深圳宝安体育场屋盖索膜结构设计.

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 OF

SHENZHEN BAoAN STADIUM

Zhu Haolian91・2Sun Wenb01Geng Yanlil’2Zhao Ran2Chen Wei3

(1.Architecture Design and Research Institute.South China University of Technology・Guangzhou510640,China s

2.Department of Civil Engineering。South China University of

Technology,Guangzhou510640,China;

3.Schtaieh Bergerman and Partner。Stuttgart70182,Germany

ABSTRACT: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 main

calculating results of its form—finding,analysis of load and dynamic characteristics.Which may

provide experience for

similar projects.

KEY WORDS:cable-membrane structure;form-finding analysis;load

analysis;analysis of dynamic feature

1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Q390—B钢,其余主要构件均采用Q345一B钢。

图2宝安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:zhuhaolian986@163・corn

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收稿日期:2009—05—05

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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b

21786.919257.121755.719

616.9

22559.019845.519

96L 1

—36

744.5—34

831.4—36015.9—34841.9—35826.4—34833.4—35

037.2

——684.9—645.8——664.3——638.4——655.3

—634.2

—629.1

6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2[M]{U}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1.47~0.98

S。

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。