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1、工程设计深圳宝安体育场屋盖索膜结构设计朱昊粱 1? 2 孙文波 1 耿艳丽 L2 赵冉 2 陈伟 3(1.华南理工大学建筑设计研究院,广州 510640f2.华南理工大学土木工程系,广州510640;3.SBP 设计事务所 ,德国斯图加特70182摘要 :以深圳宝安体育场屋盖的轮辐式索膜结构为背景 ,介绍其设计理念和结构体系。采用大型有限元软件 STRAND7 对其进行找形分析、荷栽态分析和动力特性分析。对其主要计算结果进行阐述 ,以供同类工程参考。关键词 :索膜结构 ;找形分析 ;荷载 态分析 ;动力特征分析THE DESIGN0F CABLE-MEMBRANE RoOF STRUCTURE
2、 OFSHENZHEN BAoAN STADIUMZhu Haolian91? 2Sun Wenb01Geng Yanlil 2Zhao Ran2Chen Wei3(1.Architecture Design and Research Institute.South China University of Technology? Guangzhou510640,China s2.Department of Civil Engineering。South China University of Technology,Guangzhou510640,China;3.Schtaieh Bergerm
3、an and Partner。Stuttgart70182,GermanyABSTRACT:Based on the wheel spoke 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 form finding,analysis of load an
4、d dynamic characteristics.Which mayprovide experience forsimilar projects.KEY WORDS:cable-membrane structure;form-finding analysis;load analysis;analysis of dynamic feature1 工程概述深圳宝安体育场总建筑面积10049m2,可容纳 35000 名观众 ,建成后将成为一座集比赛、训练、集会、演出等功能于一体的规模巨大、设施先进的综合体育场,并承担 2011 年深圳国际大学生运动会的足球比赛项目。环绕体育场的 280 根绿柱好似
5、一根根挺拔的翠竹 ,而屋盖大面积的膜材结构犹如腾于这片 “竹林 ”之上的浮云 ,整个结构与足球绿茵场融为一体 (图 1,既很好地诠释了足球比赛的真谛 ,又充分体现了中国岭南建筑的特色。图 1 宝安体育场建筑效果屋盖结构采用轮辐式索膜结构 (图 2、图 3。为了丰富 “竹林 ”的视觉效果 ,除内拉环、外压环和支承柱之外 ,还设置了一圈由 184 根幕墙柱支撑的幕墙环。整个体育场的平面为直径 245m 的圆形 ,只有幕墙结构外的主结构平面投影略显椭圆形 (长轴237m,短轴 230m,进深 54m。少部分局部应力较大的节点采用 Q390B 钢,其余主要构件均采用 Q345 一 B 钢。图 2 宝安
6、体育场总体结构轴测图图 3 宝安体育场剖面第一作者 :朱吴粱 ,男,1986 年 2 月出生 .硕士。Email:zhuhaolian986163? corn.收稿日期 :2009050536钢结构 2009 年第 10 期第 24 卷总第 125 期工程设计注:表中所示均为各相应单元的最大预应力值。5 荷载态分析索膜结构屋盖的自重很轻。根据文献E2其地震作用的效应组合将不会对结构设计起控制作用。而本工程屋盖中央的开洞很大,所以屋盖所承受的上吸风荷载较大 ,起到了控制性的作用 ,是本结构的主要荷载。索膜结构受力具有较强的几何非线性特征 ,因此对于承载能力极限状态和正常使用极限状态要使用组合荷载
7、进行非线性分析。由于组合种类繁多 ,为节省篇幅 ,本文仅列出正常使用极限状态下几种基本组合荷载所产生的最大结构反应 (表 2。图 6 为纵风荷载作用下结构的总体变形图 (变形已放大。图 6 结构 Z 向变形示意 m表 2 风荷载基本组合荷载作用下各主要单元的最大结构反应工况上径向索下径向索上拉环下拉环外压环飞柱恒+0。风 a恒+O。风 b恒+30。风 a 恒+30。风 b 恒 +60。风 a 恒+60。风 b 恒+90。风 b21786.919257.121755.719616.922559.019845.51996L 136744.534831.436015.9 34841.935826.4
8、34833.435037.2 684.9 645.8 664.3 638.4 655.3634.2629.16 动力特性分析轮辐式索膜结构与普通的非预应力结构不同 ,本屋盖结构体系必须在施加预应力之后才能形成稳定的结构 ,因此应该以找形完毕后的状态作为求解状态。也就是在求解广义特征值时应考虑初始应力矩阵的影响 ,如公式 (1 所示 :(K 。 一K 。 一以 2MU 一0(1式中 :EK 。为初始状态下的总刚矩阵;K 。为总初始应力矩阵 ;EM3 为质量矩阵 ;U 为振型向量 ;0 为自振圆频率。结构前 10 阶自振周期范围为1.470.98S。其中第 l 、第 2 阶振型为 1 阶翘曲振动 ,第 3 阶振型为整体扭转 ,第 4、第 5 阶振型为环梁平面内振动 ,第 6 阶振型为整体竖向振动 (图 7。由计算结果可知 ,结构的整体刚度尚可。图 7 结构振型(下转第 23 页38钢结构 2009 年第 10 期第 24 卷总第 125 期9O 5l 100O 8033206631584944O 665232312258494084372725呓弱 舛 盯 434343387680684374925 娼% 诣珀始弘 2222222