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1、图9 夜色下的网球中心利用预应力技术,改为预应力楼面。21313 网球中心主比赛场主比赛场看台为直径90 m的碗形结构,其周边 柱为形。结构受力复杂,利用预应力技术满足各断面在不同荷载组合下的内力变化。连接两个副决 赛场的平台180余米长,没有设置伸缩缝,下部将作 为超市使用。3 结 语 南京奥体中心将体育比赛的主要场馆有机地集 中在一起是国内外罕有的,所有场馆及设计中的难 点都采用了预应力技术在国内外更为罕见。本工程 总共预应力钢筋用量达2 800 t ,这也说明了预应力 技术在结构设计中是很有应用前景的一种技术。南京奥体中心体育场屋盖钢结构任家骥摘 要 南京奥体中心体育场为大跨度倾斜45
2、的一对斜放钢 “弓” 结构和平行设置的钢箱梁及其间支撑形成的马 鞍形壳构成的组合空间屋盖钢结构体系。简要介绍了钢屋盖的设计及试验结果。 关键词 斜放钢 “弓” 马鞍形壳 组合空间STEEL STRUCTURE OF STADIUM ROOF FOR NANJINGOLYMPIC SPORTS CENTERRen Jiaji(Jiangsu Building Design and Research Institute Nanjing 210029)ABSTRACT It is described the roof steel structural system of the stadium fo
3、r Nanjing Olympic Sports Center ,which isconstructed of a pair of large span and bow steel structures with a slope of 45,parallel steel box beams and the saddle shellsformed by the braces among these beams. It is also briefly introduced that the design of the roof and the test results.KEY WORDS incl
4、ined steel bow structure saddle shell composite space1 钢屋盖设计原理 南京奥体中心体育场的工程概况见文献1 。 该结构的屋顶组合钢结构为由跨越东西看台上空的 变断面三角桁架拱(跨度为372140 m ,矢高64 m ,与水平面倾斜45)及穿越比赛场地的地下连接两拱 脚的 “弦”(长400 m的825根预应力钢绞线)组成 的大双 “弓”,跨越南北面看台前沿上空的跨度140 m的悬索状钢管,覆盖整个看台上空的104根 平行的箱形梁和其间支撑形成的马鞍形壳和箱梁后端的V形支撑共同组成的空间钢结构体系。因此, 整个屋顶结构传力途径复杂,屋面部分荷
5、载通过拱 传给基础,部分由屋面箱梁后端的V形支撑通过看台钢筋混凝土框架结构体系传给基础,力的分配因 各种荷载组合工况不同而异。 “弦” 的作用主要是使 桩基础不承受拱传来的达113万kN的南北向水平 推力,使拱支座不产生水平位移。东西向的水平推 力由两相对称的拱脚下的地梁平衡。屋盖结构如图1所示。2 理论计算 本工程所处场地经地震评估为地震稳定区域, 按南京7度设防烈度能满足抗震设计的要求。初步作 者:任家骥 男 1943年9月出生 教授级高工 Email : NJLJ vip. 收稿日期:2006 - 01 - 05a -平面;b -轴侧;c -立面;d -端部立面图1 屋盖结构示意设计分
6、别进行了屋盖结构系统和整个体育场结构体系的抗震计算分析,结果为地震荷载对屋盖结构不起控制作用,起控制作用的活荷载为雪载、 风荷载和温度荷载。风荷载的取值是根据北京大学湍流国家实验室的风洞试验取得的各种不同方向的风荷载分布值,并进行后续程序处理,直接输入屋盖计算模型 中进行计算分析。因北京大学风洞试验值中已计入116的脉冲振动系数,在计算时风振系数取113 ,经与同济大学进行汽弹风洞试验值比较是合理和略偏安全的。设计计算采用ANSYS程序。由于风荷载的方 向不同其值分布不同,所以进行了180种组合工况下的计算,得出各杆件的最不利荷载工况下最大内力值,据此配置杆件。杆件的材料选用Q345 - B
7、,设计控制应力值为220 MPa ,用SAP2000程序进行了校核计算。 并进行若干次的优化调整,使绝大部 分杆件的最不利荷载组合下应力比在017以下。为保证结构计算的绝对安全可靠,还进行了非线性稳定计算,均满足要求。本工程屋顶钢结构体系在正常使用下完全处于弹性工作状态,不会进入塑性工作状态,具有抵抗地震、 大风、 温度变化等最 不利荷载的能力。从计算分析中得出,温度荷载对拱的受力有较大的影响,而对屋面箱梁的影响不大。本设计温差取 30,因为拱脚是固定的,所以升温时拱承载力增大,降温时拱承载力减小。设计要求大拱合拢时 温差 25,这就基本上保证在南京地区全年的温度变化对结构不会造成不利影响。3
8、 设计与节点构造311 斜放 “弓” 结构的设计 图2为弓结构的弓背拱的设计简图,它是变断 面等腰三角形桁架钢拱,底边由中间的宽15 m变至5 m。高由7 m变至2 m。材质为Q345 - C ,为美观起见,主管外径均为 1 000 ,壁厚为2060 mm。拱 的设计重点在拱脚和节点上。经多种方案的分析比 较,最终决定将三根主管直接埋入拱脚顶标高为7100 m钢筋混凝土墩内固定。图2、 图3为大拱拱图2 大拱设计简图图3 竣工的大拱拱脚脚设计及竣工图。作为 “弓” 结构的弦 预留在连 接每条拱相对的两个拱墩的地梁中的824根 1512无粘结预应力筋也在拱墩基座中锚固(图4)。 设计总控制张拉力
9、20 000 kN ,实测数据表明拱脚 位移最大为215 mm ,证明拱在最不利的荷载组合下基本上无水平位移产生。因拱的钢管直径大、 壁 厚、 节点处受力大,每个节点连接杆件的空间位置都 不一样,造成节点形式多,在屋面上空部分连接杆件 多,选择何种节点形式既能保证节点的绝对安全可 靠,又便于施工和控制节点安装的空间坐标的误差较小,是最关键的问题。经试验论证,确定选用新型 的铸钢节点。施工安装完毕后证明是正确、 合理的。 考虑经济性,在拱出屋面部分,因节点连接杆件少, 采用相贯节点,在米字形腹杆的节点处采用空心球 节点。图5为拱的铸钢节点示意。图4 “弓” 结构的弦锚固端图5 拱上杆件铸钢节点3
10、12 马鞍形屋面壳结构的设计 马鞍形屋面由钢箱梁、 箱梁间水平支撑和V形 支撑组成,屋面结构平台和箱梁断面如图6、 图7所 示,图8为已安装好的箱梁。箱形梁的外端和V形支撑的节点采用铸钢球节点如图9所示。V形支撑 与柱顶环形预应力钢筋混凝土梁的支座是拉压共存 的支座,且承受环向和径向由屋面传来的较大水平 力,最大水平力达4 720 kN ,采用铸钢销接板支座。4 1/ 20模型试验 根据初步设计的屋顶结构图的1/ 20加工模型,在东南大学试验室进行了模型试验。重点研究模型 在竖向荷载、 温度荷载作用下的结构受力特性,同时 在模型上采集结构的自振特性,对结构总体受力形 态和行为进行评估和判定。对
11、模型在试验状态下的 荷载工况用ANSYS程序进行理论计算并和试验数据对比分析,确定理论计算分析的准确性和安全度。 图10、 图11为试验情景和模型的加载装置。a -平面布置;b -箱梁断面图6 马鞍形屋面结构图7 马鞍形屋面及下部结构剖面图8 安装就位箱梁和梁间支撑411 模型整体位移实测值与理论值对比 理论分析挠度最大点的屋面内 檐 挠 度 达3613 mm ,实测结果4010 mm ,与理论分析结果吻合较好。412 杆件实测值与理论值对比 部分杆件的实测值与理论值的对比见图12 图15。图9 就位的 “V” 支撑及箱梁与 “V支撑连接节点”图10 模型试验图11 屋面加载装置图12 屋面V
12、形支撑对比(V042)5 施工安装主体育场屋盖结构体系所有钢构件在工厂制作后运往现场组拼吊装,于2003年12月20日进行吊 装,先安装箱梁和V形支撑,然后从拱脚开始向中 间进行拱的安装。2004年6月23日顺利竣工,经 检测数据表明,所有进场安装的构件材料质量100 %合格;焊缝合格率达100 %;所有杆件的轴线偏差小于杆件壁厚的一半。经监测数据汇总表明, 合格率达99199 %。拆除支撑后在屋盖结构自重下 实测挠度值与设计值一致,证明该结构体系达到了 设计预定的目标。图13 主拱腹杆对比(F0410)图14 主拱杆件对比(G1021)图15 箱梁对比参考文献1 任家骥1南京奥体中心工程预应力技术的应用 1 钢结构,2006 ,21(2) :30 - 33
