复杂空间曲面幕墙的索网结成形方法的研究——浅析东莞篮球中心的幕墙设计.pdfVIP

211G9年全国铝门窗幕墙}r业年会论文 复杂空间曲面幕墙的索网结成形方法研究 ——浅析东莞篮球中。的幕墙设计 李百春 巾闻建筑科学研究院，北京100013 摘要东莞篮球中心的幕墒采用了复杂的二维空间曲面形状，其预应力索网布置很难通过直接的CAD 建模的方法实现。本文通过分析泼幕墙曲面所具有的几何特征，用参数方程的方法来建立幕墙曲面的统 一方程，从而进一步得到该曲面上有规律分布的关键点，将这些关键点做为索网的节点，形成完整的索 网结构。在设计过程中，本史作者利用自己编写的小程序自动生成关键节点的坐标．从而实现了快速建 立复杂空问曲面索网结构模型的目的。 关建词东莞篮球中心；索网找形；幕墙设引；空问曲面 1工程简介及问题的提出 位于东莞寮步镇的东莞篮球中心被定位为中国“CBA第一馆”，是目前国内唯一按照 NBA标准建造的体育场馆。其钢结构屋面采用双曲马鞍面的空问造型，屋面边缘高度逐渐 平缓变化，形成优美的空间曲线。支撑屋盖的结构主要为周边28根v型柱和支撑在混凝 土看台上的28根摇摆柱。 围1东莞篮球中心建筑效果国 根据建筑师的设计意用，在屋盖与地面之间用玻璃幕墙围成一圈完整的结构，从而形 成通透轻盈的视觉效果，另外建筑师希望幕墙结构采用三向索网。这种大规模的、复杂边 2m09年全国铝门窗幕墙行业年会论文 界条件的、空间不规则曲面的、三向交叉的索网幕墙结构的设计在国内尚是首次，对结构 设计提出了很高的要求。本文重点关注索网幕墙几何模型的建立过程，在后续的文章中笔 者将进一步探讨结构设计、节点设计以及施工方法等同题。 2东莞篮球中心索网幕墙的基本设计条件 索网上下边的边界条件 如图2所示，索网的上边界为屋盖结构中的一道环粱，该环梁是双曲马鞍面上的一条 闭合曲线，具有复杂的几何特征。索网的下边界为位于同一标高位置的圆形，上下边界的 相对位置关系如图3所示。 圈2索嘲的上边羿示意囤 图3索网的上下边界对应关系示意圈 索网曲面需要满足的基本条件 该幕墙索网的一个基本要求就是平滑的连接上下边界，索网所形成的不规则曲面要平 滑过渡。此外，我们还希望索网所张成的曲面具有合理的曲率特征，以方便预应力的施加 以及得到合理的内力分布。在满足上述条件的基础上，我们希望三向交叉索网所形成的三 角形网格均匀有规律，以方便后期的施工及玻璃安装等工作。 3索网找形的基本思路 为了实现上述设计意图，在索网的找形过程中，我们按照如下思路来实现。 (1)为索网构建一个可以用统一方程表达的光滑的曲面，该曲面具有某种特殊的几何 特征，在本文中，我们采用了曲率这种几何特征，在本文第4节有详细介绍。 (2)利用统一的曲面方程来创建有规律排布的控制点，这些控制点力求均匀排布。 (3)将控制点做为索网的空叉节点，连接各节点形成整片索网结构。 4索网找形的具体实现 幕墙曲面上下边界的参数方程 将上下边界两条曲线分别转化为以方位角日为参数的方程，如下 2009年全国铝门窗幕墙行业年会论文 ，X=80cosO {Y=80sinO 上边界参数方程 tz：8cos20—8sin20+24 rX=60cos0 {Y=60sinO 下边界参数方程 tZ=0 幕墙曲面的几何控制条件 我们在设计中提出如下几何控制条件：用过z轴的任意平面来切割幕墙曲面，所得到 的切割线都是具有同一的啦率圆弧，在本设计中，取曲率等于150m，如图4所示。不同 的切割线都有相同的曲率半径，但弧长各不相同。 ＼、、 图4过z轴的任意平面切割幕墙曲面的示意图