混凝土組合殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課件

1、呂梁新城體育中心體育場(chǎng)鋼-混凝土組合殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體育館體育場(chǎng)游泳館群眾水上活動(dòng)中心主要內(nèi)容第一部分 結(jié)構(gòu)綜述第二部分 體育場(chǎng)屋蓋優(yōu)化設(shè)計(jì)過程第三部分 體育場(chǎng)屋蓋設(shè)計(jì)成果第四部分 體育場(chǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)方案對(duì)比第一部分 結(jié)構(gòu)綜述呂梁新城體育中心是呂梁市的市級(jí)體育中心。規(guī)劃建成為體育競(jìng)賽、大眾健身、文化表演、休閑娛樂為一體的綜合服務(wù)型多功能場(chǎng)所。一、建筑概況場(chǎng)館建筑面積（m2）座數(shù)長(zhǎng)度（m）寬度(m)結(jié)構(gòu)體系體育場(chǎng)2900015000204160四角落地鋼拱與中間大開孔單層組合網(wǎng)殼體育館270006800131.6100四角落地帶鋼組合邊拱的空心殼板混凝土薄殼游泳館17000200010070四角落地帶鋼

2、組合邊拱的空心殼板混凝土薄殼群眾水上運(yùn)動(dòng)中心4500-7035四角落地帶鋼組合邊拱的變厚度混凝土薄殼南北入口900-3030混凝土薄殼附屬設(shè)施、看臺(tái)12000框架結(jié)構(gòu)體育館體育場(chǎng)游泳館群眾水上活動(dòng)中心一、建筑概況H：中心點(diǎn)矢高；Ha：長(zhǎng)軸矢高；Hb：短軸矢高；：翻沿傾角；L：翻沿外挑長(zhǎng)度；中心開孔形狀； 中心開口尺寸；體育場(chǎng)：建筑面積29000m2，15000座；建筑平面尺寸：204mX160m結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：一級(jí)；抗震設(shè)防類別：乙類；設(shè)計(jì)使用年限：50年；結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.1；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)：甲級(jí)；建筑物的耐火等級(jí)：一級(jí)；本工程體育場(chǎng)屋蓋跨度大于120m，超出常用空間結(jié)構(gòu)形式的超限大跨空間

3、結(jié)構(gòu)。通過建筑方案可見：體育場(chǎng)的結(jié)構(gòu)將為大跨度、四支點(diǎn)、中心大開口的殼體結(jié)構(gòu)（為保證整個(gè)體育中心建筑群的形式統(tǒng)一,擬采用混凝土結(jié)構(gòu)）。經(jīng)核實(shí)，此類結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)乃至世界范圍內(nèi)未有工程實(shí)踐。二、自然條件1、風(fēng)荷載湖南大學(xué)風(fēng)工程試驗(yàn)研究中心對(duì)體育中心的體育場(chǎng)、體育館和游泳館三館進(jìn)行剛性模型測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)，確定了其表面的平均風(fēng)壓和脈動(dòng)風(fēng)壓。1）、基本風(fēng)壓：w0=0.50kN/m2 (重現(xiàn)期100年)，地面粗糙類別：B類2）、體型系數(shù)通過風(fēng)洞試驗(yàn)獲得在典型風(fēng)向角下的風(fēng)荷載體型系數(shù)。3）、風(fēng)振分析研究0360（每15 ）風(fēng)向角，結(jié)構(gòu)在脈動(dòng)風(fēng)作用下的響應(yīng)， 其中90風(fēng)向角為最不利風(fēng)向角，其中結(jié)構(gòu)的整體位移風(fēng)振系

4、數(shù) =1.91和整體內(nèi)力風(fēng)振系數(shù) =1.95 。4）、等效靜風(fēng)荷載 根據(jù)呂梁體育中心風(fēng)荷載試驗(yàn)研究報(bào)告中體育場(chǎng)的塊平均風(fēng)壓，乘以風(fēng)振系數(shù)后即可得到各分塊的結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載。二、自然條件2. 地震作用地震地震方向超越概率重現(xiàn)周期 (年)地面加速度峰值 (gal)地震影響系數(shù)最大值max場(chǎng)地特征周期Tg(s)多遇地震水平63%5038.06250.087（安評(píng)）0.45設(shè)防烈度水平10%47551.30.114（規(guī)范）0.45罕遇地震水平23%24751250.28（規(guī)范）0.50設(shè)計(jì)采用的主要地震動(dòng)參數(shù) 抗震設(shè)防烈度： 6度（相應(yīng)地震基本加速度0.05g） 設(shè)計(jì)地震分組： 第3組 建筑場(chǎng)地類別

5、： II類 設(shè)計(jì)特征周期： 0.45s3、基本雪壓 S0=0.35kN/m2 （100年重現(xiàn)期）4、溫度荷載根據(jù)呂梁新城體育中心建設(shè)項(xiàng)目場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告（詳細(xì)勘察）提供的當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，極端最高氣溫39.9，極端最低氣溫-27.4。取合攏溫度為510。最大正溫差：39.9-5=34.9最大負(fù)溫差：-27.4-10=-37.4同時(shí)考慮日照時(shí)，表面混凝土殼體升溫20 。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件1、材料混凝土殼面、基礎(chǔ)承臺(tái)、樁都采用C40。受力筋采用HRB400級(jí)、HRB500；分布筋、拉筋等采用HRB335級(jí)。受力鋼構(gòu)件、混凝土中鋼骨等采用Q345B。2、設(shè)計(jì)荷載部位荷載類別標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）屋蓋恒載

6、1.25（建筑剛性防水）/0.5（建筑吊頂）活載/雪荷載0.5/0.35馬道恒荷載2.0馬道活荷載0.5四、抗震性能目標(biāo)抗震設(shè)防水準(zhǔn)多遇地震設(shè)防烈度罕遇地震計(jì)算方法反應(yīng)譜、時(shí)程分析法反應(yīng)譜反應(yīng)譜、時(shí)程分析法落地拱體彈性彈性不屈服體育場(chǎng)環(huán)梁彈性彈性不屈服體育場(chǎng)肋梁彈性不屈服局部屈服混凝土殼面彈性不屈服局部屈服拱腳基礎(chǔ)拉梁彈性彈性不屈服結(jié)構(gòu)阻尼比0.030.030.04場(chǎng)地地質(zhì)條件地貌單元屬于侵蝕堆積河谷區(qū)，可劃分出兩個(gè)工程地質(zhì)區(qū)（、區(qū)）體育館、南大門區(qū)，游泳館、群眾水上運(yùn)動(dòng)中心和北大門區(qū)。區(qū)域?yàn)樽灾貪裣輬?chǎng)地，地基濕陷等級(jí)為級(jí)（中等）； 區(qū)域?yàn)楸緢?chǎng)地為非自重濕陷場(chǎng)地，地基濕陷等級(jí)級(jí)（輕微）。場(chǎng)地地

7、下水穩(wěn)定水埋深約120.00m左右，水位標(biāo)高為854.97m左右。擬建場(chǎng)地地基土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有微腐蝕性。擬建場(chǎng)地可不考慮液化影響。第層石灰?guī)r層為奧陶系上馬家溝組，屬于可溶鹽巖，層厚度厚，一般沿裂隙及層面發(fā)育有溶洞，溶洞密集，多呈網(wǎng)格狀、蜂窩狀。溶洞主要分布在游泳館和群眾 水上運(yùn)動(dòng)中心區(qū)域整個(gè)場(chǎng)地在基礎(chǔ)施工之前均采取強(qiáng)夯及回填碾壓法進(jìn)行地基處理，消除濕陷性可不考慮地下水的影響巖層（層）埋深起伏大，961.12-926.30 = 34.82m；926.30961.12五、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 本工程采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，并采用后注漿技術(shù)。 看臺(tái)：樁徑600mm，樁長(zhǎng)10-13m，

8、樁底壓漿，單樁豎向承載力1300kN； 樁端持力層卵礫石、混合土 屋蓋：樁徑1200mm，樁側(cè)、樁底壓漿，單樁豎向承載力15000kN； 樁端持力層強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r（混合土）強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r層埋深起伏較大，樁長(zhǎng)以進(jìn)入巖層深度（2D）為主要控制指標(biāo)。看臺(tái)樁埋深較淺，可不穿越溶洞；屋蓋樁需穿越溶洞，施工時(shí)根據(jù)埋藏型巖溶的深度、厚度、充填等情況采用填塞粘土、混凝土或采用鋼護(hù)筒進(jìn)行穿過。五、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)六、結(jié)構(gòu)計(jì)算控制指標(biāo)項(xiàng)目名稱規(guī)范限值規(guī)范依據(jù)彈性層間位移角1/1000震5.5.1屋蓋結(jié)構(gòu)撓度L/400（L/200懸挑）罕遇地震下?lián)隙萀/50第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值0.85參高4.3.5判斷結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)

9、定系數(shù)2（體育場(chǎng)彈塑性全過程分析）、4.2（體育場(chǎng)彈性全過程分析）參考空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程剪重比Q0/GE1.2%震5.2.5振型參與質(zhì)量95%彈塑性層間位移角1/100震5.5.5邊緣拱體軸壓比0.5壓桿長(zhǎng)細(xì)比150（關(guān)鍵桿件120）拉桿長(zhǎng)細(xì)比200考慮混凝土殼作用下，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定應(yīng)力比0.90材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值中、大震組合作用下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定應(yīng)力1.0材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值第二部分 體育場(chǎng)屋蓋設(shè)計(jì)優(yōu)化過程一、建筑方案研究呂梁體育中心的屋蓋建筑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)利用網(wǎng)狀實(shí)物自然模擬和先進(jìn)的三維掃描采集逆向技術(shù)、大型三維建模分析軟件，得出建筑方案的最佳曲面形狀和邊拱傾斜角度。從矩形平面這一基本單元開始。先將矩形紗

10、布浸入石膏溶液，之后四點(diǎn)固定在基座并反向懸掛。當(dāng)石膏溶液固化后，最佳受力形式也被凝固了下來。正向后，即是它常規(guī)視角下的情形。在此基礎(chǔ)上，展開了以最終平面為對(duì)象的實(shí)驗(yàn)。基本步驟相同，但基于功能和高度的考慮，進(jìn)行了多次調(diào)整和實(shí)驗(yàn)。最終得到了形式優(yōu)美，空間豐富，力學(xué)合理的屋頂形態(tài)。1、建筑找形試驗(yàn)二、設(shè)計(jì)優(yōu)化過程結(jié)構(gòu)體系對(duì)比方案1純殼體方案2增加拱體方案3增加斜撐方案4增加環(huán)梁方案5增加環(huán)梁方案6增加半拱方案7支座優(yōu)化通過建筑安案可見：體育場(chǎng)的結(jié)構(gòu)將為大跨度、四支點(diǎn)、中心大開口的殼體結(jié)構(gòu)（為保證整個(gè)體育中心建筑群的形式統(tǒng)一,擬采用混凝土結(jié)構(gòu)）。由于中心大開口，削弱了體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)殼體作用，經(jīng)過試算，若采

11、用純殼體結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的位移、周期等技術(shù)指標(biāo)十分不正常，因此我們有必要對(duì)體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)的受力體系進(jìn)行研究分析。一、設(shè)計(jì)優(yōu)化過程殼體結(jié)構(gòu)是一種對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀敏感的結(jié)構(gòu)形式。有必要進(jìn)行形狀優(yōu)化分析。在優(yōu)化過程中對(duì)比結(jié)構(gòu)自重、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)虛功、自振周期、第一階屈曲模態(tài)。體育場(chǎng)形狀參數(shù)最優(yōu)化數(shù)值場(chǎng)地長(zhǎng)(m)204場(chǎng)地寬(m)160H(m)48Ha(m)27Hb(m)21中間開口形狀四心橢圓長(zhǎng)軸112短軸147翻沿傾角63翻沿外挑長(zhǎng)度8初始?xì)ず?00厚度達(dá)到500增加該單元混凝土殼厚度如果殼體最大主應(yīng)力超限n次優(yōu)化后進(jìn)入死循環(huán)，單層殼體不可實(shí)現(xiàn)；選用雙層殼拱體環(huán)梁間殼體形式選擇（單層混凝土殼是否可行？） 一、設(shè)

12、計(jì)優(yōu)化過程正交斜交放射環(huán)向+雙拱直斜撐拱體與環(huán)梁間雙層殼體的肋布置形式選擇優(yōu)化；雙層殼、帶肋薄壁殼板；考慮到采用雙層殼施工復(fù)雜，帶肋薄壁殼板受力性能不亞于雙層殼，與建筑師協(xié)商后，選用帶肋薄壁殼板 一、設(shè)計(jì)優(yōu)化過程一、設(shè)計(jì)優(yōu)化過程混凝土帶肋薄壁殼板、鋼肋組合殼； 環(huán)梁發(fā)生了嚴(yán)重的變形，最后因結(jié)構(gòu)無法承擔(dān)上部荷載而發(fā)生失穩(wěn)破壞，在滿布荷載作用時(shí)整體結(jié)構(gòu)的極限承載力為7.072kN/m2。折合穩(wěn)定因子為1.87。無法滿足預(yù)先設(shè)定的穩(wěn)定因子8的要求。通過穩(wěn)定性驗(yàn)算，由于體育場(chǎng)中心的大開孔，整體的殼體效應(yīng)不明顯。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很難滿足要求，將肋梁、拱體、環(huán)梁改為鋼結(jié)構(gòu)，與上部的混凝土殼板形成四角落地鋼拱與

13、中間大開孔的單層組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。第三部分 體育場(chǎng)屋蓋設(shè)計(jì)成果鋼梁上方板內(nèi)鋼筋焊接連接、混凝土現(xiàn)澆屋蓋與看臺(tái)完全脫離，體育場(chǎng)因中部開洞較大，形不成完整的單層殼體受力模式，故采用了四角落地鋼拱與中間大開孔的單層組合網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，肋的布置結(jié)合建筑外觀需求及應(yīng)力跡線特征并考慮施工便利性。屋蓋殼板采用預(yù)制鋼筋混凝土殼板，以取消現(xiàn)場(chǎng)高空支模，加快施工進(jìn)度，折合板厚為91mm。一、結(jié)構(gòu)體系鋼肋梁布置形式比選以下幾種肋梁的布置形式，選定斜放正交方形格作為最后實(shí)施方案。菱形格斜放正交方形格斜放正交矩形格正放正交方形格正放正交矩形格肋梁布置形式周期（s）最大位移（mm）水平推力（kN）穩(wěn)定系數(shù)用鋼量（t）菱形格2.82

14、8178.446135.4/31465.62.24894.8斜放正交方形格2.641165.344442.5/32302.82.44975.9斜放正交矩形格2.878184.443204.3/31038.91.44715.2正放正交方形格3.020229.345040.6/32554.01.74908.5正放正交矩形格3.109229.544125.3/32167.61.74722.9一、結(jié)構(gòu)體系鋼肋梁截面形式肋梁截面形式采用工字型斷面，以簡(jiǎn)化施工，降低用鋼量。位置截面尺寸拱體、環(huán)梁間肋梁H-1700X（200400）X12X（1435）長(zhǎng)拱外側(cè)肋梁H-850X（200400）X10X（143

15、5）短拱外側(cè)肋梁H-700X（200400）X8X（1435）落地拱體及環(huán)梁落體拱體及環(huán)梁采用箱形截面，以保證結(jié)構(gòu)受力性能。利用支座的有利條件豎向支撐，以減少拱體的結(jié)構(gòu)的計(jì)算跨度。參考靜力手冊(cè)拋物線變截面拱體的截面變化規(guī)律確定截面高度的變化規(guī)律如下在臨近拱腳區(qū)域供體內(nèi)灌注混凝土以形成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，以加強(qiáng)拱腳區(qū)域的結(jié)構(gòu)安全性。長(zhǎng)拱短拱環(huán)梁計(jì)算跨度（m）184.73143.97-截面（mm）(32002857)X1800X25X32(24002104)X1500X25X321700X1000X20X16一、結(jié)構(gòu)體系根部截面高度拱體矢高拱跨承臺(tái)范圍結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算假定：結(jié)構(gòu)的固定端為各支點(diǎn)位置，且為固

16、結(jié)連接。采用了大型通用有限元分析軟件ANSYS和SAP2000進(jìn)行分析對(duì)比，混凝土殼面采用殼單元，拱體、環(huán)梁和肋梁采用梁?jiǎn)卧?。考慮活荷載不利布置、溫度作用情況下，結(jié)構(gòu)的受力性能結(jié)構(gòu)變形：部位位移撓跨比恒+活恒+活+降溫恒+活恒+活+降溫長(zhǎng)拱0.0270.1631/68421/1133短拱0.0470.1531/30631/941環(huán)梁0.1080.2031/7361/400翻沿0.1400.1921/2001/742結(jié)構(gòu)在拱體處的結(jié)構(gòu)位移都比較??；恒+活+降溫作用下的結(jié)構(gòu)位移較恒+活作用下有所增加，但撓跨比都能小于結(jié)構(gòu)控制撓跨比?；詈奢d布置工況：I+II+III+IV；I+II；II+III；I

17、I；I+III；二、結(jié)構(gòu)靜力性能恒+活恒+活+降溫二、結(jié)構(gòu)靜力性能拱體軸壓比部位軸壓比部位軸壓比鋼管混凝土拱鋼管拱鋼管混凝土拱鋼管拱長(zhǎng)拱支座10.2680.316短拱支座10.2450.225長(zhǎng)拱支座20.2550.304短拱支座20.2310.230長(zhǎng)拱支座30.2540.305短拱支座30.2310.221長(zhǎng)拱支座40.2540.310短拱支座40.2330.221 鋼構(gòu)件應(yīng)力比拱體與環(huán)梁構(gòu)件應(yīng)力比柱狀圖鋼肋梁構(gòu)件應(yīng)力比柱狀圖拱體與環(huán)梁的應(yīng)力比大部分在0.3以下，拱腳處的應(yīng)力比適當(dāng)增加，滿足應(yīng)力比控制要求。肋梁的應(yīng)力比大部分在0.4以下，在靠近拱體以及支座處的應(yīng)力比適當(dāng)增加，滿足應(yīng)力比控制

18、要求。 混凝土殼面應(yīng)力分布上表面S1上表面S2下表面S1下表面S2二、結(jié)構(gòu)靜力性能三、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性殼面在拱體附近出較大的拉應(yīng)力，適當(dāng)提高此處的殼面配筋，以減少殼面因較大拉應(yīng)力而出現(xiàn)的裂縫。結(jié)構(gòu)自振周期T1=1.86sT2=1.38sT3=1.20sT4=1.20s多遇地震反應(yīng)譜分析結(jié)構(gòu)變形基底剪力方向X向地震Y向地震Z向地震最大X向位移（m）0.0180.0040.004最大X向位移角1/19431/87451/8745最大Y向位移（m）0.0100.0160.004最大Y向位移角1/29911/18691/7477最大Z向位移（m）0.0200.0150.008X向地震下位移云圖Y向地震下位

19、移云圖Z向地震下位移云圖四、結(jié)構(gòu)抗震性能分析方向基底剪力（kN）剪重比X5357.6320.0270Y5344.4840.0280Z4165.089（Z向反力）0.0210（反重比）多遇地震彈性時(shí)程分析時(shí)程分析采用人工波、Loma Prieta波和EL波?？紤]三向地震作用，經(jīng)試算，施加X：Y：Z=1：0.85：0.65地震作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)比施加Y：X：Z=1：0.85：0.65地震作用下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)大，因此采取對(duì)結(jié)構(gòu)施加X：Y：Z=1：0.85：0.65的三向地震作用。通過彈性時(shí)程分析時(shí)，每條時(shí)程曲線計(jì)算的基底剪力不應(yīng)小于反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果基底剪力平均值不應(yīng)小于反

20、應(yīng)譜法結(jié)果的80%。 主向(kN) 與反應(yīng)譜比值 次向(kN) 與反應(yīng)譜比值 豎向(kN) 與反應(yīng)譜比值 Loma Prieta波 5435 1.015321 0.994253 1.02 EL波 5473 1.025430 1.014053 0.97 人工波 5334 1.00 5210 0.97 4296 1.03時(shí)程平均值 54141.015320 0.9942011.01反應(yīng)譜 5358 -5344-4165-彈性時(shí)程與反應(yīng)譜基底作用力比較四、結(jié)構(gòu)抗震性能分析中震不屈服分析殼體應(yīng)力分析鋼構(gòu)件應(yīng)力分析中震彈性分析大震不屈服分析在中震作用下，只有拱體附近范圍內(nèi)出現(xiàn)超限情況，受力情況好于溫度作

21、用下的荷載工況，滿足中震不屈服的性能目標(biāo)。肋梁的應(yīng)力比大部分在0.4以下，在靠近拱體以及支座處的應(yīng)力比適當(dāng)增加，但都小于1，滿足中震不屈服的性能要求。中震不屈服、鋼肋梁構(gòu)件應(yīng)力比柱狀圖上表面S1上表面S2下表面S1下表面S2四、結(jié)構(gòu)抗震性能分析在中震彈性、大震不屈服作用下，考慮到混凝土殼面開裂破壞，在計(jì)算中不考慮混凝土殼面的作用，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算。由于中震彈性計(jì)算中偏于安全的未考慮混凝土殼面作用，拱體與環(huán)梁的整體應(yīng)力水平較小震時(shí)適當(dāng)增加，但是都能夠滿足中震彈性的性能化要求。拱體與環(huán)梁亦能夠滿足大震不屈服的性能化要求。中震彈性拱體與環(huán)梁構(gòu)件應(yīng)力比柱狀圖大震不屈服拱體與環(huán)梁構(gòu)件應(yīng)力比柱狀圖罕遇地震

22、下彈塑性時(shí)程分析采用大型通用有限元軟件LS-DYNA采用三條地震波Loma Prieta，EL和人工波，其加速度峰值采用規(guī)范規(guī)定的125gal。鋼材采用考慮雙向強(qiáng)化效應(yīng)的雙線性本枸模型，混凝土采用Kent-Park模型骨架曲線?；准袅r(shí)程四、結(jié)構(gòu)抗震性能分析2s7s13s混凝土板拉應(yīng)力/Pa混凝土板壓應(yīng)力/Pa鋼結(jié)構(gòu)Mises應(yīng)力/10Pa人工波邊緣拱體、環(huán)梁和肋梁處于彈性狀態(tài)，混凝土殼面的最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在鋼拱支座附近，大范圍的殼面拉應(yīng)力并未超抗拉強(qiáng)度值，最大壓應(yīng)力未超過混凝土的抗壓強(qiáng)度值。計(jì)算假定結(jié)構(gòu)計(jì)算中考慮幾何非線性與重力二階效應(yīng)；鋼材采用理想彈塑性模型、混凝土采用Kent-Park模

23、型骨架曲線；初始缺陷采用一致缺陷法（幅值為L(zhǎng)/300）計(jì)算流程計(jì)算程序采用大型有限元軟件ANSYS分析工況考慮幾何非線性以及材料非線性對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定的影響（同時(shí)考慮有無初始缺陷）荷載工況采用1.0恒+1.0活控制指標(biāo)參考空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程JGJ 7-2010的規(guī)定，不考慮材料非線性的情況下，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力應(yīng)大于4.2倍的荷載標(biāo)準(zhǔn)值（1.0 恒+1.0 活）；考慮材料非線性時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力應(yīng)大于2 倍荷載標(biāo)準(zhǔn)值。五、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限承載力分析整體穩(wěn)定承載力計(jì)算考慮材料非線性、考慮初始缺陷的位移-荷載曲線計(jì)算工況穩(wěn)定系數(shù)考慮材料非線性、考慮初始缺陷4.78通過對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的極限穩(wěn)定承載力全過程分析，可

24、知整體模型考慮幾何非線性、初始缺陷、考慮材料非線性情況下，的結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)為4.78，滿足規(guī)范規(guī)定2.0的限值。五、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限承載力分析由于結(jié)構(gòu)的邊緣拱體是十分重要的受力構(gòu)件，為了保證結(jié)構(gòu)的絕對(duì)安全有必要計(jì)算單個(gè)拱體的穩(wěn)定性短拱穩(wěn)定承載力計(jì)算計(jì)算工況穩(wěn)定系數(shù)考慮材料非線性、考慮初始缺陷2.9長(zhǎng)拱穩(wěn)定承載力計(jì)算計(jì)算工況穩(wěn)定系數(shù)考慮材料非線性、考慮初始缺陷2.8對(duì)長(zhǎng)拱、短拱進(jìn)行了單構(gòu)件極限承載力全過程分析，在考慮幾何非線性、初始缺陷、考慮材料非線性情況下長(zhǎng)拱、短拱結(jié)構(gòu)最小安全系數(shù)分別為2.8,2.9，滿足規(guī)范規(guī)定2.0的限值。考慮材料非線性、考慮初始缺陷的位移-荷載曲線考慮材料非線性、考慮初始

25、缺陷的位移-荷載曲線五、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定極限承載力分析屋蓋四個(gè)角點(diǎn)間設(shè)置鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力拉梁，平衡支座水平力；樁的水平承載力、以及承臺(tái)外側(cè)土體的被動(dòng)土壓力作為安全儲(chǔ)備；預(yù)應(yīng)力拉梁施工分為以下幾個(gè)階段：承臺(tái)施工至拉梁底標(biāo)高（第一階段施工）；施工兩支座拉梁，拉梁伸入承臺(tái)約500mm；拉梁混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉拉梁中預(yù)應(yīng)力（第一階段張拉）；承臺(tái)第二階段施工；承臺(tái)混凝土達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，進(jìn)行承臺(tái)與拉梁間預(yù)應(yīng)力張拉（第二階段張拉）；預(yù)應(yīng)力筋采用1860級(jí)15.2高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，37根一束；錨具采用全封閉防腐蝕37孔大噸位預(yù)應(yīng)力錨具；第一階段張拉預(yù)應(yīng)力筋與第二階段張拉預(yù)應(yīng)力筋連接采用L15-37連接器；為減小預(yù)應(yīng)

26、力施工時(shí)拉梁與地基間的摩擦，承臺(tái)外拉梁與地基間鋪設(shè)“玻璃纖維布板石墨玻璃纖維布板”；六、基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)力取值拉梁截面設(shè)計(jì)荷載工況短向拉梁(kN)長(zhǎng)向拉梁(kN)考慮不利活荷載分布36576.447252.8考慮不利活荷載分布、溫度效應(yīng)37450.448185.8多遇地震作用下33623.242649.3中震彈性34730.646225.679大震不屈服32040.142456.1可見，考慮不利活荷載分布、溫度效應(yīng)作用下的拉梁設(shè)計(jì)內(nèi)力最大，選用該荷載組合作用下的結(jié)構(gòu)水平推力作為拉梁的設(shè)計(jì)值。同時(shí)，按照該組合內(nèi)力的作用設(shè)計(jì)的拉梁，自然能夠滿足中震彈性、大震不屈服的設(shè)計(jì)性能目標(biāo)。六、基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì)

27、L15連接器 用于預(yù)應(yīng)力筋接長(zhǎng)六、基礎(chǔ)拉梁設(shè)計(jì) 由于混凝土殼面采用了預(yù)制混凝土殼板結(jié)構(gòu)，通過初步分析，預(yù)制板的施工有兩種施工過程。鋼結(jié)構(gòu)成形后拆除臨時(shí)支撐后，施工預(yù)制板鋼結(jié)構(gòu)成形與預(yù)制板同時(shí)施工，預(yù)制板成形后拆除臨時(shí)支撐在施工模擬分析中考慮混凝的收縮、徐變效應(yīng)。通過上述分析，當(dāng)混凝殼成形后再拆除臨時(shí)支撐，可以有效的減少結(jié)構(gòu)的位移?；炷翚さ氖湛s、徐變對(duì)結(jié)構(gòu)影響不大。七、施工模擬分析 四角拱體是支撐整個(gè)結(jié)構(gòu)及其重要的構(gòu)件，為了保證結(jié)構(gòu)的安全性，以及防止連續(xù)倒塌，對(duì)拱體腳部進(jìn)行抗倒塌設(shè)計(jì)。由于本結(jié)構(gòu)僅有四個(gè)支點(diǎn)，拆除一個(gè)拱腳，勢(shì)必會(huì)造成連續(xù)性的倒塌。因而根據(jù)高規(guī)（JGJ3-2010）3.12.6條

28、要求，在拱腳（鋼管混凝土范圍，施加構(gòu)件表面荷載80kN/m2）。通過驗(yàn)算在拱體施加偶然荷載作用時(shí)，拱體的應(yīng)力水平都小于0.9，符合設(shè)計(jì)要求。周邊肋梁都未有超出1.05的應(yīng)力比，亦符合設(shè)計(jì)要求。滿足抗倒塌的設(shè)計(jì)要求。拱體應(yīng)力比周邊肋梁應(yīng)力比八、防倒塌分析第四部分 體育場(chǎng)屋蓋結(jié)構(gòu)方案對(duì)比一、與混凝土殼體結(jié)構(gòu)性能對(duì)比混凝土薄壁帶肋殼體組合鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)自重(t)22530.814562.2(鋼：4211.8；混凝土殼板：5980.7；鋼管砼內(nèi)砼：4369.7)自重占比88.8%72.7%/50.9%周期(s)1.42/1.03/0.951.86/1.38/1.20撓度(m)0.06780.140撓跨比1

29、/316.31/200拱腳水平推力（kN）91797.548185.8拱體軸壓比（長(zhǎng)拱/短拱）0.42/0.470.316/0.245整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.874.78折合混凝土用量（m3/m2）0.470.11(不考慮鋼管砼內(nèi)砼)/0.196（考慮鋼管砼內(nèi)砼）折合用鋼量(kg/m2)型鋼約66199.0鋼筋約609.3施工復(fù)雜性復(fù)雜較容易混凝土薄壁帶肋殼體組合鋼網(wǎng)殼組合鋼網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)性能以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較混凝土薄壁帶肋殼體都為優(yōu)異。二、與空間格枸鋼結(jié)構(gòu)性能對(duì)比空間桁架+單層網(wǎng)殼空間桁架組合鋼網(wǎng)殼計(jì)算模型結(jié)構(gòu)自重（t）4099.93581.814562.2(鋼：4211.8；混凝土殼板：5980.7；鋼管砼內(nèi)砼：4369.7)自重占比26.5%22.3%72.7%/50.9%周期（s）3.22/2.02/1.883.00/1.91/1.711.86/1.38/1.20撓度（m）0.2920.2450.140撓跨比1/3761/3961/200拱腳水平推力（kN）54196.351882.848185.8一階線性屈曲模態(tài)3.283.647.925折合混凝土用量（m3/m2）-0.11(不考慮鋼管砼內(nèi)砼)/0.196（考慮鋼管砼內(nèi)砼）折合用鋼量(kg/m2)214.2187199.0通過比對(duì)空間格枸式鋼結(jié)構(gòu)體系，組合鋼