对沈阳奥体中心360米跨拱支座变形为零的思考.pdfVIP

第九届全国现代结构工程学术研讨会 对沈阳奥体中心360米跨拱支座变形为零的思考 李豪邦 (中国建筑东北设计研究院有限公司，沈阳110006) 提要：本文根据对360米大跨拱实测支座水平位移为零一事，判定了当前承受拱推力的不是施工中形成的封闭网格地基梁 结构构件，而是巨型拱架两端之外地基土的抗剪能力。结合沈阳当地的地质条件来看，这还是有可能的。但须注意 日后使用中浑河水位上涨等不利情况的出现与发展． 关键词：巨型拱，支座水平位移，变形，内力 沈阳奥体中心体育场为一可容纳六万人的大型体育建筑，其主结构采用了左右并列，跨度为360米巨 型拱架。现已建成供2008北京奥运会足球赛场使用。此360米跨管结构空间桁架拱在设计上是相当成功， 桁架截面由三弦杆构成，在跨中尺寸放大，而在支座则渐变为三杆汇一。就采用双铰拱的角度来说，这比 首都国际机场T3航站楼地面交通中心采用支座截面相对远大于跨中截面(此截面弯矩为最大，而支座截 面弯矩为零)(详见文献【1】)的双铰拱是要合理的多。 (一)结构设计不仅只是对结构内力与截面选择的计算，更重要的是要设计结构在服役期全过程高效 合理的力学行为，因此设计者应全面了解结构内力的来龙去脉(平衡、形成与消失)，否则就可能产生失 误。 笔者在阅读介绍沈阳奥体工程设计的文献[2】时，深感该工程结构设计之艰辛，其中更对拱支座巨大推 力处置一事感到蹊跷，该文献对此问题是作如下叙述的：“目前国内超200米以上钢拱结构多用钢的拉杆 或预应力钢索承受拱的水平推力，而这种做法往往带来不利效果，如何安全和合理地解决360米跨的钢拱 结构的巨大水平力，我们充分利用闭合的网格式钢筋混凝土结构条形基础进行抗水平推力的分析研究并设 计取得了很好的效果。方便了施工、节省造价而且拱支座变形为零。” 就上文的含义来看，它阐明了在奥体工程设计中对拱推力的处置是既没有采用钢拉杆或预应力索的做 法，更没有利用地基土抵抗拱推力的考虑(否则须列入C、由值等土力学参数)；只是利用闭合网格基础 梁抵抗拱推力，由此取得了节约及支座变形为零的效果。这里所提“支座变形为零”一事，由于工程地基 沈晚报载)，这就难以被结构人历来形成的力学概念——虎克定律：材料受力的作用后就一定有变形发生 ——这一直观认识所接受。 笔者认为，文献[2】把闭合网格基础梁的作用过分夸大——解释为承受巨大推力的受力主体且变形为零 是没有根据的，也是错误的。诚然，从文献【2】中图11、12(现录入本文图1)来看，网格梁的层次是比较 多，两端头处有14条，中部窄处也有9条，辐射向有“条。但冷静地从力学角度来观察、思考、分析， 该网格梁的平面布局呈扁圆环，中部无梁、全空，仅两端作用有拱推力。今顺长轴切分，取一半来分析， 忽略回填土对基础梁侧面的作用，则一侧网格梁的受力是类似于两端承受巨大拉力的多跨多层次，纵横构 件呈弧曲歪斜的混凝土平面框架。对此框架根据常规的力学概念可以看出：结构中的主要承力件是弧曲的 纵向杆，其主要受力形式为受拉、受拉弯。辐射的横向杆是在弧形纵向杆受力出现拉直趋势时，才产生内 力的，它的主要受力形式是受弯与受压弯。作为主要承力件的各条纵梁在承受巨大的拱推力后必然产生受 拉变形。此变形的量按虎克定律来说与所受拉力成正比。与杆长成正比(这两项的值都是很大的)，与弹 性模量及承受拉力的钢筋截面积成反比，本工程纵向地基梁中用于受拉的钢筋总面积如若不是特别大，则 纵梁的伸长变形必然明显为大，而绝不会是零。或许文献【2】在基础变形问题上是过分重视了“闭合网格” 具有的“闭合”条件：确实闭合的环状结构当受到各向均衡的多个向外辐射拉力作用时，其各点位移的量 456 工业建筑2009增刊 第九届全国现代结构I程学术研讨会 是远比单向受拉的变形为小。如正多边形的单索环当各角作用相同的外辐射拉力时，其各点的位移量仅为 该单索受相同内力、一端固定另端位移量的16-189‘．此量虽然小了不少但不会是零。对本工程网格条基， 虽然在形式上封闭，但实质上由于是单向受力，被不具备可以减小变形的条件。如果我们忽略了闭合同格 中纵桨的弧曲．也忽略粱侧回填土对粱的挤压，视纵粱为直杆，则长轴一侧所有纵粱的配筋总量A。(不包 括粱在竖向受弯所需的配筋)按侧拱推力为2300t、钢筋用HRB335计算时：