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重慶龍興足球場主體結(jié)構(gòu)采用設置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu),屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用懸挑平面桁架+上下弦穩(wěn)定支撐+立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。為了研究結(jié)構(gòu)設計的難點,采用了SPASCAD-PMSAP、MIDAS Gen(Ver.2019)和SAP2000設計軟件分別對結(jié)構(gòu)進行多遇地震下的抗震性能分析。采用了SAUSAGE、SAP2000軟件對結(jié)構(gòu)進行設防、罕遇地震下的抗震性能分析。采用了ANSYS軟件對鋼屋蓋整體穩(wěn)定進行分析,采用了ABAQUS軟件對節(jié)點受力性能進行分析。結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力和抗連續(xù)倒塌能力,結(jié)構(gòu)設計安全、合理、經(jīng)濟。
重慶氣質(zhì)的足球殿堂——龍興足球場超限結(jié)構(gòu)設計
文/李金哲,馮遠,史偉男,郭赤,等
01工程概況
重慶龍興足球場位于重慶主城東部、長江以北的龍盛片區(qū),是2023年亞洲杯比賽場地。以“重慶氣質(zhì)的足球殿堂”為設計理念,規(guī)劃、景觀和建筑設計包含匯聚、旋轉(zhuǎn)、上升的流暢曲線等元素,足球場建筑效果圖如圖1所示。足球場總建筑面積約16萬m2,地上4層,局部區(qū)域包含1層地下室,設置4道防震縫使足球場主體與室外樓梯脫開,防震縫設置情況如圖2所示。足球場主體為設置少量剪力墻的混凝土框架結(jié)構(gòu)[1],1層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖2,剖面圖圖3。足球場平面呈類橢圓形,1層平臺平面尺寸267m×235m,1層以上平面尺寸235m×203m。混凝土主體結(jié)構(gòu)總高度(基礎頂面至混凝土看臺頂面)為42.365m(取混凝土看臺頂面最高點),為保證美觀和使用功能,整個混凝土主體結(jié)構(gòu)不設伸縮縫[2],為一個結(jié)構(gòu)單元,但必須采取設計措施和施工措施防止超長結(jié)構(gòu)由溫度應力引起的開裂。足球場鋼屋蓋呈橢圓形,結(jié)構(gòu)形式為懸挑平面桁架+上下弦穩(wěn)定支撐+立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[3],共計68榀平面桁架,桁架的懸挑長度約為54~58m(其中南北看臺中心點上方為54m,東西看臺中心點上方為58m),鋼屋蓋單元長度約283m,寬度為252m。鋼屋蓋通過成品鑄鋼支座[4]支撐于下部混凝土主體結(jié)構(gòu)上。
02屋蓋鋼結(jié)構(gòu)
足球場鋼屋蓋高度約59.05m(取桁架頂部高度平均值),鋼屋蓋組成示意如圖4所示。足球場罩棚采用懸挑平面桁架[5]結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)簡潔規(guī)整,適合此建筑內(nèi)場特殊效果的需求。罩棚桁架結(jié)構(gòu)由68榀平面桁架構(gòu)成。在看臺尾部混凝土結(jié)構(gòu)之上設置68根柱子支承桁架。立面為滿足建筑簡潔通透的效果,采用68根矩形曲桿與1道水平系桿構(gòu)成立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu),為屋蓋提供外環(huán)多點支撐,矩形曲桿也作為幕墻結(jié)構(gòu)的支撐。罩棚區(qū)徑向桁架布置如下:內(nèi)檐口桁架高度2.0m,支座處桁架高度11~13m;將屋蓋徑向懸挑段構(gòu)件劃分為9個節(jié)間,平衡過渡段桿間劃分為3個節(jié)間。
罩棚設置5道環(huán)向桁架,提供屋蓋的環(huán)向剛度,即1道內(nèi)環(huán)立體桁架,1道軸桁架,1道平衡段尾部桁架及2道懸挑段平面桁架。內(nèi)環(huán)立體桁架可有效提高屋蓋內(nèi)環(huán)整體剛度;屋蓋懸挑跨度較大,在懸挑段中部設置2道平面桁架既可以進一步減小受壓下弦桿的平面外計算長度,改善經(jīng)濟性,又可以為平面桁架提供側(cè)向約束,同時最大程度地減小對建筑效果的影響;軸桁架及平衡段尾部桁架可以有效提高整個罩棚結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和承載力。為提高罩棚區(qū)屋蓋平面內(nèi)整體剛度,對稱設置8組屋面水平撐桿,也在平衡過渡段相應區(qū)域增設撐桿。結(jié)構(gòu)立面矩形曲桿提供屋蓋豎向支撐,立面水平系桿及立面斜撐桿可大幅度提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度。
結(jié)構(gòu)設計時,構(gòu)件計算長度系數(shù)μ根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》(GB 50017—2017)[6]中5.3節(jié)和《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 7—2010)[3]中5.1節(jié)規(guī)定取值。針對難以確定計算長度的構(gòu)件,根據(jù)已有的特征值屈曲分析結(jié)果,求得壓桿的歐拉臨界力Pcr=π2EI/(μL)2(E為彈性模量,I為截面慣性矩,L為構(gòu)件長度),利用歐拉公式反推構(gòu)件的計算長度系數(shù)。
03主要荷載和地震參數(shù)取值
本工程抗震設防烈度6度,設計基本地震加速度0.05g,設計地震分組第一組,場地類別Ⅱ類,場地特征周期0.35s。根據(jù)《建筑工程抗震設防分類標準》(GB 50223—2008)[7],本項目屬于特大型體育場,主體結(jié)構(gòu)屬于重點設防類,抗震措施按7度采用。
樓面、屋面荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[8]取值。體育場罩棚[9]懸挑桁架上弦(陽光板)附加恒載0.9kN/m2,屋蓋平衡段桁架上弦(金屬屋面+裝飾格柵)附加恒載1.3kN/m2,屋蓋平衡段吊頂附加恒載0.8kN/m2,罩棚懸挑桁架下弦膜材及連接件豎向力0.7kN/m,罩棚懸挑桁架下弦膜材水平張拉力1.0kN/m,立面幕墻體系及連接件附加恒載1.0kN/m2,馬道、燈橋附加恒載3.0kN/m。鋼屋蓋活荷載0.5kN/m2,天溝活荷載3.2kN/m,馬道活荷載3.5kN/m。演藝荷載(作為單獨工況驗算):威亞吊掛點豎向力15kN、水平力70kN,隔一段距離設置一個吊點。
基本風壓按照重現(xiàn)期100年取W0=0.45kN/m2,地面粗糙度類別為B類,風荷載體型系數(shù)和風振系數(shù)根據(jù)風洞試驗取值,風洞試驗[10]模型如圖5所示。內(nèi)屋面最大風吸等效靜風荷載為1.32kPa,對應風向角為80°;外屋面最大風壓等效靜風荷載為1.97kPa,對應風向角為280°,最大風吸等效靜風荷載為3.36kPa,對應風向角為210°;立面最大風壓等效靜風荷載為2.06kPa,對應風向角為190°,最大風吸等效靜風荷載為1.82kPa,對應風向角為320°。
根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[8]附錄E.5,重慶市基本氣溫為1~37℃,極端氣溫為-1.8~43.0℃。本工程鋼結(jié)構(gòu)表面選擇淺色面漆,對太陽輻射的反射能力較強,所以取太陽輻射引起的升溫值為10℃。考慮室內(nèi)外溫度區(qū)別,制定混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)可能遭遇的氣候溫度:混凝土結(jié)構(gòu)室內(nèi)10~30℃、室外0~38℃,鋼結(jié)構(gòu)1.8~43℃。結(jié)構(gòu)設計合攏溫度區(qū)間:混凝土結(jié)構(gòu)5~20℃,鋼結(jié)構(gòu)18~25℃?;炷两Y(jié)構(gòu)室內(nèi)升溫25℃、降溫-10℃ ,混凝土結(jié)構(gòu)室外升溫33℃、降溫-20℃。鋼結(jié)構(gòu)室外罩棚極端溫度:升溫25℃,降溫-26.8℃ (取-27℃),考慮太陽輻射升溫得到綜合升溫35℃。
04基礎設計
足球場基礎設計等級為甲級[11],基礎頂標高約-6.000m。場地平場至建筑地坪標高,開挖區(qū)域巖石裸露,采用柱下獨立基礎,以中風化巖石作為基礎持力層。場地北側(cè)為填土區(qū)域,最大填土深度達12m左右。根據(jù)地勘報告建議,采用旋挖成孔灌注樁基礎,以中風化巖石作為持力層,設計時考慮負摩阻力。中風化砂質(zhì)泥巖天然抗壓強度標準值為9.78MPa,地基承載力特征值為3550kPa;中風化砂巖飽和抗壓強度標準值為25.88MPa,地基承載力特征值為9394kPa。
獨立基礎[12]及條形基礎全部嵌入巖層內(nèi),基礎澆筑均采用原槽澆筑;北側(cè)樁基礎區(qū)域,樁間設置結(jié)構(gòu)底板,增強結(jié)構(gòu)整體性。如圖6所示,填充區(qū)域主要為獨立基礎,其他區(qū)域以樁基礎為主。場地上覆土層主要為素填土和粉質(zhì)黏土,場地地下水主要屬基巖裂隙水和上層滯水,無統(tǒng)一自由水位。素填土具備透水性能,場地排泄條件較好;施工中注意周邊排水及在基坑(肥槽)回填過程中,采用3:7灰土回填,并嚴格按《建筑地基基礎設計規(guī)范》(GB 50007—2011)控制回填質(zhì)量,回填土壓實系數(shù)為0.94;杜絕上層滯水、地表水通過肥槽滲水到基底,并作好地表封閉措施,可不考慮基礎抗浮。
05計算分析
5.1 結(jié)構(gòu)抗震性能分析
結(jié)構(gòu)彈性階段(多遇地震)的設計分析采用軟件SPASCAD-PMSAP(V5.1版)、MIDAS Gen(Ver.2019)、SAP2000分別進行計算。彈塑性階段(設防、罕遇地震)分析采用軟件SAUSAGE、SAP2000進行計算。鋼屋蓋整體穩(wěn)定采用ANSYS有限元軟件分析。足球場底部剪力墻承擔傾覆力矩為58.7%(X向)、68.0%(Y向),但剪力墻不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)規(guī)定的間距要求,所以按框架結(jié)構(gòu)與設置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)進行包絡設計。
多遇地震下,結(jié)構(gòu)剪重比為3.26%(X向)、4.28%(Y向),最大層間位移角為1/2636(X向)、1/2253(Y向),最大層間位移比為1.34(X向)、1.33(Y向),柱最大軸壓比為0.73,剪力墻最大軸壓比為0.12,其余整體指標如周期比、側(cè)向剛度比、樓層受剪承載力比等均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 3—2010)要求。罕遇地震下,彈塑性分析得到的結(jié)構(gòu)基底剪力峰值與彈性分析得到的結(jié)構(gòu)基底剪力峰值之比,X向平均值為0.83,Y向平均值為0.84,表明結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下有部分構(gòu)件進入塑性,耗散了部分地震能量;同時結(jié)構(gòu)剛度降低,地震作用減小,但從比值來看,結(jié)構(gòu)整體進入塑性程度較輕。
5.2 關(guān)鍵構(gòu)件補充分析
鋼屋蓋1-G軸支撐柱為關(guān)鍵構(gòu)件,因與下部混凝土結(jié)構(gòu)連接位置不同,支撐柱長度約為4.7~13.4m??紤]到支撐柱剛度的均勻性,經(jīng)優(yōu)化計算,較長型鋼[13]柱截面為?1400(圓柱),其內(nèi)部型鋼截面為1000×300×38×38(十字形截面);較短型鋼柱截面為?1000(圓柱),其內(nèi)部型鋼截面為600×200×38×38(十字形截面)。
使用MIDAS Gen軟件,對跨層柱進行屈曲分析。1-G軸支撐柱屈曲模態(tài)如圖7所示。?。模蹋ê爿d+活載)荷載組合工況下,短型鋼柱?1000與長型鋼柱?1400的不利軸力,根據(jù)歐拉臨界力公式反算1-G軸支撐柱各構(gòu)件計算長度及計算長度系數(shù),結(jié)果如表1所示。設計時,不考慮上部鋼結(jié)構(gòu)對1-G軸支撐柱的約束作用,近似按懸壁計算,計算長度系數(shù)按屈曲分析計算結(jié)果和2.0取包絡值。
對支承屋蓋的框架柱的預期性能為正截面中震彈性,大震不屈服。采用CisDesigner軟件進行構(gòu)件驗算,內(nèi)力取PMSAP和SAUSAGE軟件中的不利內(nèi)力??紤]由于構(gòu)件自身偏心導致的附加初偏心,在此基礎上再考慮上部成品鑄鋼支座的安裝誤差100mm。計算時考慮二階效應及型鋼柱的實際配筋可以求得型鋼柱的屈服面。圖8、9分別為?1000柱、?1400柱P-M-M球體包絡結(jié)果。由圖可見,圖中所有內(nèi)力點均距離球體限值線較遠,?1000柱、?1400柱應力比較小,滿足性能目標要求。
表1 1-G軸支撐柱各構(gòu)件計算長度及計算長度系數(shù)
5.3 多點多維地震響應分析
由于主體混凝土結(jié)構(gòu)超長,進行了考慮行波效應和多維地震動的多點多維地震響應分析。鋼桁架在人工波(RH2TG035)作用下行波效應系數(shù)頻數(shù)圖(X向)如圖10所示。由圖可見,構(gòu)件的行波效應系數(shù)多分布在0.5~0.8之間,少部分大于1,最大不超過1.4。由于地震作用不起控制作用,設計時對地震作用適當放大復核。
框架柱在人工波(RH2TG035)作用下行波效應系數(shù)頻數(shù)圖(X向)如圖11所示。由圖可見,對于底層框架柱,其構(gòu)件的行波效應系數(shù)約為0.3~0.6,少部分為0.9~1.1。由于地震作用不起控制作用,設計時對地震作用適當放大復核。
5.4 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)計算分析
5.4.1 靜力分析結(jié)果
根據(jù)建筑重要性及結(jié)構(gòu)方案布置,確定構(gòu)件重要性層次及性能目標。屋蓋結(jié)構(gòu)按表2分為關(guān)鍵構(gòu)件、重要構(gòu)件與一般構(gòu)件。根據(jù)構(gòu)件重要性不同,設置不同的應力比控制指標。關(guān)鍵構(gòu)件控制應力比為0.75,重要構(gòu)件控制應力比為0.85,一般構(gòu)件控制應力比為0.9。
表2 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性定義
典型工況作用下鋼屋蓋豎向位移如表3所示。由表可見,1.0恒+1.0活荷載組合工況下,鋼屋蓋撓跨比為1/299,滿足結(jié)構(gòu)剛度的要求。結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件截面如下:懸挑桁架弦桿截面?273×14、?299×18、?325×16、?450×20、?450×22;懸挑桁架腹桿截面?133×8、?203×12、?325×18;平衡段桁架弦桿截面?560×25、?600×30;平衡段桁架腹桿截面?377×11、?402×18;矩形曲桿截面1200×600×38×38;水平系桿截面?700×35。
表3 典型工況作用下鋼屋蓋豎向位移
5.4.2穩(wěn)定性能分析
采用有限元分析軟件ANSYS[14]進行了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的雙非線性分析,考慮結(jié)構(gòu)的初始缺陷L/300[15](L為跨度),計算了結(jié)構(gòu)在1.0恒+1.0活、1.0恒+1.0半活(東)、1.0恒+1.0半活(南)三種荷載組合工況下的極限承載力系數(shù)分別為5.2、6.1、6.82,滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 7—2010)[3]要求,見圖12。由于鋼屋蓋東西向懸挑長度較長,受荷范圍更大,因此與1.0恒+1.0半活(南)工況相比,1.0恒+1.0半活(東)荷載組合工況下的極限承載力更小。
5.4.3 抗震性能分析
對鋼屋蓋進行抗震性能分析時,為了真實反映地震作用時下部混凝土對上部鋼結(jié)構(gòu)的影響,對總體模型進行整體協(xié)同分析,并與鋼屋蓋單體模型結(jié)果對比,對鋼結(jié)構(gòu)進行構(gòu)件設計與結(jié)構(gòu)抗震性能驗算。如圖13所示,該屋蓋結(jié)構(gòu)的自振周期密集,低階振型主要以屋蓋水平向振動為主??傮w模型與單體模型振型周期相近、振型相似,表明模擬結(jié)果具有較好的一致性。下部混凝土對上部鋼結(jié)構(gòu)的約束作用較好,結(jié)構(gòu)整體剛度分布合理。構(gòu)件在不同地震烈度下的應力比如表4所示。由表可見,鋼屋蓋構(gòu)件在多遇地震、設防地震、罕遇地震下的最大應力比為0.712,滿足表2設定的性能目標。
5.4.4 關(guān)鍵節(jié)點有限元分析
對桁架結(jié)構(gòu)中的典型節(jié)點進行初步設計,建立三維實體模型計算[16],不考慮焊縫等細部構(gòu)造處理,設計時考慮材料非線性,基本計算參數(shù)與計算假定[17]如下:1)單元與網(wǎng)格,采用實體單元C3D10,其具有良好的彈塑性分析特性;采用自由網(wǎng)格劃分,生成四面體單元,單元尺寸約為50~100mm;2)材料,構(gòu)件及節(jié)點材料采用Q355B,彈性模量E=2.06×105N/mm2,泊松比v=0.3,抗拉、抗壓、抗彎強度設計值取290MPa。
本節(jié)選取結(jié)構(gòu)最不利荷載組合(1.3×1.0恒+1.5×1.0活+1.5×0.6降溫)工況下,受力較大的1號節(jié)點和1-G軸型鋼柱頂2號節(jié)點進行分析,節(jié)點位置示意見圖14。1號節(jié)點為立面網(wǎng)格曲桿與懸挑桁架平衡段的連接節(jié)點;2號節(jié)點為1-G軸支撐柱處桁架下弦連接節(jié)點;在進行節(jié)點分析時取每個構(gòu)件的最不利荷載控制組合計算。
(1)1號節(jié)點
圖15為1號節(jié)點有限元分析結(jié)果,從圖15(a)、(c)中可以看出,節(jié)點主體仍處于彈性狀態(tài),大部分區(qū)域應力在100MPa以下,最大應力出現(xiàn)在桁架斜腹桿內(nèi)側(cè)與球相接處,最大應力約106MPa。由圖15(b)、(d)可見,加載到6.0倍設計荷載時,節(jié)點開始屈服,變形明顯加大,此時,徑向圓管下部區(qū)域開始屈服,隨著荷載持續(xù)增大,豎向矩形柱也出現(xiàn)了屈服,節(jié)點大部分區(qū)域仍為彈性。
(2)2號節(jié)點
圖16為2號節(jié)點有限元分析結(jié)果,從圖16(a)中可以看出,除了環(huán)向管徑端頭部分位置出現(xiàn)應力集中,節(jié)點主體仍處于彈性狀態(tài),大部分區(qū)域應力在180MPa以下。由圖16(b)、(c)可見,加載到1.2倍設計荷載時,由于徑向軸力較大,徑向圓管加載端最先產(chǎn)生屈曲,節(jié)點大部分區(qū)域仍為彈性。
5.4.5 抗連續(xù)倒塌分析
足球場人群密集,鋼結(jié)構(gòu)屋蓋屬于大跨度空間結(jié)構(gòu),因此有必要對鋼屋蓋及其支撐結(jié)構(gòu)進行抗連續(xù)倒塌分析[18]。如圖17所示,本工程選取幾個具有代表性的關(guān)鍵構(gòu)件(內(nèi)環(huán)支撐柱、矩形曲桿支座、屋蓋支座附近構(gòu)件)進行拆除,考察拆除后剩余構(gòu)件的應力和變形。
(1)拆除內(nèi)環(huán)支撐柱
圖18為內(nèi)環(huán)支撐柱拆除位置示意圖,分別拆除了南側(cè)支撐柱(拆除柱1)、西側(cè)支撐柱(拆除柱2)、角部支撐柱(拆除柱3),此處只給出拆除柱1的計算結(jié)果。拆除拆除柱1后,得到屋蓋其他構(gòu)件的豎向位移如圖19(a)所示,可見最大位移約為165.3mm(南北側(cè)懸挑端部),小于L/125。拆除拆除柱1后,上部鋼屋蓋構(gòu)件的應力圖見圖19(b),可見拆除支撐柱附近斜腹桿和上部弦桿形成了新的傳力路徑,靠近拆除支撐柱的4根水平轉(zhuǎn)換桁架腹桿應力最大,最大約為140.1MPa,小于鋼材屈服強度305MPa。此處環(huán)桁架為平面桁架組成,高度約11.0m,當一根支撐柱失效時,轉(zhuǎn)換桁架跨度約20.4m,跨高比僅2左右,故整個結(jié)構(gòu)應力及位移變化較小。下部支撐柱為型鋼混凝土柱,考察其相鄰支撐柱的富余量,取相鄰兩根柱內(nèi)力較大者采用CISdesiger截面設計器,導入MIDAS Gen相應工況內(nèi)力,得到P-M-M包絡曲線如圖20所示??梢姂Ρ燃s為0.60,說明結(jié)構(gòu)抗倒塌還有較大的富裕。
(2)拆除外側(cè)支座
拆除外側(cè)支座后得到屋蓋其他構(gòu)件的豎向位移如圖21(a)所示。從圖可知,拆除外側(cè)支座后結(jié)構(gòu)豎向最大位移仍位于南北側(cè)懸挑端,約為161.3mm,小于L/125;上部鋼屋蓋應力圖見圖21(b),從圖可知,靠近拆除交叉網(wǎng)格支座的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應力最大為125.6MPa,小于鋼材屈服強度,結(jié)構(gòu)抗倒塌還有較大的富裕。位移和應力均較小的原因為拆除支座后,失效支座榀懸挑桁架內(nèi)力通過平衡段尾部環(huán)桁架轉(zhuǎn)移到相鄰榀桁架支座上。
(3)拆除屋蓋支座附近構(gòu)件
此處僅給出拆除圖17(c)中構(gòu)件①的應力、位移結(jié)果,見圖22。由圖可見,結(jié)構(gòu)最大位移約158.8mm,小于L/125。拆除構(gòu)件處桁架腹桿,相鄰桁架應力略有提高。振動停止后拆除構(gòu)件兩端節(jié)點最大豎向位移為82.4mm,相鄰上弦桿最大應力為96.2MPa,小于鋼材的屈服強度。支座處構(gòu)件1斷開后,因水平向轉(zhuǎn)換桁架的作用,將原下弦桿的力通過轉(zhuǎn)換桁架傳至支座處,因轉(zhuǎn)換桁架跨高比小、剛度大,故拆除弦桿不產(chǎn)生較大位移和應力,不會發(fā)生連續(xù)倒塌。
5.5 混凝土樓板溫度應力分析
在溫度作用[19]下,根據(jù)有限元分析結(jié)果統(tǒng)計得到的樓板各區(qū)域最大主應力見表5,表中各區(qū)域最大主應力為覆蓋該區(qū)域95%板單元最大主應力的代表值。由表5可知,15.900m標高、20.700m標高及36.815m標高樓板的大部分區(qū)域(95%超越概率)溫度應力小于混凝土的抗拉強度標準值2.20MPa;0、6.550m標高樓板最大主應力超過混凝土抗拉強度標準值2.20MPa,故0、6550m標高樓板相應區(qū)域?qū)⒉捎脽o粘結(jié)預應力樓板,通過施加預壓應力阻止樓板開裂[20]。
表5 樓板各區(qū)域最大主應力/MPa
06
結(jié)語
(1)因為建筑布置原因,部分區(qū)域剪力墻布置較少,主要為框架結(jié)構(gòu)。同時為加強二道防線設計,墻體作為第一道防線,在設防地震或罕遇地震作用時將先于框架破壞,設計時宜按框架結(jié)構(gòu)與設置少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)包絡設計。
(2)為滿足建筑簡潔、通透的效果,鋼屋蓋采用懸挑平面桁架+上下弦穩(wěn)定支撐+立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu),最大懸挑長度達到58m。本項目立面采用單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu),大大減少了立面構(gòu)件數(shù)量,結(jié)構(gòu)簡潔規(guī)整,適合此建筑內(nèi)場特殊效果的需求。
(3)對屋蓋鋼結(jié)構(gòu)按不同部位的構(gòu)件受力重要性劃分為關(guān)鍵構(gòu)件、重要構(gòu)件和一般構(gòu)件,制定不同的抗震性能目標,同時針對重點部位(如鋼結(jié)構(gòu)和混凝土連接部位) 進行單獨分析并采取加強措施,可以讓結(jié)構(gòu)設計更加合理。對鋼屋蓋進行了考慮雙非線性的整體穩(wěn)定分析,極限承載力安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。
(4)本項目鋼屋蓋為大懸挑結(jié)構(gòu),懸挑長度達58m。此類項目往往構(gòu)件截面較大,節(jié)點較為笨重。本項目對屋蓋節(jié)點進行有限元分析,完善節(jié)點設計,同時優(yōu)化構(gòu)件截面,保證了結(jié)構(gòu)安全,利于施工。
(5)為了滿足建筑功能要求,增強結(jié)構(gòu)整體性,此類體育場往往不設置結(jié)構(gòu)縫。本項目設計時對超長混凝土樓板進行了溫度應力分析,對應力超過限值區(qū)域樓板施加預應力,阻止樓板開裂。
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