1、,济南奥体中心场馆钢结构设计特色与健康监测,一、引言 二、场馆钢结构建筑特色 三、钢结构健康监测 四、结论,汇报内容,一、引言,引言：济南奥体中心是第十一届全国运动会的主会场，包括一场三馆，总体布局呈“东荷西柳”，6万入体育场在西边，呈“柳叶”造型;体育馆、网球中心、游泳中心在东边，呈“荷花”造型。其功能上满足全国运动会和世界单项体育赛事的要求，设计上成为具有浓郁地方文化特色的标志性建筑，赛后成为济南的城市标志广场。大型体育场馆人流密集，屋盖钢结构跨度大、受力复杂，确保其结构施工和使用安全尤为重要，为此济南奥体中心进行了钢结构的健康监测，建立了基于光纤光栅传感技术的刚性杆件应变监测系统以及基于
2、电磁感应技术的索应力监测系统，从钢结构安装开始直至竣工后一年内对场馆钢结构的关键杆件进行内力监测，实践表明，该监测系统抗干扰能力强，性能稳定，监测效果良好。,二、场馆钢结构建筑特色,2.1 体育场,体育场外轮廓为近似椭圆形，长轴长约360m,短轴长约310m，规模为6000座。在建筑造型上充分体现济南市的地域、文化特色，以济南市的市树“柳树”为主题，将垂柳柔美飘逸的形态化为建筑语言。,体育场建筑效果图,2.1 体育场,结构设计特色： （1）结构体系采用空间折板型钢析架，结构受力均匀，每片罩棚用钢量仅为3000吨，是相同规模体育场罩棚用钢量的一半 （2）为了增强结构的整体稳定性和侧向抗扭刚度，除
3、了环向次桁架外，在看台顶部支座间设5对纵向支撑，桁架下弦平面设置了6道水平支撑，水平支撑采用直径5Omm棒钢，施加初始预应力（经过反复调试，初始预应力取0.2fy时，拉索受力状态最优） （3）罩棚内支座位置的选取独具匠心，计算和健康监测结果表明，在自重作用下，内支座位置近乎于整个罩棚结构的重心，因此外支座处杆件受力较小,2.1 体育场,钢结构罩棚平面、立面和剖面图,2.2 体育馆,体育馆位于奥休中心场馆区的东部，为一圆形建筑，建筑面积约5.2万平方米，体育馆观众席1000座以上，配套建设20片室外篮球训练馆。其钢结构工程包括:体育馆主馆钢结构屋盖、体育馆36个大小花瓣、训练馆和热身馆。体育馆主
4、馆钢结构屋盖采用弦支弯顶结构，大小花瓣为网壳结构、训练馆和热身馆采用了空间折板网壳结构。体育馆主馆钢结构屋盖形状为圆形，圆形直径为122米，屋盖矢高为12.2米;未施加预应力之前整个单层网壳竖向刚度较小。在穹顶顶部设2.5m高的风帽，风帽为单层网壳，直径27.792m，屋盖采用弦支穹顶结构体系。,2.2 体育馆,索杆部分示意图,2.2 体育馆,结构设计特色： （1）整个结构支承于周边混凝土环梁上，弦支穹顶为刚柔杂交索杆梁体系，上部单层网壳承担了大部分的荷载，力流大部由其传递，但稳定性不足，下部预应力索杆体系增强了体系刚度，减少了结构位移 （2）由于该结构单层网壳采用的是传统球面网壳结构外形，结
5、构呈极轴对称，因此各环径向钢拉杆、环向索及撑杆的轴力均相同，这一结构特点便于同步张拉过程中的分区控制 （3）肋环型拉索的布置形式决定了径向钢拉杆和撑杆对环向索环向约束较小，易产生环向的偏摆，为了改善结构体系的动力特性，在径向马道支点和相邻的竖向压杆的上节点之间设置斜拉构造钢棒，构造钢棒均采用55张紧，下部三圈索杆体系的扭转刚度得以提高，其环向扭转问题得到解决,2.3 游泳馆和网球中心,网球中心赛场形近似一“逗号”，南北长约171m,东西宽约223m，地下一层，地上四层，看台规模约4000座，看台及功能用房采用钢筋混凝土框架剪力墙结构。上部钢结构根据不同的建筑分区以及结构经济合理性分别采用不同的
6、结构形式，其中室内网球馆采用管析架结构，中庭屋盖采用工字钢梁结构，中心赛场罩棚采用悬挑空间折板结构，培面采用空间折板结构，建筑上形成柳叶造型，和其他两馆一场相呼应。游泳馆位于整个场地的东北角，它与东南角的网球馆沿东西向轴线成对称式布置，环抱着东区的中心场馆体育馆。游泳馆外轮廓南北约102米，东西约193米，下部为钢筋混凝土框架结构，外罩为折板型钢结构。,2.3 游泳馆和网球中心,网球中心钢结构平面布置图,游泳馆钢结构布置图,三、钢结构健康监测,结构的健康监测是指利用现代无损传感技术，基于所测结构的响应对结构进行特性判断和力学分析，监侧结构构件的损伤和刚度退化状况，从而保证结构施工和服役期间的安
7、全。几种检测技术及其优缺点：传统的电阻应变片：抗干扰能力差、网络布置不易、存在温漂和零漂问题、长期结果可能失真等振弦式应变传感器：正常使用年限有限、使用不方便、不适合大规模集成使用等基于现代传感技术的光纤光栅传感器：抗电磁干扰、抗腐蚀能力强、可靠性好、灵敏度高、寿命长（可以在25年内不退化），可以实现远距离监测，信号损失极小等,3.1 应变监测测点布置,体育场健康监测应变监测方案,钢结构罩棚：针对济南奥体中心体育场罩棚钢结构的受力特点，考虑到对称性，根据结构悬挑跨度并体现一般性，选择了大中小跨度的三榀桁架，其中4轴线位于罩棚中央，跨度最大；61轴线为罩棚最边跨，跨度最小；68轴线位于二者之间。
8、如下图：,3.1 应变监测测点布置,应变监测轴线（图示为右半跨罩棚）,3.1 应变监测测点布置,体育场健康监测应变监测方案,应变监测部位杆件：应变监测部位杆件的选择将主要侧重屋盖结构在构件安装施工过程(包括卸载过程)中应力较大的杆件部位，需要同时兼顾不同杆件类型。5a、5b、5c处为马道安装处的杆件；4a、 4b、 4c处为临时支撑上部的杆件；1、2a、2b、6、7处均为支座处杆件；3a、3b、3c为应变变化较复杂、受力较大的杆件。如下图：,3.1 应变监测测点布置,每榀桁架测点布置,3.1 应变监测测点布置,体育馆弦支穹顶钢结构监测方案,由于体育馆结构对称，我们选取了3个半跨测试截面进行监测
9、，每半跨结构分别对应轴线为轴线12、24和36。此三个轴线对称分布于结构平面，能较完整的反应结构的受力状态。,半跨截面分布,主体结构应力测点布置选定杆件,3.2 监测结果分析,为了说明监测的效果，对于体育场我们仅选择4轴线支座杆件的内力变化进行分析。将该杆件所有监测日期的监测应力大小绘制成曲线，描绘出其在整个施工阶段的应力变。如图：,4轴支座斜杆应力变化图,3.2 监测结果分析,对于体育馆，我们选择12轴索杆体系的内力变化进行分析。如下表(表中仅列出部分数据）：,四、结论, 结论：1、大跨空间结构设计进行总装分析至关重要。采用整体总装模型进行分析研究下部混凝土结构对上部钢结构的影响，能够正确揭示上下部结构在重力、风、地震、温度等多种荷载作用下的变形受力性能，确保结构安全可靠、经济合理。2、对重要结构，节点计算模型的简化，必要时应进行铰接刚接双控分析;对复杂空间结构的节点应对其进行有限元模拟分析以确保安全。3、对于弦支网壳结构而言，最关键的是预应力体系的建立以及预应力大小的选择，本工程采用平衡矩阵理论得到的预应力值，实践证明是可行的和有效的。4、利用光纤光栅传感器进行结构健康监测取得了较好的效果，具有较高的准确度和较好的稳定性，可以推广应用于其他类似结构的监测当中。,谢 谢！,
