国家体育场大跨度钢结构设计与研究解读.pdf

第 28 卷第 2 期 建 　筑 　结 　构 　学 　报 Vol28,No 2 2007 年 4 月 JournalofBuildingStructures April2007 ( ) 文章编号 2007 国家体育场大跨度钢结构设计与研究 范 　重 , 刘先明 , 范学伟 , 胡纯炀 , 胡天兵 , 吴学敏 , 郁银泉 ( ) 中国建筑设计研究院 ,北京 100044 摘要 :在国家体育场设计中 ,利用 CATIA空间建模软件建立了国家体育场大跨度钢结构精确的三维空间几何模型与计算 模型 。为了使结构受力合理 、减小构件加工制作难度与施工的复杂性 ,主桁架弦杆在相邻腹杆之间采用直线代替空间曲 线构件 ,桁架柱腹杆尺寸与菱形内柱同宽 。对于屋盖肩部的空间扭曲构件 ,在整体计算模型中用分段折线代替理想曲 线 ,并对每段构件截面的主轴方向进行偏转 。屋顶与立面次结构可以有效减小主结构弦杆面外的计算长度 ,提供 ETFE 膜结构 、下弦声学吊顶与屋面排水系统的支承条件 ,并形成结构的抗侧力体系 。在设计中运用将 “死”单元逐次激活的 技术 ,对钢结构在整个施工过程刚度和荷载的变化情况进行模拟 。根据风洞试验确定风压分布 ,提出下风振系数的计算 方法 ,确定大跨度结构的风振下压效应 。采用新型国产高强钢材 ,并根据构件的重要性确定钢材的技术性能要求 。在综 合考虑工程的重要性 、结构受力特点、施工偏差以及工程造价等多种因素的基础上确定构件应力比限值 ,进行构件优化 计算 。对恒荷载 、活荷载 、风荷载 、温度作用 、小震与中震及相应的工况组合进行计算 ,并对材料利用率与结构用钢量进 行了分析统计 。 关键词 :计算模型 ; 结构体系 ; 风致响应 ; 温度作用 ; 高强钢材 ; 薄壁箱形构件 ; 优化 ; 控制应力比; 用钢量 中图分类号 :TU3933 　TU318　　文献标识码 :A Designandresearchoflarge spansteelstructurefortheNationalStadium FANZhong,LIUXianming,FANXuewei,HUChunyang,HUTianbing,WUXuemin,YUYinquan (ChinaArchitectureDesignandResearchGroup,Beijing100044,China ) Abstract: InthedesignoftheNationalStadium,theprecise3Dgeometricalmodelandcalculationmodelforlarge spansteel structurewasestablishedbyuseofCATIAdimensionalmodelingsoftware.Inordertorationalizeloadingofthestructure, reducethedifficultyinfabricationofthemembersandcomplexityinconstruction,straightlinemembersareadoptedinprimary trusschordstoreplacespatialcurvemembersbetweenneighboringdiagonals.Thediagonalsofthetrussedcolumnareaswide asthediamondinnercolumn.Asforthedimensionaltwistedmembersat