鄂尔多斯体育中心综合体育馆钢屋盖设计_刘永波_尤天直_张亚东_鲍伟丽_高文军_阎

3. 3. 3 T d 工况下杆件的应力比 T d 工况下径向主桁架和中心环桁架的应力比 见图 9 。 径向主 桁 架 支 座 处 上 弦杆 受 拉 ， 应 力 比 为 0. 181 ； 斜 腹 杆 受拉 ， 应力比为 0. 015 。 中心环桁架上弦杆受拉 ， 最大应力比为 0. 183 ； 下弦杆受拉 ， 最大应力比为 0. 274 。 3. 3. 4 X 向小震工况下杆件的应力比 X 向小震 （ E x ） 工况下径向主桁架和中心环桁 架的应力比见图 10 。 径向主桁架支座处上弦杆应 力比为 0. 008 ， 下弦杆应力比为 0. 026 ， 斜腹杆应力 比为 0. 010 。 中 心 环 桁 架 上 弦 杆 最 大 应 力 比 为 0. 014 ，下弦杆最大应力比为 0. 018 。
（ China Architecture Design Institute Co．，Ltd．，Beijing 100044 ，China） Abstract： The plane of comprehensive gymnasium of Ordos Sports Center is ellipse with maximum length of 156. 8m and minimum length of 126. 6m． The steel roof is supported by 36 megacolumns around that incline outwards． The connection between steel truss and megacolumn is rigid， so steel truss is part of the overall structure． The steel truss and megacolumn support and restrain each other to bear vertical and horizontal loadings． The structure characteristics and design parameters of the steel roof were mainly introduced． The safety and reliability of the steel structure roof was illustrated from aspects of stress ratios of main components，truss joints and bearing capacity of bearing joints． Keywords： steel roof； large span； performancebased seismic design； spatial truss
图3 钢屋盖三维简图及各部件的简图
图4
典型径向主桁架与中心环桁架的连接
图6
环向桁架杆件截面示意
桁架与巨型柱刚接是本工程的一个特点 ， 采取 该处理方法有以下优点： 1 ） 支座节点构造简单， 直 接埋入混凝土板中即可； 2 ） 减少外倾巨型柱向外的 倾覆力矩， 改善巨型柱的受力性能， 由于根部倾覆力 矩减小， 也可以减小巨型柱的基底面积； 3 ） 支座刚 接， 有效地将 36 个离散的巨型柱连成一体， 增强结 构的整体性并提高钢 屋 盖 的 竖 向 刚 度； 4 ） 支 座 刚 接， 使径向主桁架受力均匀， 可以减少用钢量； 5 ） 支 座刚接， 使径向主桁架成为整体结构的一部分 ， 与巨 型柱相互支撑、 相互约束， 共同承担竖向荷载， 抵抗 水平荷载。 钢屋盖的环向杆件闭合且展开长度较大， 其收
筑地上 4 层， 地下 2 层， 屋盖顶标高为 33. 000m。 建 筑结构安全等级为一级， 结构设计基准期为 50 年， 混凝土耐久性按 100 年； 建筑抗震设防分类为重点 设防类别（ 乙类 ） ， 抗震设防烈度为 7 度 （ 0. 1 g ） ； 场 地类别为Ⅱ类， 设计地震分组为第三组， 特征周期为 0. 45s。本文主要介绍综合体育馆钢屋盖的设计 。
缩和伸展受到径向主桁架和巨型柱的约束 ， 除了其 自身会产生显著的温度应力外， 在径向主桁架中也 会产生一定的温度应力， 为了降低环向杆件和径向 主桁架的温度应力， 沿环向设置四道温度缝 （ 通过 将环向杆件 （ 中心环桁架除外 ） 分割 长圆孔实现） ， 为四 部 分， 环 向 杆 件 的 温 度 应 力 可 减 小 20% ～ 30% 。温度缝的设置见图 2 中阴影部分。 径向主 桁 架 的 杆 件 为 圆 钢 管， 弦杆的截面为 630 × 30 ～ 299 × 12 ； 腹杆的截面为 377 × 16 ～ 180 × 8 。径向主桁架在混凝土巨型柱支座处的高 度为 6m， 与中心环桁架连接处的高度为 8m。 典型 桁架杆件截面见图 5 。
Structural design on comprehensive gymnasium steel roof of Ordos Sports Center Liu Yongbo ，You Tianzhi，Zhang Yadong ，Bao Weili，Gao Wenjun ，Yan Zhongwei
2 观众席为 10 443 座。 主体建 面积为76 877. 56m ，
工程钢屋盖呈椭圆形， 长轴为 156. 8m， 短轴为 126. 6m， 周边环绕 36 根向外倾斜的巨型柱列 （ 抗震 墙筒体） ， 巨型柱的外倾角为 15° ， 平面尺寸为 4. 2m × 7. 2m， 钢屋盖结构平面布置见图 2 。 设计过程中 考虑过膜结构、 网架结构和空间桁架结构三种方案 ， 前两种方案与建筑想要表现的粗犷、 豪放的建筑风 格不匹配， 最终采用空间桁架结构。
第 45 卷 第 1 期 2015 年 1 月上
建 筑 结 构 Building Structure
Vol． 45 No． 1 Jan． 2015
鄂尔多斯体育中心综合体育馆钢屋盖设计
刘永波， 尤天直， 张亚东， 鲍伟丽， 高文军， 阎钟巍
（ 中国建筑设计院有限公司，北京 100044 ）
［ 短轴为 126. 6m， 周边环绕 36 根向外倾斜的 摘要］ 鄂尔多斯体育中心综合体育馆平面呈椭圆形 ， 长轴为 156. 8m， 巨型柱支撑屋顶钢桁架 。钢桁架与倾斜巨型柱刚接 ， 钢桁架为整体结构的一部分 ， 与倾斜巨型柱相互支撑、 约束， 共同承担竖向荷载， 抵抗水平荷载。介绍了钢屋盖的结构特点和设计参数 ， 并从主要杆件的应力比 、 桁架节点及支 座节点承载力等多方面说明钢结构屋盖的安全 、 可靠。 ［ 关键词］ 钢屋盖； 大跨度； 抗震性能设计； 空间桁架 中图分类号： TU242 ，TU392 文献标识码： A 848X（ 2015 ） 01005806 文章编号： 1002-
图9
T d 工况下桁架应力比
图 10
E x 工况下桁架应力比
3. 3. 5 Y 向小震工况下杆件的应力比
图7 D + L 工况下桁架应力比
Y 向小震（ E y ） 工况下径向主桁架和中心环桁架 的应力比见图 11 。 径向主桁架支座处上弦杆应力 比为 0. 010 ， 下弦杆应力比为 0. 027 ， 斜腹杆应力比 为 0. 011 。中心环桁架上弦杆最大应力比为 0. 015 ， 下弦杆最大应力比为 0. 021 。 3. 3. 6 竖向小震工况下杆件的应力比 竖向小震 （ E v ） 工况下径向主桁架和中心环桁 架的应力比见图 12 。 径向主桁架支座处上弦杆应 力比为 0. 005 ， 下弦杆应力比为 0. 009 ， 斜腹杆应力 比为 0. 004 。 中 心 环 桁 架 上 弦 杆 最 大 应 力 比 为
1
工程概况
2
钢屋盖结构体系
鄂尔多斯体育中心主要用来承办 2015 年第十 届全国少数民族运动会。 该体育中心由一场两馆 （ 游泳馆、 综合体育馆、 体育场 ） 三个子项构成， 建筑 效果图见图 1 。 其中综合体育馆为甲级体育建筑， 在赛时主要承办国际性单项比赛及全国性综合项目 比赛， 亦可举办符合 NBA 标准的体育赛事， 总建筑
图5
典型径向主桁架杆件截面示意
中心环桁架直径 28m， 高度为 8m， 由上、 中、 下 三层弦杆组成。其上、 下弦为箱形截面构成的环梁， 上弦截面为□630 × 630 × 40 × 40 ， 下弦截面为 □700 × 700 × 50 × 50 ， 中弦为圆钢管 219 × 8 ， 斜腹杆为 圆钢管 219 × 10 ， 详见图 6 。 为了加强中心环桁架 Y 向各设四道内桁架， 的刚度， 在环内沿 X ， 中心环 桁架和内桁架共同组成刚度很大的空间网格 。
风荷载体型系数、 风振系数由风洞试验 钢屋盖） ， 。 0° 30° ， 60° ， 90° 方向； 温 提供 风荷载作用方向取 ， 度荷载： 钢屋盖合拢温度： 5 ～ 10℃ ， 钢结构最大正温
［1 ］
60
建
筑
结
构
2015 年
钢结构最大负温 差： 36. 6 － 5 = 31. 6℃ （ 最高温度 ） ， 差： － 19 － 10 = － 29℃ （ 冬季不保证 5d 的日平均温 度） ； 钢屋盖温度荷载取值： 升温 T u = 31. 6℃ ， 降温 T d = － 29℃ ； 地震作用取规范规定和安评报告中的 30° ， 60° ， 90° 方向。 大值， 地震作用方向取 0° ， 3. 2 钢屋盖跨中挠度验算 恒载 + 活载（ D + L ） 工况下， 钢屋盖中间处的最 大竖向位移为 155mm， 短轴跨度为 126. 6m， 最大挠度 为 155 /126 600 = 1 /816。钢屋盖的竖向刚度较好。 3. 3 各工况下杆件的应力比 为了叙述方便， 本文仅介绍有代表性的径向主 桁架和中心环桁架在各主要工况下的应力比 。径向 主桁架和中心环桁架左右对称。 3. 3. 1 D + L 工况下杆件的应力比 D + L 工况下径向主桁架和中心环桁架的应力 比见图 7 。径向主桁架支座处上弦杆受拉， 应力比 为 0. 210 ； 下弦 杆 受 压， 应 力 比 为 0. 416 ； 斜 腹 杆 受 拉， 应力比为 0. 177 。中心环桁架上弦杆受压， 最大 应力比为 0. 276 ； 下弦杆受拉， 最大应力比为 0. 278 。 3. 3. 2 T u 工况下杆件的应力比 T u 工况下径向主桁架和中心环桁架的应力比见 图 8 。径 向 主 桁 架 支 座 处 上 弦 杆 受 压， 应力比为 0. 095 ； 下弦杆受压， 应力比为 0. 197 ； 斜腹杆受压， 应力比为 0. 017 。 中心环桁架上弦杆受压， 最大应 0. 199 ； ， 0. 297 。 力比为 下弦杆受压 最大应力比为