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乌海奥体中心体育场看台罩棚网壳设计

作者：金 鑫 等    
时间：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
乌海奥体中心体育场看台罩棚采用大悬挑双层空间双曲面网壳，建筑造型新颖、复杂。网壳节点主要采用螺栓球，部分受力较大部位采用焊接球节点。本文介绍了本工程的结构特点及设计时所考虑的关键要点。关键词：空间双曲面网壳 风洞试验 特殊节点 悬挑结构
     

    设计要点
    一.工程概况：
    乌海市奥体中心体育场坐落于乌海市海南区滨河新区，体育场分为A、B、C、D四个区，总建筑面积30078m2。

    1、结构特点
    1.1、网壳结构特点：
    1.1.1双曲面“如意”造型新颖别致；
    1.1.2悬挑大，且无环向连通；
    1.1.3拉、压支座距离短，倾覆力矩大；
    1.1.4罩棚网壳上倾角大，迎风面积很大；
    1.1.5后压杆长，在负风压作用时，抗压强度低。
    1.2、结构设计要点：
    乌海奥体中心体育场看台罩棚悬挑大，悬挑端顶标高高，结构上倾角度大，加之该地区风荷载很大，因此罩棚的抗风设计是重中之重，故特此做了风洞试验。
    1.2.1风压或体形系数由风洞试验测定，进行分析后取值。
    1.2.2在网壳分析时，对网壳杆件进行满应力分析，使网壳杆件的应力值比较均匀，充分利用材料强度，节约材料。
    1.2.3前端压力支座采用压力平板支座，按拉压受力设计；后拉杆属关键部位，连接节点局部进行加强，确保节点连接可靠。
    1.2.4设计时将A、C区网壳各分为五大块，块体之间设置变形缝，可避免温度、不均匀沉降产生的附加应力。





    2.4、荷载组合及设计控制指标
    设计中考虑的荷载组合：
    (1) 1.20静
    (2) 1.20静 + 1.40活1
    (3) 1.20静 + 1.40风i
    (4) 1.20静 + 1.40活1 + 0.84风i
    (5) 1.20静 + 0.98活1 + 1.40风i
    (6) 1.20静 + 1.30震8
    (7) 1.20静 + 0.60活1 + 1.30震8
    设计控制指标：最大应力比控制在0.9以内，拉、压杆长细比≤180。
    2.5、特殊节点分析
    乌海市奥林匹克体育中心看台网壳结构节点处于复杂的空间受力状态，节点的受力性能对结构的受力性能和安全性有至关重要的影响。分别对A、C区看台上、下支座节点进行了非线性有限元分析。有限元分析采用大型有限元软件ANSYS进行，钢材采用理想的弹塑性模型，计算模型为三维实体模型。计算单元选用20节点三维实体单元3D SOLID95。3D SOLID95单元具有塑性、徐变、应力刚化、大变形及大应变能力。各杆件内力根据整体结构计算确定。
    在整个钢结构节点中选取典型的节点进行有限元分析，分别为A、C看台支座节点，拉杆支座连接节点。（见图5、图6）

    3、 结语
    3.1、对于乌海市奥林匹克体育中心看台这类大跨度悬挑结构，风荷载对结构影响很大， 因此罩棚的抗风设计是重中之重。
    3.2、压力支座部位最大压杆受力比较复杂，其截面根据计算结果适当调大，对整个结构的安全性提供有效保障。
    3.3、后拉杆连接节点进行加强，有效提高节点在复杂内力作用下的承载能力。
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