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体育场结构设计案例分析

时间:2020-06-10

01 工程概况

本项目主体结构采用钢筋混凝土框架结构,屋盖为钢结构,屋盖平面外形为月牙形,屋盖屋顶钢结构由跨度为330m的落地内拱、支撑在混凝土柱顶的外拱及联系两拱的桁架组成。外拱的跨度为89m,位于9轴支座与拱脚之间。

体育场结构整体模型

下部混凝土看台

屋盖钢结构布置

02 屋盖钢结构体系

内拱跨度约为330m,结构高度及宽度如下图所示。为了便于和桁架的连接,内拱结构单元的横向剖面的杆件布置延续了桁架杆件布置,而在纵向则采用弦杆及平面菱形腹杆连接。如下图所示。

内拱结构单元三维图

内拱结构单元平面图

外拱总跨长为330m,拱的中间部分落在柱顶支座上,支座间距12m。最大跨度分布在两端,平面跨度为79m,结构高度及宽度下图所示。

外拱结构单元

共布置26榀桁架,最大跨度58.9m,最小跨度22.9m,桁架高度为3.5m.,如下图所示。

单榀桁架杆件布置

03 计算分析软件

结构整体分析采用Midas/Gen软件。

稳定性分析采用ANSYS软件。

04 荷载及荷载组合

1 结构自重,放大1.1考虑插板重量。

2 屋面板荷载:0.5kN/m2。

局部马道及灯具荷载:2kN/m。

3 屋面活荷载0.5kN/m2。

4 屋面雪荷载0.40kN/m2。

5 风荷载

5.1 基本风压: 0.6kN/m2,地面粗糙度B类。

5.2 屋顶体型系数根据风洞实验结果取值。

5.3 风振系数按照风洞试验单位提供的数值模拟结果取值。

5.3 风荷载高度系数按实际高度查规范取值。

详细的风荷载体型系数分布详风洞试验报告,报告中根据结构的对称性给出了0~90度的风荷载体型系数。下图给出30度风向角风荷载体型系数分布图,此风向角下屋盖罩棚上风荷载体型系数最大。

马道荷载分布图

30°体系系数分布图

60°及70°体系系数分布图

6 温度作用确定如下:

① 假定合拢温度为15ºC~20ºC

② 混凝土结构的温度荷载为±10ºC

③ 钢结构的温度荷载,内拱升温40 ºC,其余构件升温20 ºC,全部降温20 ºC

④ 钢结构施工阶段温度荷载,所有钢结构构件升温50 ºC。

7 地震作用满足三水准两阶段。

05 分析结果

由于体育场屋盖及下部结构为轴对称结构,因此可取其中一半进行计算分析,该部分结果可做为对称的另一半的设计依据。分析结果如下图。

变形图

振型图

整体稳定

来源:钢结构设计

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