國家體育場鋼結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方案

1、國家體育場鋼結(jié)構(gòu)設計優(yōu)化方案國家體育場(又稱“鳥巢”)是2008年北京第29屆奧運會的主體育場，承擔奧運會開、閉幕式與田徑比賽，固定座席可容納8萬人，活動座席可容納1.1萬人。國家體育場建筑頂面呈鞍形，長軸為332.3米，短軸為297.3米，最高點高度為68.5米，最低點高度為40.1米，總建筑面積約為25.8萬平方米。建筑的設計使用年限為100年，項目總投資為31.3億元，其中建安成本為22.67億元。瑞士赫爾佐格德梅隆設計公司、中國建筑設計研究院與奧雅納工程顧問公司組成的設計聯(lián)合體承擔國家體育場設計工作。 一、結(jié)構(gòu)布置 國家體體育場大大跨度屋屋蓋支撐撐在24根桁架架柱之上上，柱距距為37.

2、9588米。取取消可開開啟屋蓋蓋后，固固定屋蓋蓋中間開開洞長度度增至1855.3米，寬寬度增至至1277.5米。由由于國家家體育場場大跨度度鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)大量采采用由鋼鋼板焊接接而成的的箱形構(gòu)構(gòu)件，交交叉布置置的主結(jié)結(jié)構(gòu)與屋屋面及立立面的次次結(jié)構(gòu)一一起形成成了“鳥巢”的特殊殊建筑造造型。主主場看臺臺部分采采用鋼筋筋混凝土土框架剪力墻墻結(jié)構(gòu)體體系，與與大跨度度鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)完全脫脫開。 主桁架架圍繞屋屋蓋洞口口環(huán)梁放放射形布布置，有有22榀主桁桁架直通通或接近近直通，并并在中部部形成由由分段直直線構(gòu)成成的內(nèi)環(huán)環(huán)桁架。為為了避免免出現(xiàn)過過于復雜雜的節(jié)點點，4榀主桁桁架在內(nèi)內(nèi)環(huán)附近近截斷. 為了減減小構(gòu)件件制作

3、難難度，降降低加工工成本，盡盡量減小小現(xiàn)場施施工的復復雜性，對對屋蓋結(jié)結(jié)構(gòu)的幾幾何構(gòu)型型進行了了適當?shù)牡暮喕?。主主桁架弦弦桿在相相鄰腹桿桿之間保保持直線線，代替替空間彎彎扭曲線線構(gòu)件，避避免出現(xiàn)現(xiàn)過大的的P-效應。由由于主桁桁架大部部分采用用了規(guī)則則的箱形形截面，從從而大大大降低了了構(gòu)件加加工的成成本。 屋頂與與立面次次結(jié)構(gòu)的的主要作作用是為為主結(jié)構(gòu)構(gòu)提供面面外的側(cè)側(cè)向支撐撐、減小小主結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的的計算長長度，為為屋面膜膜結(jié)構(gòu)、排排水溝、下下弦聲學學吊頂、屋屋面排水水系統(tǒng)等等提供支支承條件件，并形形成結(jié)構(gòu)構(gòu)抗側(cè)力力體系。 在修改改初步設設計中，屋屋面次結(jié)結(jié)構(gòu)布置置主要考考慮控制制屋面膜膜結(jié)構(gòu)板

4、板塊面積積的大小小，次結(jié)結(jié)構(gòu)的數(shù)數(shù)量明顯顯少于原原初步設設計。通通過調(diào)整整立面次次結(jié)構(gòu)的的疏密程程度，達達到有效效減小外外柱的計計算長度度的目的的。 二、焊焊接薄壁壁箱形構(gòu)構(gòu)件 國家體體育場大大跨度結(jié)結(jié)構(gòu)主要要采用由由鋼板焊焊接而成成的箱形形構(gòu)件。為為了滿足足建筑造造型要求求，構(gòu)件件的外形形尺寸受受到較大大限制。有有效減少少用鋼量量，不但但對節(jié)約約工程投投資、控控制造價價有非常常直接的的作用，同同時對于于減小地地震與溫溫度作用用、增強強結(jié)構(gòu)的的安全性性也具有有十分重重大的意意義。 為了減減小用鋼鋼量，在在設計焊焊接箱形形截面構(gòu)構(gòu)件時盡盡量采用用較小的的壁厚。由由于大截截面薄壁壁箱形構(gòu)構(gòu)件截面面

5、的寬厚厚比較大大，在受受壓時很很容易發(fā)發(fā)生局部部失穩(wěn)，需需要采用用有效寬寬度的概概念，利利用板件件的屈曲曲后強度度。目前前在國內(nèi)內(nèi)外的鋼鋼結(jié)構(gòu)設設計規(guī)范范中，均均只考慮慮了箱形形構(gòu)件在在軸心受受壓、受受彎及偏偏心受壓壓時的有有效寬度度計算方方法，沒沒有考慮慮拉彎構(gòu)構(gòu)件的受受壓區(qū)板板件可能能出現(xiàn)的的曲屈問問題，對對于薄壁壁箱形構(gòu)構(gòu)件存在在很大的的不安全全隱患。目目前鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設計計規(guī)范僅僅給出軸軸心受拉拉、軸心心受壓、彎彎剪、拉拉彎、壓壓彎等幾幾種類型型構(gòu)的設設計方法法，無法法涵蓋在在構(gòu)件在在復雜空空間結(jié)構(gòu)構(gòu)中的實實際受力力狀態(tài)。另另外，我我國現(xiàn)行行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)設計規(guī)規(guī)范在確確定箱形形構(gòu)件的的有效寬寬

6、度時，只只是簡單單地根據(jù)據(jù)構(gòu)件的的拉、壓壓狀態(tài)進進行判別別，沒有有考慮板板件局部部穩(wěn)定與與構(gòu)件整整體穩(wěn)定定承載力力之間的的關(guān)系，有有效截面面寬度取取值偏于于保守。因因此，如如何合理理確定焊焊接薄壁壁箱形構(gòu)構(gòu)件受壓壓板件的的寬厚比比與其他他相應的的實際措措施，是是保證結(jié)結(jié)構(gòu)的安安全性、提提高材料料利用率率、有效效減小用用鋼量的的關(guān)鍵問問題之一一。 在綜合合比較了了國內(nèi)外外鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)設計規(guī)規(guī)范、冷冷彎薄壁壁型鋼設設計規(guī)范范和相關(guān)關(guān)研究文文獻的基基礎上，提提出了根根據(jù)箱形形構(gòu)件板板件應力力狀態(tài)確確定焊接接薄壁箱箱形構(gòu)件件的板件件有效寬寬厚比的的方法與與相應的的構(gòu)件設設計公式式，分別別考慮拉拉、壓、雙雙

7、彎、雙雙剪、扭扭作用，并并在非線線性有限限元計算算、構(gòu)件件試驗研研究進行行分析驗驗證的基基礎上，將將研究成成果應用用于國家家體育場場焊接薄薄壁箱形形構(gòu)件設設計中。 三、桿桿件計算算長度系系數(shù)研究究 鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設計計規(guī)范對對管桁架架結(jié)構(gòu)的的計算長長度沒有有專門的的規(guī)定。由由于方管管桁架的的節(jié)點剛剛度較大大，對桿桿件變形形的約束束作用明明顯，合合理確定定桿件的的計算長長度，可可以取得得一定的的經(jīng)濟效效果。對對于管桁桁架的受受壓弦桿桿，面內(nèi)內(nèi)計算長長度可以以取構(gòu)件件的節(jié)間間長度?？伎紤]到受受拉弦桿桿和腹桿桿的抗彎彎及抗扭扭效果，對對管桁架架受壓弦弦桿平面面外的位位移形成成約束作作用，而而且受壓壓弦桿本

8、本身也具具有一定定的抗彎彎和抗扭扭能力，故故對其在在平面外外的計算算長度可可以適當當折減。 桁架腹腹桿面外外的計算算長度與與連接節(jié)節(jié)點形式式有很大大關(guān)系，當當采用管管桁架時時，腹桿桿四周焊焊縫與弦弦桿連為為一體，這這與節(jié)點點板連接接時平面面外剛度度很小有有明顯區(qū)區(qū)別?？伎紤]到桿桿端焊縫縫的約束束作用，腹腹桿的計計算長度度系數(shù)可可以折減減。在本本設計中中，腹桿桿在面內(nèi)內(nèi)的計算算長度系系數(shù)取0.8，面外外的計算算長度系系數(shù)則參參照日本本管結(jié)構(gòu)構(gòu)設計指指針取0.9。 屋面次次結(jié)構(gòu)在在主桁架架形成的的菱形網(wǎng)網(wǎng)格中呈呈不規(guī)則則交叉布布置，構(gòu)構(gòu)件以受受彎為主主。立面面次結(jié)構(gòu)構(gòu)在外柱柱之間呈呈不規(guī)則則交叉布

9、布置，直直接作用用于立面面次結(jié)構(gòu)構(gòu)的荷載載較小。在在原初步步設計中中，將主主結(jié)構(gòu)作作為次結(jié)結(jié)構(gòu)的支支承點，次次結(jié)構(gòu)面面外計算算長度直直接取用用主結(jié)構(gòu)構(gòu)支承點點之間的的距離，計計算長度度很大，當當桿件受受壓時材材料利用用率很低低。由于于次結(jié)構(gòu)構(gòu)呈網(wǎng)狀狀交叉布布置，受受力形態(tài)態(tài)類似于于單層網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)。為了了確定次次結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的計計算長度度，直接接采用整整體計算算模型進進行非線線性分析析，計算算時分別別考慮了了豎向荷荷載和水水平地震震作用。 對于屋屋面與立立面的次次結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件，由由于次結(jié)結(jié)構(gòu)的截截面尺寸寸較大，在在豎向荷荷載與水水平方向向地震作作用下的的構(gòu)件的的穩(wěn)定承承載力高高于構(gòu)件件截面能能夠提

10、供供的材料料屈服承承載力，構(gòu)構(gòu)件為強強度控制制。根據(jù)據(jù)非線性性分析結(jié)結(jié)果，結(jié)結(jié)合次結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點，并并參照網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)規(guī)規(guī)程（JGJJ61-20003），次次結(jié)構(gòu)面面外計算算長度系系數(shù)均取取1.6，且頂頂面次結(jié)結(jié)構(gòu)面外外計算長長度不超超過其延延長線與與兩相鄰鄰主桁架架交點之之間的距距離。四、桿件計計算長度度系數(shù)研研究 鋼結(jié)結(jié)構(gòu)設計計規(guī)范對對管桁架架結(jié)構(gòu)的的計算長長度沒有有專門的的規(guī)定。由由于方管管桁架的的節(jié)點剛剛度較大大，對桿桿件變形形的約束束作用明明顯，合合理確定定桿件的的計算長長度，可可以取得得一定的的經(jīng)濟效效果。對對于管桁桁架的受受壓弦桿桿，面內(nèi)內(nèi)計算長長度可以以取構(gòu)件件的節(jié)間間長度

11、?？伎紤]到受受拉弦桿桿和腹桿桿的抗彎彎及抗扭扭效果，對對管桁架架受壓弦弦桿平面面外的位位移形成成約束作作用，而而且受壓壓弦桿本本身也具具有一定定的抗彎彎和抗扭扭能力，故故對其在在平面外外的計算算長度可可以適當當折減。 桁架腹腹桿面外外的計算算長度與與連接節(jié)節(jié)點形式式有很大大關(guān)系，當當采用管管桁架時時，腹桿桿四周焊焊縫與弦弦桿連為為一體，這這與節(jié)點點板連接接時平面面外剛度度很小有有明顯區(qū)區(qū)別?？伎紤]到桿桿端焊縫縫的約束束作用，腹腹桿的計計算長度度系數(shù)可可以折減減。在本本設計中中，腹桿桿在面內(nèi)內(nèi)的計算算長度系系數(shù)取0.8，面外外的計算算長度系系數(shù)則參參照日本本管結(jié)構(gòu)構(gòu)設計指指針取0.9。 屋面次次

12、結(jié)構(gòu)在在主桁架架形成的的菱形網(wǎng)網(wǎng)格中呈呈不規(guī)則則交叉布布置，構(gòu)構(gòu)件以受受彎為主主。立面面次結(jié)構(gòu)構(gòu)在外柱柱之間呈呈不規(guī)則則交叉布布置，直直接作用用于立面面次結(jié)構(gòu)構(gòu)的荷載載較小。在在原初步步設計中中，將主主結(jié)構(gòu)作作為次結(jié)結(jié)構(gòu)的支支承點，次次結(jié)構(gòu)面面外計算算長度直直接取用用主結(jié)構(gòu)構(gòu)支承點點之間的的距離，計計算長度度很大，當當桿件受受壓時材材料利用用率很低低。由于于次結(jié)構(gòu)構(gòu)呈網(wǎng)狀狀交叉布布置，受受力形態(tài)態(tài)類似于于單層網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)。為了了確定次次結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的計計算長度度，直接接采用整整體計算算模型進進行非線線性分析析，計算算時分別別考慮了了豎向荷荷載和水水平地震震作用。 對于屋屋面與立立面的次次結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)

13、件，由由于次結(jié)結(jié)構(gòu)的截截面尺寸寸較大，在在豎向荷荷載與水水平方向向地震作作用下的的構(gòu)件的的穩(wěn)定承承載力高高于構(gòu)件件截面能能夠提供供的材料料屈服承承載力，構(gòu)構(gòu)件為強強度控制制。根據(jù)據(jù)非線性性分析結(jié)結(jié)果，結(jié)結(jié)合次結(jié)結(jié)構(gòu)的特特點，并并參照網(wǎng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)規(guī)規(guī)程（JGJJ61-20003），次次結(jié)構(gòu)面面外計算算長度系系數(shù)均取取1.6，且頂頂面次結(jié)結(jié)構(gòu)面外外計算長長度不超超過其延延長線與與兩相鄰鄰主桁架架交點之之間的距距離。 五、鋼鋼結(jié)構(gòu)安安裝順序序研究 安裝順順序?qū)Υ蟠罂缍冉Y(jié)結(jié)構(gòu)用鋼鋼量影響響很大。在在安裝過過程中，如如果屋頂頂次結(jié)構(gòu)構(gòu)與主結(jié)結(jié)構(gòu)同時時安裝，次次結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)內(nèi)力將會會明顯增增大，導導

14、致次結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件件截面壁壁厚增大大，增大大結(jié)構(gòu)總總用鋼量量增加；主、次次結(jié)構(gòu)之之間區(qū)別別不明顯顯，地震震作用效效應增大大，難以以按指定定的順序序出現(xiàn)塑塑性鉸，形形成良好好的抗震震體系。另另外，合合理布置置臨時支支撐塔架架的位置置與數(shù)量量，對主主結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件在安安裝過程程中可能能出現(xiàn)的的應力狀狀態(tài)有較較大影響響。故此此，對國國家體育育場大跨跨度鋼結(jié)結(jié)構(gòu)的建建造過程程進行了了詳細的的施工模模擬分析析。 國家體體育場屋屋蓋鋼結(jié)結(jié)構(gòu)施工工順序?qū)Y(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件在重重力荷載載作用下下的內(nèi)力力將產(chǎn)生生明顯影影響。根根據(jù)總工工期的要要求，大大部分看看臺混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)先行施施工，屋屋蓋鋼結(jié)結(jié)構(gòu)部分分隨后進進行施工工。

15、協(xié)調(diào)調(diào)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)安裝與與混凝土土結(jié)構(gòu)施施工的關(guān)關(guān)系，對對保證混混凝土看看臺部分分連續(xù)施施工、鋼鋼結(jié)構(gòu)的的順利安安裝具有有重大的的意義。由由于采用用整體提提升方案案時混凝凝土部分分不能先先期施工工，故在在總體工工期上受受到限制制，滑移移受到場場地的限限制等因因素，故故確定采采用散裝裝法施工工，在屋屋蓋主桁桁架交叉叉點的位位置設立立78個臨時時支撐塔塔架。 在設計計中，運運用有限限元法計計算程序序中將“死”單元（不不參與整整體結(jié)構(gòu)構(gòu)分析的的構(gòu)件）逐逐次激活活的技術(shù)術(shù)，進行行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)在整個個施工階階段的結(jié)結(jié)構(gòu)分析析，模擬擬結(jié)構(gòu)在在整個施施工階段段過程中中的剛度度和重力力荷載的的變化。在在建立結(jié)結(jié)構(gòu)的整

16、整體分析析模型時時，包括括全部結(jié)結(jié)構(gòu)的結(jié)結(jié)點和單單元。將將整個施施工過程程分為若若干個主主要階段段，進行行第n階段結(jié)結(jié)構(gòu)在重重力荷載載作用下下的受力力分析時時，將在在其后階階段安裝裝的單元元指定為為“死”單元，這這些“死”單元不不具有剛剛度和重重力荷載載作用。在在進行n+1階段施施工的受受力分析析時，在在該階段段施工安安裝的“死”單元被被激活，恢恢復應有有的剛度度和自重重效應，在在其后階階段施工工安裝的的單元仍仍然保持持為“死”單元。 六、大大量采用用新型鋼鋼材 在國家家體育場場結(jié)構(gòu)設設計中，為為了有效效地控制制成本，縮縮短訂貨貨周期，全全部采用用國產(chǎn)鋼鋼材。對對于厚鋼鋼板選用用了國產(chǎn)產(chǎn)Q34

17、45GJJ鋼材。根根據(jù)冶金金行業(yè)標標準YB441044-20000生產(chǎn)的Q3445GJJ(Z)高層建建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)用鋼板板，板厚厚效應小小，中厚厚板的屈屈服強度度比普通通Q3445明顯提提高，對對于501000mm厚板，屈屈服強度度為3255MPaa，強度度僅降低低6，對對于控制制用鋼量量起到了了很好的的作用。與與低合合金高強強度結(jié)構(gòu)構(gòu)鋼（GB/T15591-94）中的Q3445相比，其其磷、硫硫含量明明顯降低低，鋼材材的屈強強比不大大于0.8，縱向向沖擊功功有所提提高，完完全能夠夠滿足建建筑抗震震設計規(guī)規(guī)范對對鋼材強強屈比、伸伸長率及及冷彎性性能等相相關(guān)性能能要求。由由于Q3445GJJ鋼材的的

18、可以有有效減少少結(jié)構(gòu)的的用鋼量量，改善善結(jié)構(gòu)的的安全性性，有效效地發(fā)揮揮了國產(chǎn)產(chǎn)新型鋼鋼種的技技術(shù)優(yōu)勢勢。 在桁架架柱內(nèi)柱柱受力最最大的部部位，為為了有效效控制構(gòu)構(gòu)件的最最大壁厚厚，減小小焊接工工作量，使使連接構(gòu)構(gòu)造比較較合理，在在設計中中采用了了高強度度的Q4660鋼材。此此時要求求鋼材的的抗拉強強度與屈屈服強度度的比值值不應小小于1.2，伸長長率大于于20，-40時的沖沖擊韌性性不低于于34J，板厚厚方向截截面收縮縮率不小小于Z35。同時時，嚴格格控制碳碳當量，經(jīng)經(jīng)過嚴格格的焊接接工藝評評定，使使其具有有良好的的可焊性性。這是是在國內(nèi)內(nèi)建筑工工程中首首次采用用Q4660鋼材，由由舞陽鋼鋼廠

19、生產(chǎn)產(chǎn)。 為了使桁架架柱與下下部T合并段段的連接接構(gòu)造比比較簡單單，通過過鑄鋼節(jié)節(jié)點將內(nèi)內(nèi)柱的菱菱形截面面轉(zhuǎn)換為為矩形截截面。由由于鑄鋼鋼節(jié)點位位置處于于結(jié)構(gòu)受受力的關(guān)關(guān)鍵部位位，構(gòu)件件的受到到很大的的軸力與與彎矩，節(jié)節(jié)點域壁壁厚較大大。鑄鋼鋼節(jié)點采采用按德德國DINN-1771822標準生生產(chǎn)的GS-20MMn5VV，化學學成分控控制嚴格格，鑄鋼鋼材料的的可焊性性好。與與規(guī)范中中采用的的鑄鋼材材料相比比，屈服服強度明明顯提高高，經(jīng)調(diào)調(diào)質(zhì)處理理后，當當鋼材壁壁厚大于于1000mm時，屈屈服強度度不低于于2800MPaa。另外外，其延延伸率、沖沖擊韌性性均得到到大大改改善。七、軟件開開發(fā)與結(jié)結(jié)構(gòu)

20、優(yōu)化化計算 在國家家體育場場設計過過程中，在ANSYS軟件平臺上開發(fā)了設計與優(yōu)化功能，以適應復雜大跨度結(jié)構(gòu)設計的需求，計算優(yōu)化時將構(gòu)件的應力水平控制作為主要優(yōu)化目標。在確定控制應力度時考慮了結(jié)構(gòu)安全度、施工偏差與各種不可預見的因素。目標應力度的設定與結(jié)構(gòu)的重要性、桿件受力特點及工程造價直接相關(guān)。在確定國家體育場鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化計算的目標應力度時，還考慮了屋面PTFE膜結(jié)構(gòu)側(cè)向不平衡力對主桁架上弦、屋頂次結(jié)構(gòu)側(cè)向彎矩的影響，燈光、音響、雨水槽、大屏幕等集中吊掛荷載引起的局部應力，以及在罕遇地震作用下形成破壞機構(gòu)時主桁架與次結(jié)構(gòu)需要加強的部位。 通過對對整體結(jié)結(jié)構(gòu)在各各種工況況組合下下進行計計算與截截面

21、校核核，可以以得到構(gòu)構(gòu)件的計計算應力力比。將將各構(gòu)件件的計算算應力比比與目標標應力比比限值范范圍進行行比較，若若構(gòu)件計計算應力力比介于于目標應應力比限限值范圍圍內(nèi)，則則該構(gòu)件件截面保保持不變變，否則則需要對對構(gòu)件進進行截面面調(diào)整。調(diào)調(diào)整構(gòu)件件截面后后再次進進行整體體計算與與截面校校核，直直至所有有構(gòu)件計計算應力力度均符符合設計計要求。 國家體體育場鋼鋼結(jié)構(gòu)屋屋蓋的自自振周期期較長，地地震作用用與結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度關(guān)關(guān)系很大大。因此此，采用用了“先靜力力計算優(yōu)優(yōu)化、后后動力驗驗算調(diào)整整”的總體體優(yōu)化思思路。首首先對恒恒荷載、活活荷載、雪雪荷載、風風荷載、溫溫度作用用等所有有靜荷載載工況組組合進行行計算；

22、對構(gòu)件件截面壁壁厚進行行優(yōu)化調(diào)調(diào)整，使使構(gòu)件截截面滿足足設計要要求；對對整體結(jié)結(jié)構(gòu)進行行動力計計算，進進行截面面校核，調(diào)調(diào)整構(gòu)件件壁厚；重新進進行靜力力荷載工工況分析析，使全全部構(gòu)件件均滿足足靜荷載載工況與與地震作作用工況況要求。由由于國家家體育場場整體結(jié)結(jié)構(gòu)1800旋轉(zhuǎn)對對稱，優(yōu)優(yōu)化時同同時調(diào)整整對稱桿桿件的壁壁厚。采采用上述述優(yōu)化技技巧后，通通過910輪計算算可得到到滿意的的結(jié)果。 八、預預應力技技術(shù)應用用研究 為了使使國家體體育場大大跨度鋼鋼結(jié)構(gòu)在在設計中中做到技技術(shù)先進進、經(jīng)濟濟合理，我我們會同同國內(nèi)有有關(guān)專家家共同對對預應力力技術(shù)在在國家體體育場鋼鋼結(jié)構(gòu)中中應用的的可行性性與合理理性

23、進行行了深入入的研究究，從預預應力方方案選擇擇、計算算分析、用用鋼量指指標、預預應力索索與錨具具材料的的可靠性性、節(jié)點點構(gòu)造、構(gòu)構(gòu)件加工工制作、預預應力索索敷設與與張拉、建建筑效果果、工期期、造價價等方面面，對采采用預應應力技術(shù)術(shù)的合理理性進行行論證。 在設計計過程中中分別考考慮了3種整體體布索和和3種局部部布索方方案。采采用通用用大型有有限元分分析軟件件Anssys。當設設置采用用預應力力索后，主主桁架下下弦構(gòu)件件的拉力力降低幅幅度較大大，主桁桁架上弦弦的壓力力也有所所增大，上上、下弦弦構(gòu)件內(nèi)內(nèi)力增長長幅值大大致相同同。施加加預應力力前后，主主桁架腹腹桿的內(nèi)內(nèi)力變化化不大，主主桁架的的撓度減

24、減小。采采用預應應力索后后，結(jié)構(gòu)構(gòu)的總用用鋼量比比未采用用預應力力索時略略有增加加。其主主要原因因如下： (1)在本工工程中，適適于布置置預應力力索的主主桁架的的數(shù)量較較少，可可以有效效施加預預應力的的僅有8榀，所所占比例例較小，預預應力的的效果比比一般的的預應力力鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)小。(2)由于建建筑外觀觀的要求求，預應應力索的的位置不不能超出出主桁架架弦桿高高度的范范圍，預預應力索索曲線的的矢高較較小，使使預應力力的效率率大大降降低。(3)為了保保證構(gòu)件件具有一一定的延延性，主主桁架弦弦桿箱形形構(gòu)件的的壁厚不不宜小于于20mmm，很多多下弦構(gòu)構(gòu)件采用用最小壁壁厚。設設置預應應力索后后，雖然然下弦的的內(nèi)力有有較大幅幅的降低低，但其其截面尺尺寸很難難再進一一步減小小。同時時，施加加預應力力將使主主桁架跨跨中上弦弦桿壓力力值增大大。因此此，很難難在減小小用鋼量量方面取取得預期期的效果果。 布置預預應力索索的主桁桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)剛度較較大，內(nèi)內(nèi)力也相相應增大大，而其其它未布布置預應應力索的的主桁架架的內(nèi)力力將有所所下降。通通過對構(gòu)構(gòu)件截面面優(yōu)化調(diào)調(diào)整，這這一趨勢勢會更加加明顯，在在桁架之之間形成成主次關(guān)關(guān)系，內(nèi)內(nèi)力向部部分布置置了預應應力索的的桁架轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移，錨錨具的可可靠性對對結(jié)構(gòu)的的安全性性至關(guān)重重要。由由于錨