)計特點(1)空間單層折面網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，受力特性更趨于單向狹長結(jié)構(gòu)，空間作用比體育館要小。（2）柱腳采用了與地面傾斜的球型鉸支座，釋放了豎向傳力構(gòu)件的彎距，并將部分水平推力轉(zhuǎn)換成向下的垂直力。（3）柱腳鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點采用球鉸式鑄鋼節(jié)點，通過預(yù)應(yīng)力錨栓固定于混凝土承臺之上，在混凝土承臺中配置了三向鋼筋網(wǎng)和型鋼。下部混凝土承臺上部鑄鋼節(jié)點球鉸式鑄鋼節(jié)點下部蘑菇形鑄件上部盆形鑄件一、深圳大運中心3.施工特點（1）搭設(shè)拼裝平臺進行高空散裝，沿縱向整體液壓同步累積滑移的施工方案進行施工?；茊卧囱b順序：從中間到兩邊、從內(nèi)側(cè)（遠離吊機位置的一側(cè)）到外側(cè)。屋蓋滑移單元一、深圳大運中心（2）本項目的滑移與支座就位：首先固定預(yù)應(yīng)力錨栓，澆注混凝土至標高4.38m；待進行最后一次滑移前，將預(yù)埋地板放入混凝土承臺內(nèi)；結(jié)構(gòu)滑移到位后，以結(jié)構(gòu)支座作為支撐點，用三條導(dǎo)鏈將預(yù)埋地板提升到設(shè)計位置，澆注混凝土。鋼結(jié)構(gòu)屋蓋整體滑移到位后，將每個球鉸支座精確校正，補澆混凝土到設(shè)計標高。（3）滑移及卸載均進行了有限元施工模擬分析，并進行了施工監(jiān)測。一、深圳大運中心游泳館屋蓋滑移完成

二、***體育中心***體育中心選定日本佐藤綜合計畫與北京建筑設(shè)計研究院聯(lián)合設(shè)計的“春繭”方案為實施方案。施工圖設(shè)計單位為北京建筑設(shè)計研究院。圖11***體育中心效果圖

二、*勁**體油育中心***避體育中劇心為空縣間大跨朵度結(jié)構(gòu)倦，屋蓋彩投影長眾度530殖m，寬240m，是目前解國內(nèi)最大的一體化鄰場館建筑簽，總用鋼斷量約2000回0t。***億體育中糞心結(jié)構(gòu)免分解圖二、**派*體育中州心游泳館和進體育館屋鈴蓋采用正交斜尾放四角好錐雙層仗網(wǎng)殼，節(jié)點采氏用焊接球而，平面投怠影均為橢撕圓形，空虧間呈拱形害，并且在怕上弦外圍感均設(shè)置封豎邊桿件，踏以提高屋瞞蓋結(jié)構(gòu)的標整體剛度劉。游泳館年屋蓋橢圓偵邊長98.戀6×7銜7.6炮m，網(wǎng)格墻邊長為3.54妨m~4m，厚度碌約4m，屋蓋最食高點標高35.漏7m，總重460t。體育館儉屋蓋橢圓葡邊長117.嗓9×10于4.3m，網(wǎng)格邊除長為3.9筆7m~戀4．41m，厚度約5m，屋蓋循最高點慘標高38.龍5m，總重720退t。游泳兵館、體穩(wěn)育館上艇弦封邊按桿件下娛分別均趨勻設(shè)置30和40個V字形支暢撐鋼柱頂，V形柱頂濁與網(wǎng)架帽鉸接，族柱腳采絨用固定考鉸支座邀。體育場：共設(shè)有2萬個座位靈，分為上橫下兩層，決罩棚最高拼處平均高巧度約40m，體育頓場和大垮樹廣場爪部分，制用鋼量120漂00t；構(gòu)件形傳式為重鋼罪構(gòu)件，技匪術(shù)難度大搭、包括類瘡似國家體秋育場（鳥阿巢）的彎族扭構(gòu)件、腿厚壁鋼管絡(luò)、鑄鋼件仔等。二、**溉*體育中災(zāi)心鋼結(jié)構(gòu)難構(gòu)件形救式分解二、*唉**體煙育中心1、設(shè)計嘗特點：售最大的嘴一體化汽場館建誕筑，鋼鞠結(jié)構(gòu)未礙分縫，螺長度530米，溫縫度應(yīng)力城起設(shè)計聰控制作翁用。2、施工蠢特點：紹彎扭構(gòu)您件、厚才壁鋼管恢、鑄鋼眨件、高寬空散拼招、分標親段卸載蔽、標段楚間連接三、**冊體育場**體仆育場采考用德國GMP國際建筑款設(shè)計有限揪公司設(shè)計鉗的“竹林”方案。施工圖設(shè)達計單位：質(zhì)華南理工照大學(xué)建筑設(shè)設(shè)計院下部鋼結(jié)染構(gòu)施工：若上海**屋蓋膜食結(jié)構(gòu)施糧工：上叫海太陽插膜工程漆公司屋蓋索分結(jié)構(gòu)施短工：中沒國建筑罩科學(xué)研聯(lián)究院建潔研科技蒜股份有識限公司懂。屋蓋結(jié)構(gòu)闊整體模型猶施工張拉撥試驗：清五華大學(xué)主要包冰括主體恥育場、憑附屬訓(xùn)筒練場、淺地下停融車庫和附體育運雕動學(xué)校狼四個部肺分。三、**猛體育場**體育患場效果圖三、**穗體育場屋蓋結(jié)申構(gòu)采用輪輻式索醋膜結(jié)構(gòu)，整個體書育場的平臣面為直徑245恭m的正圓，烏除幕墻結(jié)拜構(gòu)外，主塞結(jié)構(gòu)平面嗎投影略顯聽橢圓形，啄長軸237m，短軸230m，進深54m。膜材選載用PTFE膜，材料態(tài)抗拉強子度為130k代N/m,主受力拉險索采用高強度全桶封閉索，材料攜抗拉強透度為176劣0MP灑a。本屋蓋結(jié)差構(gòu)共有一梅個外部的壓環(huán)，兩個泉中央的拉環(huán)。外部矮的壓環(huán)凳呈馬鞍耀型，其忘高點和悶低點之艇間的高洋差為9.65鴿m。采用呆“目”材字型截卻面1800星mm×1埋100m世m(xù)，翼緣碗厚25mm，腹板耽厚35mm，豎向床加勁肋防板厚30mm。中央很上部的禿拉環(huán)由?70的全封閉氧索組成，花下部的拉遙環(huán)則為?90的全封閉慢索。整個家屋蓋共有36榀索桁架見，其上徑海向索為?75，下徑向字索為?95，7根懸掛矛索均為?20。索桁架穗與內(nèi)拉環(huán)籠相交處設(shè)棗承壓的“板飛柱”，稈其截面為?37財5×1裕0。兩個牌內(nèi)環(huán)的飼預(yù)應(yīng)力蜘在上徑旗向索和泛下徑向頃索中產(chǎn)揚生拉力捐，并傳仙遞到外套壓環(huán)上悉，形成伯自錨體暢系。徑企向的索網(wǎng)桁架不早僅能將稻整個屋往蓋的荷蕩載傳遞乞到外部知的拉環(huán)民上，同盤時還能礎(chǔ)增強外包壓環(huán)的柏整體穩(wěn)泥定性。三、*框*體育跪場屋面的膜結(jié)構(gòu)包括僅承左受拉力的紹膜材和其沫支承結(jié)構(gòu)鵝體系。支努承結(jié)構(gòu)采患用拱的形昂式，通過裳定義合適超的平面和醒拱高可以真得到膜結(jié)怖構(gòu)受力所佩需要的雙曲面。膜結(jié)騎構(gòu)將荷愉載傳遞霧到支承周拱結(jié)構(gòu)泡，同時晨在拱的雕兩邊加鳳上預(yù)應(yīng)登力拉索堂保證相樂鄰受壓習(xí)拱的平挑衡。拱曾腳處采崖用鉸接旨的形式牽，一方釘面有利撿于膜結(jié)索構(gòu)和拱頂支承的烏協(xié)同工投作，另訓(xùn)一方面嘗當(dāng)拱兩挪側(cè)的膜浴材受到匪不同的女荷載時天，拱可饞以相對苦自由地盒轉(zhuǎn)動以芬適應(yīng)荷摩載的變米化，而么不致在漆拱腳產(chǎn)柜生過大除的約束逃反力。屋面膜吹材全部王采用PTF穩(wěn)E膜。最外側(cè)一莖道支承拱景為?230碧×8，預(yù)應(yīng)坦力拉索祥為?26，其余6道支承拉拱為?220梢×8，相應(yīng)次的預(yù)應(yīng)孝力拉索污為?24。所有印的預(yù)應(yīng)掠力拉索否均施加30k株N的預(yù)張秋力。三、*疊*體育悠場車輻式盯張拉屋叼蓋結(jié)構(gòu)巾呈橢圓戰(zhàn)形馬鞍協(xié)面,索力分鐵布不均魚勻。為重制定一注種索力召控制精望度高、罷對張拉叉設(shè)備要誦求低的享張拉施綱工方法,進行了否屋蓋結(jié)即構(gòu)模型難整體張編拉試驗唇及模擬緊分析,驗證了“定尺定摩長設(shè)計蒙與張拉趁技術(shù)”能夠準眉確獲得腸設(shè)計初貴始態(tài)預(yù)糞應(yīng)力。該方法對哄索材定長植下料,在施工特現(xiàn)場不寇調(diào)節(jié)索縱長,具有張拉掏過程簡單,便于控制達索力的優(yōu)遭點。試驗?zāi)Ｍ繑M了張協(xié)拉徑向蔽索、頂美升飛柱的、張拉朋環(huán)索、晶隔榀張桌拉徑向艦索4種張拉方棍案。4種張拉篇方案的雄操作難狡易程度撫有明顯陸差異:張拉徑殃向索方秋案所需程的張拉短力大,但是操陶作過程監(jiān)簡單;頂升飛柱干和張拉環(huán)青索方案所證需張拉力豎小,但需對結(jié)跌構(gòu)節(jié)點和睬張拉設(shè)備徹做特殊設(shè)剝計;隔榀張掌拉徑向柴索方案匆的工期省最長。通過對糞上述4種張拉君方案以昏及由張迎拉徑向斃索方案棚演化出炒的3種分批張蓋拉徑向索雷方案的數(shù)蔽值模擬分憤析和對比,為屋蓋結(jié)稈構(gòu)實際施少工制定了張拉徑鞭向索的方案。三、*閉*體育詳場**體快育場膜簡安裝工慘程體育場中內(nèi)景四、*滋*大學(xué)牧城體育業(yè)中心**大校學(xué)城體室育中心療總用地完面積171薦917您.9平方米曬，總建條筑面積384琴93平方米攀，由體育館將、體育掃場、游替泳館三部分組賽成。其中上，體育館眨建筑面積141江83膛m2，設(shè)坐病席數(shù)569范6個；體育余場建筑面施積1530舊0m2，設(shè)坐休席數(shù)1594煩2個；游畝泳館建鼠筑面積901周0m2，設(shè)坐席呀數(shù)225校1個。在設(shè)計時慨，一是充野分考慮到公“利用”凍與“管理腐”兩個要冶素，既方優(yōu)便利用，勁又便于進足行科學(xué)、者有效的管駐理以及滿互足社會化逃管理的要嗎求。二是猛設(shè)計中大安量采用新營技術(shù)、新?lián)牧?、新閱工藝、新餡設(shè)備，建悲筑節(jié)能、殖節(jié)水、節(jié)寫電。項目最大丹特點是采鴨用大跨度草空間結(jié)嗚構(gòu)，曲面豐刺富。其中計體育館為大型管桁筑架網(wǎng)殼組合結(jié)構(gòu)怎、游泳館蔑為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、體育憶場為格院構(gòu)柱預(yù)應(yīng)力蜻懸索網(wǎng)瘡殼結(jié)構(gòu)。四、**般大學(xué)城體想育中心**大學(xué)燈城體育中鼓心體育館**大學(xué)污城體育中沫心游泳館四、**雪大學(xué)城體包育中心在設(shè)計和際施工過程鉛中，召開拾了多次?；偶艺撟C會談，發(fā)現(xiàn)了策施工方案概存在的主桑要問題及雪深化設(shè)計蚊的缺陷，雨會后嚴格尖跟蹤、解虹決，保證圈了施工方封案合理和那深化設(shè)計具質(zhì)量。例址如：發(fā)現(xiàn)饒體育場預(yù)翁應(yīng)力索設(shè)僑計張拉應(yīng)永力過大，線解決了實師際變形值促可能造成派塑性變形敏的問題，此避免了施姑工階段的此重大事故邁。本著對建歸筑安全負皮責(zé)的原則掉，結(jié)合科慰研力量，稍對體育場永的屋蓋預(yù)饅應(yīng)力拉索蜻結(jié)構(gòu)進行癥施工、使詠用階段全淹過程結(jié)構(gòu)歷健康監(jiān)測浸，確保結(jié)取構(gòu)使用階晉段健康安宮全。五、*往*體育虛中心**體蔥育中心劣集體育回館、運增動場、午游泳館俗、網(wǎng)球誼館、網(wǎng)數(shù)球場、蛇籃球場游、居民下健身廣競場和體撇育賓館假于一體較?！敖ㄖ侥匕?**大學(xué)逢建筑設(shè)計輔研究院施工圖設(shè)慕計：**貴大學(xué)建筑搭設(shè)計研究煉院屋蓋鋼結(jié)強構(gòu)施工：捎湖南省建泡筑工程集償團總公司懸支穹頂鞋張拉方案評及模擬分察析：中國秀建筑科學(xué)陸研究院深狼圳分院五、*拿*體育浙中心**體衫育中心圾效果圖猜和實景五、*盛*體育滲中心結(jié)構(gòu)形蘭式為由木徑向鋼深拉桿、紙環(huán)索及鞭撐桿組遺成了弦支穹頂吵結(jié)構(gòu)體系。鋼結(jié)構(gòu)貞最大跨度廈為72m，展開躬面積1080禮0m2。弦支巡壽穹頂結(jié)創(chuàng)構(gòu)在整紅個我國激華南地巨區(qū)第一演次采用魯。上