濟(jì)南奧體中心場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色與健康監(jiān)測(cè)

濟(jì)南奧體中心場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色與健康監(jiān)測(cè)一、引言二、場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)建筑特色三、鋼結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)四、結(jié)論匯報(bào)內(nèi)容一、引言引言：濟(jì)南奧體中心是第十一屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)的主會(huì)場(chǎng)，包括一場(chǎng)三館，總體布局呈“東荷西柳”，6萬(wàn)入體育場(chǎng)在西邊，呈“柳葉”造型;體育館、網(wǎng)球中心、游泳中心在東邊，呈“荷花”造型。其功能上滿(mǎn)足全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)和世界單項(xiàng)體育賽事的要求，設(shè)計(jì)上成為具有濃郁地方文化特色的標(biāo)志性建筑，賽后成為濟(jì)南的城市標(biāo)志廣場(chǎng)。大型體育場(chǎng)館人流密集，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)跨度大、受力復(fù)雜，確保其結(jié)構(gòu)施工和使用安全尤為重要，為此濟(jì)南奧體中心進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)，建立了基于光纖光柵傳感技術(shù)的剛性桿件應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及基于電磁感應(yīng)技術(shù)的索應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從鋼結(jié)構(gòu)安裝開(kāi)始直至竣工后一年內(nèi)對(duì)場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵桿件進(jìn)行內(nèi)力監(jiān)測(cè)，實(shí)踐表明，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)效果良好。二、場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)建筑特色2.1體育場(chǎng)體育場(chǎng)外輪廓為近似橢圓形，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約360m,短軸長(zhǎng)約310m，規(guī)模為6000座。在建筑造型上充分體現(xiàn)濟(jì)南市的地域、文化特色，以濟(jì)南市的市樹(shù)“柳樹(shù)”為主題，將垂柳柔美飄逸的形態(tài)化為建筑語(yǔ)言。體育場(chǎng)建筑效果圖2.1體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色：（1）結(jié)構(gòu)體系采用空間折板型鋼析架，結(jié)構(gòu)受力均勻，每片罩棚用鋼量?jī)H為3000噸，是相同規(guī)模體育場(chǎng)罩棚用鋼量的一半（2）為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和側(cè)向抗扭剛度，除了環(huán)向次桁架外，在看臺(tái)頂部支座間設(shè)5對(duì)縱向支撐，桁架下弦平面設(shè)置了6道水平支撐，水平支撐采用直徑5Omm棒鋼，施加初始預(yù)應(yīng)力（經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試，初始預(yù)應(yīng)力取0.2fy時(shí)，拉索受力狀態(tài)最優(yōu)）（3）罩棚內(nèi)支座位置的選取獨(dú)具匠心，計(jì)算和健康監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在自重作用下，內(nèi)支座位置近乎于整個(gè)罩棚結(jié)構(gòu)的重心，因此外支座處桿件受力較小2.1體育場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)罩棚平面、立面和剖面圖2.2體育館體育館位于奧休中心場(chǎng)館區(qū)的東部，為一圓形建筑，建筑面積約5.2萬(wàn)平方米，體育館觀眾席1000座以上，配套建設(shè)20片室外籃球訓(xùn)練館。其鋼結(jié)構(gòu)工程包括:體育館主館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋、體育館36個(gè)大小花瓣、訓(xùn)練館和熱身館。體育館主館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋采用弦支彎頂結(jié)構(gòu)，大小花瓣為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、訓(xùn)練館和熱身館采用了空間折板網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。體育館主館鋼結(jié)構(gòu)屋蓋形狀為圓形，圓形直徑為122米，屋蓋矢高為12.2米;未施加預(yù)應(yīng)力之前整個(gè)單層網(wǎng)殼豎向剛度較小。在穹頂頂部設(shè)2.5m高的風(fēng)帽，風(fēng)帽為單層網(wǎng)殼，直徑27.792m，屋蓋采用弦支穹頂結(jié)構(gòu)體系。

2.2體育館索桿部分示意圖2.2體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特色色：（1）整個(gè)結(jié)構(gòu)支承承于周邊混凝凝土環(huán)梁上，，弦支穹頂為為剛?cè)犭s交索索桿梁體系，，上部單層網(wǎng)網(wǎng)殼承擔(dān)了大大部分的荷載載，力流大部部由其傳遞，，但穩(wěn)定性不不足，下部預(yù)預(yù)應(yīng)力索桿體體系增強(qiáng)了體體系剛度，減減少了結(jié)構(gòu)位位移（2）由于該結(jié)構(gòu)單單層網(wǎng)殼采用用的是傳統(tǒng)球球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)外形，結(jié)構(gòu)構(gòu)呈極軸對(duì)稱(chēng)稱(chēng)，因此各環(huán)環(huán)徑向鋼拉桿桿、環(huán)向索及及撐桿的軸力力均相同，這這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)便于同步張張拉過(guò)程中的的分區(qū)控制（3）肋環(huán)型拉索的的布置形式?jīng)Q決定了徑向鋼鋼拉桿和撐桿桿對(duì)環(huán)向索環(huán)環(huán)向約束較小小，易產(chǎn)生環(huán)環(huán)向的偏擺，，為了改善結(jié)結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)動(dòng)力特性，在在徑向馬道支支點(diǎn)和相鄰的的豎向壓桿的的上節(jié)點(diǎn)之間間設(shè)置斜拉構(gòu)構(gòu)造鋼棒，構(gòu)構(gòu)造鋼棒均采采用Φ55張緊，下部三三圈索桿體系系的扭轉(zhuǎn)剛度度得以提高，，其環(huán)向扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)問(wèn)題得到解解決2.3游泳館和網(wǎng)球球中心網(wǎng)球中心賽場(chǎng)場(chǎng)形近似一““逗號(hào)”，南南北長(zhǎng)約171m,東西寬約223m，地下一層，，地上四層，，看臺(tái)規(guī)模約約4000座，看臺(tái)及功功能用房采用用鋼筋混凝土土框架剪力墻墻結(jié)構(gòu)。上部部鋼結(jié)構(gòu)根據(jù)據(jù)不同的建筑筑分區(qū)以及結(jié)結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)合理理性分別采用用不同的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，其中中室內(nèi)網(wǎng)球館館采用管析架架結(jié)構(gòu)，中庭庭屋蓋采用工工字鋼梁結(jié)構(gòu)構(gòu)，中心賽場(chǎng)場(chǎng)罩棚采用懸懸挑空間折板板結(jié)構(gòu)，培面面采用空間折折板結(jié)構(gòu)，建建筑上形成柳柳葉造型，和和其他兩館一一場(chǎng)相呼應(yīng)。。游泳館位于整整個(gè)場(chǎng)地的東東北角，它與與東南角的網(wǎng)網(wǎng)球館沿東西西向軸線(xiàn)成對(duì)對(duì)稱(chēng)式布置，，環(huán)抱著東區(qū)區(qū)的中心場(chǎng)館館—體育館。游泳泳館外輪廓南南北約102米，東西約193米，下部為鋼鋼筋混凝土框框架結(jié)構(gòu)，外外罩為折板型型鋼結(jié)構(gòu)。2.3游泳館和網(wǎng)球球中心網(wǎng)球中心鋼結(jié)結(jié)構(gòu)平面布置置圖游泳館鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)布置圖三、鋼結(jié)構(gòu)健健康監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)監(jiān)測(cè)是指利用現(xiàn)代代無(wú)損傳感技技術(shù)，基于所所測(cè)結(jié)構(gòu)的響響應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)進(jìn)行特性判斷斷和力學(xué)分析析，監(jiān)側(cè)結(jié)構(gòu)構(gòu)構(gòu)件的損傷傷和剛度退化化狀況，從而而保證結(jié)構(gòu)施施工和服役期期間的安全。。幾種檢測(cè)技術(shù)術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)點(diǎn)：☉傳統(tǒng)的電阻阻應(yīng)變片：抗抗干擾能力差差、網(wǎng)絡(luò)布置置不易、存在在溫漂和零漂漂問(wèn)題、長(zhǎng)期期結(jié)果可能失失真等☉振弦式應(yīng)變變傳感器：正正常使用年限限有限、使用用不方便、不不適合大規(guī)模模集成使用等等☉基于現(xiàn)代傳傳感技術(shù)的光光纖光柵傳感感器：抗電磁磁干擾、抗腐腐蝕能力強(qiáng)、、可靠性好、、靈敏度高、、壽命長(zhǎng)（可可以在25年內(nèi)不退化）），可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)測(cè)測(cè)，信號(hào)損失失極小等3.1應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置體育場(chǎng)健康監(jiān)監(jiān)測(cè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)方案☉鋼結(jié)構(gòu)罩棚棚：針對(duì)濟(jì)南奧體體中心體育場(chǎng)場(chǎng)罩棚鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的受力特點(diǎn)點(diǎn)，考慮到對(duì)對(duì)稱(chēng)性，根據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)懸挑跨跨度并體現(xiàn)一一般性，選擇擇了大中小跨跨度的三榀桁桁架，其中4軸線(xiàn)位于罩棚棚中央，跨度度最大；61軸線(xiàn)為罩棚最最邊跨，跨度度最??；68軸線(xiàn)位于二者者之間。如下下圖：3.1應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置應(yīng)變監(jiān)測(cè)軸線(xiàn)線(xiàn)（圖示為右右半跨罩棚））3.1應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置體育場(chǎng)健康監(jiān)監(jiān)測(cè)應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)方案☉應(yīng)變監(jiān)測(cè)部部位桿件：應(yīng)變監(jiān)測(cè)部位位桿件的選擇擇將主要側(cè)重重屋蓋結(jié)構(gòu)在在構(gòu)件安裝施施工過(guò)程(包括卸載過(guò)程程)中應(yīng)力較大的的桿件部位，，需要同時(shí)兼兼顧不同桿件件類(lèi)型。5a、5b、5c處為馬道安裝裝處的桿件；；4a、4b、4c處為臨時(shí)支撐撐上部的桿件件；1、2a、2b、6、7處均為支座處處桿件；3a、3b、3c為應(yīng)變變化較較復(fù)雜、受力力較大的桿件件。如下圖：：3.1應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置每榀桁架測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置3.1應(yīng)變監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)布置體育館弦支穹穹頂鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)監(jiān)測(cè)方案由于體育館結(jié)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，我我們選取了3個(gè)半跨測(cè)試試截面進(jìn)行行監(jiān)測(cè)，每每半跨結(jié)構(gòu)構(gòu)分別對(duì)應(yīng)應(yīng)軸線(xiàn)為軸軸線(xiàn)12、24和36。此三個(gè)軸軸線(xiàn)對(duì)稱(chēng)分分布于結(jié)構(gòu)構(gòu)平面，能能較完整的的反應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)的受力狀狀態(tài)。半跨截面分分布主體結(jié)構(gòu)應(yīng)應(yīng)力測(cè)點(diǎn)布布置選定桿桿件3.2監(jiān)測(cè)結(jié)果分分析為了說(shuō)明監(jiān)監(jiān)測(cè)的效果果，對(duì)于體育場(chǎng)我們僅選擇擇4軸線(xiàn)支座桿桿件的內(nèi)力力變化進(jìn)行行分析。將將該桿件所所有監(jiān)測(cè)日日期的監(jiān)測(cè)測(cè)應(yīng)力大小小繪制成曲曲線(xiàn)，描繪繪出其在整整個(gè)施工階階段的應(yīng)力力變。如圖圖：4軸支座斜桿桿應(yīng)力變化化圖3.2監(jiān)測(cè)結(jié)果分分析對(duì)于體育館，我們選擇擇12軸索桿體系系的內(nèi)力變變化進(jìn)行分分析。如下下表(表中僅列出出部分?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)）：四、結(jié)論◎結(jié)論：：1、大跨空間間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)進(jìn)行總裝裝分析至關(guān)關(guān)重要。采采用整體總總裝模型進(jìn)進(jìn)行分析研研究下部混混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)對(duì)上部鋼鋼結(jié)構(gòu)的影影響，能夠夠正確揭示示上下部結(jié)結(jié)構(gòu)在重力力、風(fēng)、地地震、溫度度等多種荷荷載作用下下的變形受受力性能，，確保結(jié)構(gòu)構(gòu)安全可靠靠、經(jīng)濟(jì)合合理。2、對(duì)重要結(jié)結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)點(diǎn)計(jì)算模型型的簡(jiǎn)化，，必要時(shí)應(yīng)應(yīng)進(jìn)行鉸接接剛接雙控控分析;對(duì)復(fù)雜空間間結(jié)構(gòu)的節(jié)節(jié)點(diǎn)應(yīng)對(duì)其其進(jìn)行有限限元模擬分分析以確保保安全。3、對(duì)于弦支支網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)構(gòu)而言，最最關(guān)鍵的是是預(yù)應(yīng)