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1、双曲抛物面扭壳工程实例,华南理工大学体育馆,班级：10建筑学 姓名：滕超 学号：1041401073,简介：,华南理工大学体育馆位于广州大学城，总建筑面积12377平方米，设有坐席5632个，可作为大型运动会的乒乓球比赛馆。在造型设计上，由四个扭壳组合而成的反曲屋面呈现出流畅的造型和蓬勃向上的生命力,2010广州亚运会柔道和摔跤项目将在该场馆举行。,区位图：,平面布局：,华南理工大学体育馆作为体育场设施，其功能要求就是能满足大量观众观演大型体育竞技运动的大空间和大跨度。因此屋盖采用预应力混凝土大斜柱和预应力混凝土双曲抛物面扭壳相结合的结构体系，结构平面被四组大斜柱划分为4片扭壳，每块扭壳水平投
2、影均为平行四边形。,造型：,华南理工大学体育馆的造型奇特，线条优美流畅，仿佛一只展翅欲飞的雄鹰。由于四组大斜柱以及薄板的厚度不均（薄板厚度为130mm，在距离边缘构件3m的范围内逐渐增厚至200mm），所以建筑的造型呈现左右对称，前后不对称的优美曲线造型。,造型：,整个立面由竖向的大立柱作为主要元素，柱与柱之间则通过玻璃连接，在满足功能和采光要求的同时形成通透开敞的视觉效果，配合轻巧单薄的曲面屋板，使整栋建筑既轻巧灵活又不失稳固。,体育馆夜景,结构分析：,华南理工大学体育馆的结构设计综合了风荷载、地震作用、温度变化和使用荷载等因素，通过一系列模态分析，达到与施工相符合的程度，确保结构的合理与稳
3、固。,主结构为四根预应力大斜柱和预应力混凝土双曲抛物面扭壳相结合的结构体系，四根大斜柱在屋顶中央处与大横梁连接，形成人字架，柱脚采用预应力混凝土拉杆连接，以承受水平推力。,四根主结构的大斜柱在屋顶中央和大横梁相连。,壳中应力控制,双曲抛物面扭壳为负高斯曲率薄壳，其特点是壳体中存在拉应力，由于混凝土抗拉能力差，如不加以控制，将存在产生裂缝的可能，影响结构的耐久性及安全。壳体内最大轴力约270 kN/m，为此，在壳体中面位置沿直母线布置双向无粘结预应力筋4 15 s15. 2 600，考虑30% 的预应力损失后预应力筋可提供213 kN/m 的压力，基本可消除壳体内的大部分拉应力。壳体内单位长度最
4、大弯矩约9. 4 kNmm 1，壳体中实配双层双向普通钢筋10150，板厚130 mm，Mk = 20. 8 kNmm 1，安全系数为2. 2。距离边缘构件3. 6 m 范围内弯矩和拉应力较大，最大弯矩为36. 8 kNmm 1 ，故辅以局部加强配筋10 150。壳体板厚渐加大至200 mm，Mk = 68. 4 kNmm 1，安全系数为1. 8。以上安全系数比规范要求略大。,壳面混凝土收缩应力控制：,壳体平面尺寸较大，达99. 8 m 70. 0 m。因现场养护条件较差，施工过程混凝土不可避免地会产生收缩。为减少由此而产生的结构次内力，以及减少预应力损失，结合壳体预应力工程施工的需求，在支承
5、壳体的空间拱架的跨中留设纵横向各二道施工缝兼后浇带，待预应力工程完成后再施工后浇筑混凝土部分，将结构连成整体，以减少拱架对壳体收缩的约束作用。,拱架内力分析：,拱架作为弹性边缘构件对整个结构的受力起着决定性的作用。拱架是典型的弯剪扭构件，且上部受拉、下部受压，需控制轴压比。另外，拱架的交点附近一般都有比较大的内力集中，宜在构件端部加密箍筋。,拱脚水平推力平衡：,屋盖壳体较扁平，支承壳体的长向拱架与地面夹角仅为22. 37，短向拱架与地面夹角分别为27. 35、32. 68，落地点的水平推力约为11 000 kN。由于壳体及拱架内力对支座位移比较敏感，平衡落地点的水平推力、控制支座位移成为壳体安
6、全的关键。为此，在拱架落地点间设置水平拉杆以平衡水平推力，使结构成为自平衡体系。考虑到支座间距离达149. 33 m 和108. 95 m，对水平拉杆施加有粘结预应力，从而有效地控制支座的水平位移。预应力拉杆截面为1 400 mm 1 000 mm，配置4 15 s15. 2 的低松弛高强度预应力筋。,壳体非对称影响处理：,由于建筑平面布置非对称，屋盖壳体四片组合扭壳左右对称、前后不对称。在竖向荷载作用下引起壳体顶部水平位移，从而加大了拱架及壳面的挠度，构件的内力差异较大。为缓解这一不利因素的影响，利用天窗隔板设置联系相邻壳体的结构板，增大拱架的侧向刚度，并局部设置了两片落地剪力墙，有效地减少
7、了壳体顶部的水平位移以及壳面的挠度。,地下室底板混凝土温度及收缩裂缝控制：,地下室底板总长133 m，宽72 m，面积约8 500 m2。地下室地板长度、宽度均超过了混凝土结构设计规范建议的结构伸缩缝最大间距。为确保结构的整体性，避免结构分析的复杂性及由分缝造成建筑构造处理的困难，采用了不分缝的方案。主要采取措施为:( 1) 适当提高板的配筋率，板面钢筋一半拉通，并采用控制裂缝性能较佳的HRB400 级变形钢筋，板筋以“小直径，小间距”为原则布置。局部应力集中处予以特别加强。( 2) 严格控制混凝土的配合比，水灰比控制在0. 45 左右，中粗砂作细骨料。为保证混凝土的塌落度，必要时可掺高效减水剂。( 3) 加强混凝土浇筑过程的振捣及混凝土终凝后的养护工作，在屋脊处设洒水管，保证混凝土在全湿润环境下硬化。,谢谢！,
