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第三届全国现代结构工程学术研讨会 某体育场的挑蓬结构分析 王忠全罗晓群张其林 (同济大学土术工程学院建筑工程系．卜海20(I)92 提要：介绍了某城市奥体中心体育场大悬挑屋盖结构的分析计算．包括荷载取值，静力分析与地震作用分析，并比较了 在刚性铰接和弹性铰接支座条件下，这种大型挑蓬结构方案在竖向荷载、温度荷载和地震作用下的受力特性，为以后的工程 实践提供了可供参考的依据。 关键词：钢屋盖，拱形空间桁架，弹性支座 一、概述 这座体育场位于某东南沿海城市西郊，是该城市的标志性建筑之一，可容纳八万名观众。 体育场的空间挑蓬结构外形为马鞍型，是由两个圆钢管桁架拱支撑的 径向大悬挑方钢管桁架，加环向桁架组成环状空间骨架结构。蓬面为钢板 和塑料板结合的膜层。整个挑蓬的平面投影为圆形，跨度263米，内缘为 四圆弧相交所构成，东西宽126米，南北长208米。挑蓬面积32000平方 米，最大悬挑长度68米。两座对称拱高6l米，跨度334米。 二、荷载取值 图1体育场结构三维图 (一)风荷载 体育场位于市郊，属于典型的B类粗糙度地区，基本风压为o．45KN／m2。挑蓬悬挑长度大，造型独特，对 适合此工程。为此奥体中心建设指挥部委托某科研单位进行了整体模型的风洞试验。模型为缩尺的刚性模 型，比例为1：300。 试验结果表明，挑蓬的平均风压系数分布随风向角的变化是十分明显的，东西方向的来风会对挑蓬东、 西外缘产生较大的上吸荷载(最大极值风压系数可达4．14)及对外缘后部产生较大的下压荷载(最小极值风 压系数可达一2．82)。挑蓬和东、西两拱在结构上具有一定的对称性，但由于周围建筑环境的影响，最不利的 风向角对挑蓬和两个拱的不同部位是不一样的，对各种风向进行试算后，选取六个风向进行风载计算，分别 为oo、90。、110。、180。、230。和270。风向。 (二)地震作用 考虑三个方向的地震作用： 南北方向的水平地震作用；东西方向的水平地震作用；和竖向地震作用。 计算地震作用时有关参数取值为：设防烈度7。，设计地震分组为第一组，地面基本加速度0．19，m类场 地，特征周期Tg=O．45秒，水平地震最大影响系数为‰x-O．08。采用振型分解反应谱法进行分析计算。 (三)荷载组合 根据《建筑结构荷载规范}(GB50009—2001)，在荷载组合中考虑了自重、恒载(挑蓬前缘o．5kN／m2，后部 1．okN，m2；拱0．3 作用以及±30。的温差作用的荷载组合，充分考虑了作用在挑蓬和双拱上的各种不利荷载。 三、结构计算 (一)静力分析 结构采用同济大学3D3S钢结构设计软件V6．0进行计算分析， 工业建筑2003年增刊 第三届全国现代结构工程学术研讨会 分析时共采用2种单元，杆件采用杆单元和梁单元，弹性支座采用在支座处增加一定刚度杆件的办法来 模拟。 一——————r————————————————————————————————————————————————————————— 计算结果表明，地震作用不起控制作用，而是以恒载、活载、风载和温度作用的组合为最不利的荷载组合 情况。 在各种组合情况下，拱桁架上弦杆基本以受轴力作用为主，而屋盖上的箱梁在前缘悬挑段以弯矩为主， 是受弯构件，在靠近后部屋盖支座处，箱梁上同时存在较大的弯矩和轴压力，是压弯构件，但弯矩仍为主要的 内力。 ∥吣～ 一 M一∥ 一 u一 a)箱梁与拱连接示意 b)拱桁架示意 图2箱梁与拱桁架示意图 表1体育场屋面箱梁杆件控制内力与截面 矩形截面梁 弯矩(KN*M)、轴力(KN) 截面(粱高*梁宽*翼缘厚*腹板厚