1、杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场 结 构 设 计 研 究杨 想 兵 , 傅 学 怡 , 廖 新 军 , 朱 勇 军 , 成 永 平 , 高 颖 , 周 颖 , 王 涛( 悉 地 国 际 设 计 顾 问 有 限 公 司 , 北 京 ) 摘 要 杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场 看 台 平 面 近 似 椭 圆 形 , 外 圈 周 长 近 1 000m, 总 建 筑 面 积 约 21 万 m2 , 拥 有 观 众 固定 座 席 80 912 座 。 下 部 混 凝 土 结 构 采 用 框 架 -剪 力 墙 结 构 体 系 , 部 分 框 架 及 剪 力 墙 端 柱 内 置 型 钢
2、 , 未 设 永 久 缝 , 结构 超 长 、 超 限 。 上 部 钢 结 构 罩 棚 最 大 悬 挑 长 度 52. 5m, 采 用 径 向 悬 挑 空 间 管 桁 架 + 环 向 弦 支 单 层 网 壳 结 构 受 力 体系 , 通 过 上 下 支 座 支 承 于 下 部 混 凝 土 结 构 柱 顶 。 重 点 介 绍 本 工 程 结 构 体 系 、 结 构 构 成 、 结 构 设 计 的 关 键 技 术 难 点 及相 应 的 专 项 研 究 分 析 处 理 方 法 。 关 键 词 体 育 场 ; 钢 结 构 ; 空 间 结 构 ; 刚 度 退 化 ; 节 点 ; 设 计 中 图 分 类
3、号 TU311; 文 献 标 识 码 A 文 章 编 号 1002-8498( 2014) 14-0038-06TU758Structural Design and esearch eview on the MainStadium of Hangzhou Olympic Sports Expo CenterYang Xiangbing, Fu Xueyi, Liao Xinjun, Zhu Yongjun, Cheng Yongping,Gao Ying, Zhou Ying, Wang Tao( CCDI International Design Consultants Limited, B
4、eijing , China)Abstract: The main stadium stands of Hangzhou Olympic Sports Expo Center is approximately ovalshaped in plan, the outer perimeter is about 1 000m, the gross area is 210 000m2 and it has 80 912 fixedaudience seats in total Concrete structure adopts frame-shear wall system, and profile
5、steel is embeddedin some of frames and shear walls None permanent structural joints are provided of the structure, and itis therefore an out of gauge over length structure The maximum cantilever length of steel roof is 52 5m,using the structural system of radial cantilevered space tube truss combine
6、d with circumferential chordsupported single-layer reticulated shell, supported on the reinforced concrete column through upper andlower bearings The paper primarily presents the structural system, structural form, key technicaldifficulties and measures for relevant specialized studies and analysisK
7、ey words: stadiums; steel structures; spatial structure; stiffness degradation; joints; design场 北 侧 看 台 2 层 平 台 以 上 开 口 , 开 口 宽 度 40 60m。看 台 区 上 覆 完 整 的 环 状 花 瓣 造 型 钢 罩 棚 , 罩 棚 外 边缘 南 北 向 长 约 333m, 东 西 向 约 285m, 覆 盖 宽 度68m, 悬 挑 长 度 52. 5m, 顶 标 高 60. 740m。 罩 棚 由 28片 大 、 小 花 瓣 形 成 的 14 个 花 瓣 组 构 成 , 花
8、 瓣 为 整 个造 型 设 计 的 母 题 , 以 优 雅 又 富 有 张 力 的 花 瓣 外 形 为表 现 形 式 , 隐 喻 着 基 地 内 的 水 系 特 征 和 丝 绸 文 化 , 将 活 力 动 感 与 华 贵 美 丽 完 美 结 合 , 宛 若 一 朵 白 莲 , 傲 然 挺 立 在 钱 塘 江 畔 。 体 育 场 建 筑 效 果 及 现 场 施 工 如 图 1 所 示 。2 结 构 体 系 及 构 成1 工 程 概 况杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场 位 于 钱 塘 江 与 七 甲 河 交 汇 处 南 侧 , 为 特 级 、 特 大 型 体 育 建 筑 , 总 建 筑
9、面积 210 110m2 , 固 定 观 众 座 席 共 80 912 座 。体 育 场 外 轮 廓 平 面 近 似 椭 圆 形 , 长 轴 长 366m,短 轴 约 338m。 混 凝 土 看 台 结 构 最 大 宽 度 约 108m,最 高 点 标 高 为 42. 463m。 下 部 混 凝 土 结 构 地 下 1层 , 地 上 6 层 , 2 层 平 台 ( 标 高 7. 800m) 以 上 看 台 结构 向 场 外 倾 斜 。 由 于 建 筑 空 间 上 要 求 体 育 场 场 内 面 向 钱 塘 江 具 有 良 好 的 空 间 渗 透 和 视 觉 景 观 , 体 育 作 者 简 介
10、杨 想 兵 , 设 计 副 总 裁 , 教 授 级 高 级 工 程 师 , 国 家 一 级 注 册结 构 工 程 师 , E-mail: yang xiangbing ccdi com cn 收 稿 日 期 2014-07-012. 1 下 部 混 凝 土 结 构利 用 建 筑 沿 环 向 基 本 对 称 均 匀 分 布 的 楼 、 电 梯杨 想 兵 等 : 杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场 结 构 设 计 研 究2014 No 14 39构 的 端 部 予 以 适 当 加 强 , 控 制 结 构 扭 转 。1) 框 架 柱 及 V 形 柱 支 承 钢 结 构 上 支 座 的 分 叉
11、 V 形 柱 截 面 为 800mm 1 200mm, 内 置 型 钢 , 该 柱 汇 交 至 下 层 楼 面 变 为 1 200mm 1 200mm 的 型 钢 混 凝 土 斜 柱 。 钢 结 构 下 支 座 支 承 于 1 000mm 型 钢 混 凝 土 柱 顶 , 局 部 出 入 口 轴 柱 位 置 支 承 于 环 向 框 架 梁 顶 部 。 其 他 柱 截 面 为 800mm, 1 000mm, 800mm 1 000mm, 800mm 2 000mm。2) 剪 力 墙 北 侧 开 口 附 近 两 筒 体 墙 厚 600mm,其 余 筒 体 外 墙 厚 400mm, 内 墙 厚 200
12、mm。3) 框 架 梁 及 次梁 沿 径 向 布 置 的 框 架 梁 主 要 截面 为 800mm 600mm, 环 向 布 置 的 框 架 梁 截 面 为 500mm 600mm; 次 梁 截 面 为 400mm 600mm; 消 防车 经 过 区 域 径 向 框 架 梁 800mm 800mm, 800mm 1 000mm, 800mm 1 200mm; 环 向 框 架 梁 800mm 1000mm; 次 梁 600mm 800mm; 看 台 顶 部 钢 结 构 支 座下 环 梁 为 变 截 面 1 500mm 900mm /2 200mm; 其 中 标高 25. 600m 及 以 上 楼
13、 层 的 斜 向 及 环 向 梁 内 均 配 置 型钢 , 斜 看 台 环 向 密 肋 梁 截 面 180mm 600mm。4) 楼 板 观 众 平 台 板 厚 200mm, 其 他 区 域 板 厚120, 140mm, 看 台 板 厚 100mm。 典 型 框 架 主 要 截 面 及 顶 层 看 台 结 构 布 置 如 图 3, 4 所 示 。图 1 杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场Fig 1 Main stadium of Hangzhou OlympicSports Expo Center间 和 设 备 管 井 布 置 刚 度 、 延 性 均 较 好 的 混 凝 土 剪 力墙
14、, 形 成 框 架 -剪 力 墙 体 系 , 增 加 下 部 混 凝 土 结 构 刚 度 , 减 小 下 部 混 凝 土 结 构 过 柔 而 带 来 的 上 部 钢 结 构 地 震 作 用 放 大 、 过 多 的 问 题 , 同 时 能 有 效 控 制 重 力 荷 载 作 用 下 竖 向 构 件 外 倾 而 产 生 的 水 平 位 移 , 提 高 整 体 结 构 的 抗 倾 覆 能 力 。 混 凝 土 结 构 三 维 模 型 及 典 型 剖 面 如 图 2 所 示 。图 3 典 型 框 架 主 要 构 件 截 面Fig 3 Typical frame main members section图
15、 2 混 凝 土 结 构 三 维 模 型 及 典 型 剖 面Fig 2 3D model and typical profile of concrete structure由 于 建 筑 造 型 的 需 要 , 下 部 看 台 外 圈 柱 自 2 层平 台 开 始 向 场 外 倾 斜 , 延 伸 至 6 层 ( 标 高 25. 8m) 开始 分 叉 成 V 形 柱 , 与 看 台 平 面 内 的 Y 形 斜 梁 及 顶 部环 梁 形 成 空 间 结 构 , 支 承 顶 层 看 台 结 构 及 上 部 钢 结构 , 同 时 为 减 小 东 西 看 台 Y 形 斜 梁 跨 度 , 在 V 形 柱
16、和 看 台 Y 形 斜 梁 分 叉 点 之 间 设 置 径 向 斜 撑 。 楼( 屋 ) 面 为 现 浇 混 凝 土 主 、 次 梁 体 系 , 斜 看 台 区 利 用 建 筑 踏 步 布 置 成 密 肋 楼 盖 。 开 口 部 位 两 侧 看 台 结 图 4 顶 层 看 台 结 构 布 置Fig 4 Stands structure arrangement2. 2 上 部 钢 结 构 罩 棚结 合 建 筑 造 型 及 参 数 化 设 计 本 工 程 钢 结 构 罩 棚 由 28 片 大 、 小 花 瓣 形 成 14 组 花 瓣 组 沿 环 向 三 维阵 列 而 成 。 罩 棚 采 用 空 间
17、 管 桁 架 + 弦 支 单 层 网 壳组 合 结 构 体 系 , 其 构 成 如 下 。40 施 工 技 术 第 43 卷1) 大 花 瓣大 花 瓣 单 元 由 径 向 主 桁 架 和 弦 支 单 层 网 壳 构 成 , 主 桁 架 悬 挑 长 度 52. 5m, 采 用 倒 三 角 形 组 合 空 间 圆 管 桁 架 , 桁 架 根 部 高 度 7m, 悬 臂 前 端 高 4. 5m; 主 桁 架 之 间 结 构 采 用 弦 支 单 层 网 壳 , 支 承 于 主 桁 架 上 弦 ; 弦 支 结 构 为 30 钢 棒 , 中 间 设 置 1 道 撑 杆 ; 屋 面 弦 支 单 层 网 壳
18、延 伸 至 墙 面 时 演 变 为 单 层 网 壳 结 构 。 将 大 花 瓣 单 元 沿 自 身 最 外 侧 向 场 心 镜 像 , 形 成 一 组 大 花 瓣 , 如 图 5 所 示 。图 7 结 构 单 元 示 意Fig 7 The structural element将 图 7 结 构 单 元 沿 场 心 环 向 阵 列 , 同 时 在 悬 挑最 前 端 设 置 内 环 桁 架 , 用 单 层 网 壳 结 构 填 充 各 结 构单 元 之 间 的 间 隙 , 形 成 结 构 整 体 , 罩 棚 结 构 整 体 如 图 8 所 示 。图 5 1 组 大 花 瓣 构 成Fig 5 The
19、big petal component2) 小 花 瓣屋 面 小 花 瓣 采 用 弦 支 组 合 结 构 , 结 合 建 筑 造型 , 沿 环 向 为 组 合 三 角 形 圆 管 结 构 , 径 向 为 单 管 布 置 , 支 承 于 大 花 瓣 径 向 桁 架 上 弦 ; 拉 索 采 用 5 61 高 强 钢 丝 成 品 索 , 如 图 6a 所 示 。墙 面 小 花 瓣 采 用 单 层 网 壳 结 构 , 上 、 下 端 各 汇 交 成 一 点 , 下 端 支 承 于 混 凝 土 结 构 2 层 平 台 型 钢 混 凝 土 柱 顶 , 上 端 汇 交 于 桁 架 上 弦 , 面 外 通 过
20、 室 外 钢 梯 与 下 部 混 凝 土 结 构 连 成 整 体 , 墙 面 小 花 瓣 为 钢 梯 提 供 竖 向 支 承 , 同 时 钢 梯 为 花 瓣 提 供 面 外 支 撑 , 增 强 花 瓣 面 外 稳 定 , 如 图 6b 所 示 。图 8 体 育 场 罩 棚 构 成Fig 8 The component of stadium awning5) 北 侧 开 口 处 钢 结 构 构 成由 于 建 筑 视 觉 效 果 的 需 要 , 下 部 看 台 结 构 北 侧开 有 40 60m 宽 洞 口 , 开 口 处 罩 棚 结 构 单 元 构 成 基 本 同 上 述 单 元 , 区 别 在
21、 于 取 消 了 墙 面 小 花 瓣 及 侧 向 V 形 撑 。 开 口 处 径 向 主 桁 架 前 端 支 承 在 内 环 桁 架 上 , 上 端 通 过 八 字 形 布 置 的 梭 形 柱 支 承 于 相 邻 混 凝 土 看 台 顶 面 , 梭 形 柱 之 间 增 加 横 向 联 系 杆 件 。 下 端 支 承 于 2 层 平 台 混 凝 土 柱 顶 , 侧 面 通 过 桁 架 上 弦 与 两 侧 基 本 单 元 连 接 。 开 口 处 内 环 桁 架 、 自 身 结 构 单元 及 其 两 侧 基 本 单 元 的 构 件 均 予 以 加 强 处 理 , 开 口处 结 构 构 成 如 图 9
22、 所 示 。罩 棚 钢 结 构 理 论 用 钢 量 11 134t, 拉 索 用 量7. 7t, 钢 棒 用 量 9t, 按 罩 棚 展 开 面 积 96 982m2 计 , 为114. 5kg / m2 。图 6 小 花 瓣 构 成Fig 6 The small petal component3) 钢 结 构 支 座1 组 大 小 花 瓣 单 元 通 过 V 形 组 合 钢 管 支 承 于 看台 顶 部 V 形 型 钢 混 凝 土 交 叉 柱 顶 , 形 成 罩 棚 结 构 上支 座 , 下 支 座 为 花 瓣 单 元 杆 件 汇 交 至 2 层 平 台 型 钢混 凝 土 柱 顶 。 在 5
23、 层 楼 面 处 设 置 花 瓣 单 元 面 外 侧 向V 形 撑 , 连 接 径 向 桁 架 下 弦 及 混 凝 土 楼 面 , 提 高 花 瓣面 外 刚 度 , 增 强 结 构 侧 向 稳 定 。 1 组 大 小 花 瓣 及 钢结 构 支 座 形 成 了 一 个 稳 定 的 结 构 单 元 , 如 图 7 所 示 。4) 内 环 桁 架 及 整 体 钢 结 构3 结 构 设 计 标 准 及 抗 震 性 能 化 目 标本 工 程 结 构 设 计 使 用 年 限 100 年 , 结 构 安 全 等级 一 级 , 抗 震 设 防 烈 度 为 6 度 , 基 本 地 震 加 速 度 0. 05g,
24、 场 地 类 别 为 类 , 抗 震 设 防 类 别 为 乙 类 , 框 架及 剪 力 墙 抗 震 等 级 为 二 级 。3. 1 结 构 设 计 控 制 标 准1) 混 凝 土 结 构 位 移 、 轴 压 比 、 配 筋 率 、 配 箍 率 、 剪杨 想 兵 等 : 杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场 结 构 设 计 研 究2014 No 14 412) 地 下 室 外 墙 、 边 角 区 域 框 架 柱 等 竖 向 构 件 为受 力 较 不 利 部 位 , 设 计 时 通 过 加 强 局 部 构 件 含 钢 率措 施 消 除 局 部 不 利 影 响 , 地 下 室 外 围 墙 身
25、水 平 分 布 筋 贯 通 置 于 外 侧 。3) 洞 口 周 边 及 中 部 区 域 等 受 力 不 利 及 应 力 集 中 的 梁 板 水 平 构 件 , 设 计 时 通 过 适 当 加 强 配 筋 等 措施 消 除 局 部 不 利 影 响 , 截 面 拉 应 力 由 钢 筋 承 担 , 钢 筋 应 力 水 平 不 超 过 200MPa, 控 制 混 凝 土 裂 缝 宽 度 不 超 过 0. 2mm; 采 用 通 长 板 筋 加 局 部 短 筋 的 双 层 双 向 式 配 筋 方 式 , 增 强 楼 板 的 抗 裂 性 能 。4) 太 阳 辐 射 条 件 下 , 上 部 体 育 场 钢 结
26、 构 罩 棚 大部 分 杆 件 应 力 水 平 低 于 35MPa, 部 分 内 环 环 杆 、 下 部支 座 及 内 支 撑 等 杆 件 应 力 水 平 较 高 , 最 大 值 约75MPa, 组 合 工 况 设 计 时 仍 处 在 设 计 可 控 范 围 。5) 采 取 以 下 针 对 性 施 工 措 施 减 小 温 差 效 应 的不 利 影 响 : 确 保 混 凝 土 较 低 温 度 入 模 , 即 保 证 在 月平 均 气 温 以 下 入 模 ; 后 浇 带 封 闭 施 工 须 选 择 低 温 月( 15 ) 进 行 , 避 免 经 历 较 不 利 的 降 温 状 态 , 钢 结 构
27、合 龙 温 度 取 ( 15 2 ) ; 采 用 低 水 化 热 的 普 通 硅 酸 盐 水 泥 和 级 配 良 好 的 碎 石 骨 料 配 制 混 凝 土 , 并 适 量 掺 入 粉 煤 灰 ; 采 用 高 效 减 水 剂 , 降 低 水 泥 用 量 , 严 格 控 制 水 灰 比 , 加 强 混 凝 土 养 护 等 。图 9 北 侧 看 台 开 口 处 罩 棚 构 成Fig 9 The component of opening awning压 比 等 各 项 指 标 按 相 关 规 范 、 规 程 限 值 , 并 控 制 重 力荷 载 作 用 下 结 构 水 平 位 移 h /1 000(
28、 h 为 层 高 ) 。2) 钢 结 构 变 形 指 标 钢 罩 棚 悬 臂 最 前 端 挠 度控 制 L /125( L 为 罩 棚 悬 挑 长 度 ) 。3 ) 动 力 特 性 指 标频 率 1. 0Hz。钢 罩 棚 竖 向 自 振4) 钢 构 件 长 细 比 支 座 杆 件 、 桁 架 受 压 弦 杆 和端 部 受 压 腹 杆 长 细 比 120; 其 他 杆 件 长 细 比 150。5) 钢 构 件 应 力 水 平 钢 结 构 杆 件 最 大 组 合 设计 应 力 0. 9f( f 为 钢 材 设 计 强 度 ) 。拉 索 初 始 张 拉 应 力 控 制 在 ( 0. 1 0. 2)
29、fptk , 最 不利 工 况 下 最 大 应 力 水 平 0. 45fptk , 最 小 应 力 水 平 0. 05fptk ( fptk 为 拉 索 破 断 强 度 ) 。6) 钢 结 构 整 体 稳 定 指 标 结 构 线 弹 性 整 体 稳定 屈 曲 荷 载 系 数 K 10, 非 线 性 整 体 稳 定 屈 曲 荷 载 系 数 K 5。4. 2 超 长 多 点 输 入本 工 程 下 部 看 台 结 构 最 大 长 度 366m, 与 超 限高 层 建 筑 工 程 抗 震 设 防 专 项 审 查 技 术 要 点 对 超 长结 构 的 定 义 限 制 ( 400m) 非 常 接 近 。
30、基 于 该 工 程 的 重 要 性 , 对 该 项 目 进 行 考 虑 行 波 效 应 的 多 点 输 入 时 程 地 震 反 应 分 析 。 采 用 的 具 体 方 法 为 “ 大 质 量 法 ” ,分 析 结 果 如 下 。1) 地 震 波 输 入 方 向 为 x 向 , 多 点 输 入 的 非 同 步 性 引 起 结 构 的 扭 转 角 度 较 单 点 输 入 有 明 显 增 大 趋 势 ; 随 着 视 波 速 减 小 , 扭 转 效 应 增 大 。2) 地 震 波 输 入 方 向 为 y 向 , 多 点 输 入 的 扭 转 角度 较 单 点 输 入 存 在 时 滞 效 应 , 多 点
31、输 入 扭 转 角 度 较单 点 输 入 略 小 , 主 要 由 于 地 震 波 输 入 方 向 与 行 波 方 向 相 同 , 而 主 体 育 场 沿 y 轴 基 本 对 称 , 因 此 多 点 输 入 的 非 同 步 性 没 有 引 起 结 构 扭 转 输 入 的 增 加 。3) 各 层 扭 转 角 度 沿 楼 层 的 变 化 有 明 显 的 规 律 性 , 随 着 楼 层 的 增 加 , 绝 对 扭 转 角 度 逐 渐 增 大 , 而 层间 相 对 扭 转 角 逐 渐 减 小 。4) 下 部 混 凝 土 构 件 内 力 基 本 由 单 点 输 入 控 制 。 地 下 1 层 和 地 上
32、1 层 的 个 别 构 件 内 力 由 多 点 输 入 控 制 , 但 多 点 输 入 调 整 系 数 均 不 大 , 最 大 调 整 系 数 为 1. 06, 设 计 时 给 予 相 应 补 强 。5) 对 于 屋 面 钢 结 构 , 全 部 特 征 构 件 的 内 力 均 由单 点 输 入 控 制 。7) 舒 适 度 指 标 室 外 钢 梯 竖 向 振 动 频 率 3. 0Hz, 看 台 结 构 竖 向 振 动 频 率 3. 5Hz。3. 2 抗 震 性 能 设 计 目 标1) 钢 结 构 满 足 安 评 谱 小 震 弹 性 和 规 范 谱 中 震 弹 性 要 求 , 支 座 构 件 按
33、规 范 谱 大 震 弹 性 复 核 其 承 载 力 。2) 混 凝 土 结 构 满 足 安 评 谱 小 震 弹 性 要 求 , 竖 向 构 件 满 足 规 范 谱 中 震 弹 性 , 支 承 上 部 钢 结 构 的 构 件按 规 范 谱 大 震 不 屈 服 复 核 其 承 载 力 。4 关 键 技 术 问 题4. 1 结 构 超 长 无 缝 设 计本 工 程 下 部 混 凝 土 结 构 周 长 近 1 000m, 未 设 一 道 永 久 缝 , 为 超 长 、 超 宽 大 面 积 混 凝 土 结 构 。 设 计时 对 整 体 结 构 进 行 了 施 工 装 饰 期 全 过 程 施 工 模 拟
34、的 温 差 效 应 分 析 , 同 时 考 虑 了 混 凝 土 结 构 的 长 期 徐变 收 缩 效 应 。 分 析 模 型 摈 弃 了 基 础 固 定 端 或 不 动 铰 假 定 , 考 虑 地 基 或 桩 基 的 有 限 约 束 刚 度 , 主 要 分析 结 果 及 相 应 的 设 计 措 施 如 下 。1) 设 置 后 浇 带 将 整 个 工 程 下 部 结 构 切 割 成 双 向 30 35m 子 结 构 。42 施 工 技 术 第 43 卷6) 多 点 地 震 输 入 对 本 结 构 的 影 响 较 小 , 主 要 是由 于 大 底 盘 对 多 点 输 入 的 非 同 步 性 发 挥
35、 了 重 要 的 协 调 作 用 。考 虑 后 浇 带 的 施 工 模 拟 分 析 , 分 析 结 果 表 明 , 后 浇带 的 设 置 削 弱 了 环 向 构 件 对 整 体 的 环 箍 作 用 , 因 此 结 构 径 向 构 件 内 力 增 加 , 环 向 构 件 内 力 减 小 , 结 构 在 重 力 荷 载 下 的 位 移 有 所 增 大 , 尤 其 对 东 西 及 南 侧 结 构 , 这 一 影 响 较 明 显 , 设 计 中 充 分 注 意 这 一 点 , 采 用 施 工 模 拟 计 算 结 果 进 行 构 件 设 计 。3) 混 凝 土 刚 度 退 化 分 析 在 总 装 分 析
36、 模 型 基 础 上 , 考 虑 混 凝 土 长 期 重 力荷 载 作 用 下 受 拉 混 凝 土 开 裂 刚 度 退 化 , 特 别 是 顶 部 两 层 ( 标 高 21. 300m 以 上 ) 看 台 结 构 在 重 力 荷 载 作 用 下 承 受 较 大 的 轴 向 拉 力 , 为 评 估 混 凝 土 刚 度 退 化对 上 部 钢 结 构 及 V 形 支 撑 柱 受 力 的 影 响 , 对 整 体 模 型 进 行 刚 度 退 化 分 析 。 退 化 模 型 中 , 顶 部 两 层 结 构 的 型 钢 混 凝 土 梁 仅 保 留 型 钢 的 轴 向 刚 度 , 普 通 混 凝 土 梁 轴
37、向 刚 度 折 减 至 20% , 看 台 板 混 凝 土 刚 度 折 减 至 5% 。 刚 度 退 化 分 析 结 果 表 明 : 下 部 混 凝 土 构 件 刚 度 退 化 后 , 钢 结 构 桁 架 端 部 的 竖 向 位 移 及 应 力 水平 略 有 增 大 , 但 仍 可 控 满 足 相 应 的 设 计 要 求 ; 支 承 钢 结 构 上 支 座 的 顶 层 型 钢 混 凝 土 交 叉 柱 及 下 部 型 钢 混 凝 土 柱 配 筋 率 较 未 退 化 时 略 有 增 大 , 但 均 能 满 足 大 震 不 屈 服 承 载 要 求 。4) 最 终 实 施 方 案依 据 上 述 分 析
38、 中 最 不 利 计 算 结 果 , 对 重 力 荷 载下 顶 部 看 台 受 拉 构 件 采 取 如 下 解 决 方 案 : 看 台 V形 斜 梁 配 置 型 钢 , 承 担 全 部 拉 力 , 并 与 2 000mm 800mm 柱 内 型 钢 可 靠 锚 固 ; 中 层 看 台 斜 梁 配 置 型钢 , 承 担 全 部 拉 力 , 且 纵 筋 按 受 拉 锚 固 ; 4, 5 层 受拉 柱 内 设 置 型 钢 并 向 下 锚 固 至 结 构 3 层 ; 顶 部 外环 梁 整 圈 配 置 型 钢 承 担 全 部 拉 力 , 与 顶 部 支 座 型 钢可 靠 锚 固 ; 控 制 梁 内 型
39、钢 应 力 水 平 不 超 过200MPa, 混 凝 土 裂 缝 宽 度 不 超 过 0. 2mm; 顶 部 看 台 板 及 楼 板 配 筋 给 予 适 当 加 强 。4. 3 看 台 外 倾 引 起 重 力 荷 载 作 用 下 混 凝 土 构 件 受拉 解 决 方 案由 于 建 筑 方 案 看 台 向 场 外 倾 斜 , 在 长 期 重 力 荷载 作 用 下 , 顶 部 、 中 部 看 台 斜 梁 和 看 台 板 、 顶 部 最 外圈 环 梁 以 及 25. 800, 21. 300m 标 高 楼 板 、 框 架 梁 , 均 承 受 较 大 的 轴 向 拉 力 , 结 构 受 力 较 为 不
40、 利 , 为 充 分 考 虑 其 不 利 影 响 , 设 计 时 对 整 体 结 构 进 行 了 如 下 几 点 针 对 性 专 项 研 究 分 析 。1) 建 立 看 台 折 板 的 分 析 模 型传 统 看 台 建 模 分 析 中 , 看 台 密 肋 梁 采 用 frame单 元 , 看 台 板 采 用 斜 板 shell 模 型 ( 见 图 10a) , 夸 大了 斜 看 台 的 平 面 外 刚 度 , 看 台 板 径 向 应 力 偏 大 , 看台 斜 梁 内 力 偏 小 , 不 利 于 结 构 安 全 。 尤 其 本 工 程 看 台 向 场 外 倾 斜 , 重 力 荷 载 下 上 部
41、看 台 结 构 沿 径 向 受 拉 , 看 台 板 刚 度 对 结 构 计 算 结 果 影 响 更 为 明 显 , 为 准 确 反 映 实 际 结 构 工 作 性 能 , 设 计 时 密 肋 梁 、 看 台 踏 板 均 采 用 shell 单 元 , 更 符 合 实 际 的 壳 元 折 板 模 型( 见 图 10b) , 并 将 两 种 计 算 模 型 分 析 结 果 进 行 了 对 比 , 结 果 表 明 : 采 用 看 台 折 板 模 型 , 混 凝 土 结 构 变 形 增 大 7% 12% , 看 台 板 径 向 应 力 大 为 减 小 , 尤 其 北 侧 开 口 部 位 , 看 台 板
42、 径 向 应 力 减 幅 达 50% , 看 台 斜 梁 内 力 显 著 增 大 , 增 幅 达 70% 110% 。 可 见 , 采 用 斜 板 模 拟 看 台 结 构 误 差 较 大 , 壳 元 折 板 对 整 体 看 台 进 行 建 模 计 算 , 能 准 确 反 映 实 际 结 构 , 设 计 更 为 安 全 合 理 。4. 4 看 台 北 侧 开 口 部 位 构 件 加 强混 凝 土 结 构 北 侧 看 台 结 构 沿 环 向 不 连 续 , 使 得北 侧 结 构 刚 度 较 弱 , 且 此 区 域 上 部 钢 结 构 支 座 抽 空 , 混 凝 土 结 构 承 担 更 多 的 上
43、部 钢 结 构 荷 载 , 在 重 力 、 地 震 作 用 下 , 结 构 位 移 、 构 件 受 力 均 较 其 余 部 位 不 利 , 采 用 以 下 措 施 对 此 区 域 进 行 加 强 。1) 钢 结 构 支 座 构 件 截 面 加 大钢 结 构 北 侧 边 支 座 承 担 比 中 部 支 座 更 多 的 钢 结 构 荷 载 , 加 大 边 支 座 截 面 , 使 得 边 支 座 与 中 部 支 座 应 力 分 布 均 匀 。2) 钢 结 构 环 桁 架 截 面 面 积 加 大北 侧 钢 结 构 上 支 座 抽 空 , 竖 向 刚 度 较 弱 , 加 大内 环 桁 架 弦 杆 及 腹
44、 杆 截 面 , 增 强 桁 架 刚 度 , 对 北 侧 主 桁 架 端 部 起 到 竖 向 支 承 作 用 , 提 高 该 区 域 钢 结 构图 10 看 台 板 模 型Fig 10 Stands slab model2) 考 虑 后 浇 带 的 施 工 模 拟 分 析在 重 力 荷 载 作 用 下 , 中 上 部 看 台 斜 梁 及 看 台 顶部 环 梁 承 受 较 大 轴 向 拉 力 , 看 台 板 内 环 向 拉 应 力 也 较 高 , 结 构 环 向 构 件 产 生 的 “ 环 箍 ” 作 用 明 显 , 在 施工 期 间 , 为 减 小 混 凝 土 收 缩 应 力 及 温 度 应
45、力 , 每 隔2 3跨 沿 径 向 设 置 了 施 工 后 浇 带 。 后 浇 带 合 龙 前 , 环 向 构 件 无 法 发 挥 对 径 向 框 架 的 约 束 作 用 , 因 此 结构 的 变 形 、 内 力 较 一 次 生 成 的 模 型 计 算 结 果 有 所 差 别 。 设 计 时 考 虑 了 该 不 利 因 素 , 对 整 个 工 程 进 行 了杨 想 兵 等 : 杭 州 奥 体 博 览 城 主 体 育 场 结 构 设 计 研 究2014 No 14 43的 竖 向 刚 度 。3) 混 凝 土 筒 体北 侧 混 凝 土 结 构 抗 侧 刚 度 较 弱 , 结 构 局 部 扭 转分
46、量 略 高 , 且 地 震 及 重 力 荷 载 作 用 下 , 结 构 竖 向 构 件 应 力 水 平 较 中 部 构 件 偏 高 , 在 不 影 响 建 筑 功 能 要 求 前 提 下 , 加 大 北 侧 两 个 筒 体 墙 体 厚 度 至 600mm, 并 在 角 部 暗 柱 内 设 置 型 钢 , 同 时 加 大 800mm 2 000mm型 钢 柱 内 型 钢 含 钢 量 , 增 强 北 侧 结 构 抗 侧 刚 度 , 同 时 在 7. 000 7. 800m 标 高 加 设 500mm 厚 混 凝 土 剪 力 墙 , 降 低 北 侧 混 凝 土 结 构 的 扭 转 分 量 。4) 看
47、 台 斜 梁 、 斜 柱 配 筋 加 强北 侧 开 口 附 近 看 台 斜 梁 在 重 力 以 及 地 震 作 用 下 轴 拉 力 较 其 余 部 位 偏 高 , 设 计 中 加 大 该 部 分 斜 梁 含 钢 率 , 提 高 其 截 面 轴 向 刚 度 。4. 5 看 台 顶 部 埋 入 式 铸 钢 支 座 节 点 设 计 本 工 程 钢 结 构 上 支 座 通 过 短 柱 支 承 于 下 部 混 凝土 看 台 V 形 柱 、 看 台 Y 形 斜 梁 及 外 圈 环 梁 汇 交 顶 面 , 且 下 部 混 凝 土 构 件 均 设 型 钢 , 该 支 座 节 点 受 力 最 为 不 利 , 若
48、 采 用 焊 接 节 点 , 不 仅 施 工 难 度 大 且 阴 角 区 焊 缝 质 量 难 以 保 证 , 为 确 保 上 部 钢 结 构 安 全 , 看 台 顶 部 钢 结 构 上 支 座 节 点 采 用 了 埋 入 式 铸 钢 节 点 。由 于 该 节 点 为 7 根 型 钢 构 件 空 间 斜 向 汇 交 , 加 之 型 钢 混 凝 土 构 件 纵 筋 多 达 130 余 根 , 尤 其 V 形 柱 及 看 台 Y 形 斜 梁 汇 交 阴 角 区 , 空 间 狭 小 不 利 穿 筋 , 现 场 施 工 难 度 大 且 混 凝 土 浇 注 质 量 难 以 保 证 , 为 确 保 结 构
49、安 全 , 项 目 参 建 各 方 一 致 认 同 通 过 计 算 机 模 拟 三 维 穿 筋 ( 见 图 11 ) 和 地 面 1 1 现 场 穿 筋 模 型 试 验 发 现 问 题 并 及 时 完 善 , 确 保 后 续 高 空 作 业 顺 利 实 施 。 经 过 长 达 数 月 , 共 5 轮 的 设 计 深 化 调 整 , 并 结 合 专 家 论 证 意 见 不 断 完 善 , 在 各 方 共 同 努 力 下 最 终 该 埋 入 式 铸 钢 节 点 得 以 成 功 实 施 。为 满 足 北 部 开 口 建 筑 效 果 需 求 , 支 承 于 开 口 部位 两 侧 看 台 顶 面 的 钢 结 构 上 支 座 杆 件 要 求 支 座 根 部 缩 径 , 缩 径 后 支 座 节 点 无 法 满 足 本 工 程 钢 结 构 相 贯 节 点 按 刚 接 和 铰 接 双 控 的 设 计 要 求 。 刚 接 模 型 中 , 该