業(yè)務(wù)洽談：13175192529
導(dǎo)讀：
重慶龍興足球場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)采用設(shè)置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)采用懸挑平面桁架＋上下弦穩(wěn)定支撐＋立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。為了研究結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，采用了SPASCAD-PMSAP、MIDAS Gen（Ver.2019）和SAP2000設(shè)計(jì)軟件分別對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行多遇地震下的抗震性能分析。采用了SAUSAGE、SAP2000軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)防、罕遇地震下的抗震性能分析。采用了ANSYS軟件對(duì)鋼屋蓋整體穩(wěn)定進(jìn)行分析，采用了ABAQUS軟件對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能進(jìn)行分析。結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)具有較好的抗震能力和抗連續(xù)倒塌能力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全、合理、經(jīng)濟(jì)。
重慶氣質(zhì)的足球殿堂——龍興足球場(chǎng)超限結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 文/李金哲，馮遠(yuǎn)，史偉男，郭赤，等 01工程概況 重慶龍興足球場(chǎng)位于重慶主城東部、長(zhǎng)江以北的龍盛片區(qū)，是2023年亞洲杯比賽場(chǎng)地。以“重慶氣質(zhì)的足球殿堂”為設(shè)計(jì)理念，規(guī)劃、景觀和建筑設(shè)計(jì)包含匯聚、旋轉(zhuǎn)、上升的流暢曲線等元素，足球場(chǎng)建筑效果圖如圖1所示。足球場(chǎng)總建筑面積約16萬(wàn)ｍ２，地上4層，局部區(qū)域包含1層地下室，設(shè)置4道防震縫使足球場(chǎng)主體與室外樓梯脫開，防震縫設(shè)置情況如圖2所示。足球場(chǎng)主體為設(shè)置少量剪力墻的混凝土框架結(jié)構(gòu)[1]，1層結(jié)構(gòu)平面布置圖見圖2，剖面圖圖3。足球場(chǎng)平面呈類橢圓形，1層平臺(tái)平面尺寸267m×235m，1層以上平面尺寸235m×203m?；炷林黧w結(jié)構(gòu)總高度（基礎(chǔ)頂面至混凝土看臺(tái)頂面）為42.365m（取混凝土看臺(tái)頂面最高點(diǎn)），為保證美觀和使用功能，整個(gè)混凝土主體結(jié)構(gòu)不設(shè)伸縮縫[2]，為一個(gè)結(jié)構(gòu)單元，但必須采取設(shè)計(jì)措施和施工措施防止超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)由溫度應(yīng)力引起的開裂。足球場(chǎng)鋼屋蓋呈橢圓形，結(jié)構(gòu)形式為懸挑平面桁架＋上下弦穩(wěn)定支撐＋立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)[3]，共計(jì)68榀平面桁架，桁架的懸挑長(zhǎng)度約為54～58m（其中南北看臺(tái)中心點(diǎn)上方為54m，東西看臺(tái)中心點(diǎn)上方為58m），鋼屋蓋單元長(zhǎng)度約283m，寬度為252m。鋼屋蓋通過成品鑄鋼支座[4]支撐于下部混凝土主體結(jié)構(gòu)上。 02屋蓋鋼結(jié)構(gòu) 足球場(chǎng)鋼屋蓋高度約59.05m（取桁架頂部高度平均值），鋼屋蓋組成示意如圖4所示。足球場(chǎng)罩棚采用懸挑平面桁架[5]結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔規(guī)整，適合此建筑內(nèi)場(chǎng)特殊效果的需求。罩棚桁架結(jié)構(gòu)由68榀平面桁架構(gòu)成。在看臺(tái)尾部混凝土結(jié)構(gòu)之上設(shè)置68根柱子支承桁架。立面為滿足建筑簡(jiǎn)潔通透的效果，采用68根矩形曲桿與1道水平系桿構(gòu)成立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，為屋蓋提供外環(huán)多點(diǎn)支撐，矩形曲桿也作為幕墻結(jié)構(gòu)的支撐。罩棚區(qū)徑向桁架布置如下：內(nèi)檐口桁架高度2.0m，支座處桁架高度11~13m；將屋蓋徑向懸挑段構(gòu)件劃分為9個(gè)節(jié)間，平衡過渡段桿間劃分為3個(gè)節(jié)間。 罩棚設(shè)置5道環(huán)向桁架，提供屋蓋的環(huán)向剛度，即1道內(nèi)環(huán)立體桁架，1道軸桁架，1道平衡段尾部桁架及2道懸挑段平面桁架。內(nèi)環(huán)立體桁架可有效提高屋蓋內(nèi)環(huán)整體剛度；屋蓋懸挑跨度較大，在懸挑段中部設(shè)置2道平面桁架既可以進(jìn)一步減小受壓下弦桿的平面外計(jì)算長(zhǎng)度，改善經(jīng)濟(jì)性，又可以為平面桁架提供側(cè)向約束，同時(shí)最大程度地減小對(duì)建筑效果的影響；軸桁架及平衡段尾部桁架可以有效提高整個(gè)罩棚結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和承載力。為提高罩棚區(qū)屋蓋平面內(nèi)整體剛度，對(duì)稱設(shè)置8組屋面水平撐桿，也在平衡過渡段相應(yīng)區(qū)域增設(shè)撐桿。結(jié)構(gòu)立面矩形曲桿提供屋蓋豎向支撐，立面水平系桿及立面斜撐桿可大幅度提高結(jié)構(gòu)抗扭剛度。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)μ根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017—2017）[6]中5.3節(jié)和《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 7—2010）[3]中5.1節(jié)規(guī)定取值。針對(duì)難以確定計(jì)算長(zhǎng)度的構(gòu)件，根據(jù)已有的特征值屈曲分析結(jié)果，求得壓桿的歐拉臨界力Pcr=π2EI／（μL）2（E為彈性模量，I為截面慣性矩，L為構(gòu)件長(zhǎng)度），利用歐拉公式反推構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)。 03主要荷載和地震參數(shù)取值 本工程抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度0.05g，設(shè)計(jì)地震分組第一組，場(chǎng)地類別Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期0.35s。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50223—2008）[7]，本項(xiàng)目屬于特大型體育場(chǎng)，主體結(jié)構(gòu)屬于重點(diǎn)設(shè)防類，抗震措施按７度采用。 樓面、屋面荷載按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）[8]取值。體育場(chǎng)罩棚[9]懸挑桁架上弦（陽(yáng)光板）附加恒載0.9kN/m2，屋蓋平衡段桁架上弦（金屬屋面＋裝飾格柵）附加恒載1.3kN/m2，屋蓋平衡段吊頂附加恒載0.8kN/m2，罩棚懸挑桁架下弦膜材及連接件豎向力0.7kN/m，罩棚懸挑桁架下弦膜材水平張拉力1.0kN/m，立面幕墻體系及連接件附加恒載1.0kN/m2，馬道、燈橋附加恒載3.0kN/m。鋼屋蓋活荷載0.5kN/m2，天溝活荷載3.2kN/m，馬道活荷載3.5kN/m。演藝荷載（作為單獨(dú)工況驗(yàn)算）：威亞吊掛點(diǎn)豎向力15kN、水平力70kN，隔一段距離設(shè)置一個(gè)吊點(diǎn)。 基本風(fēng)壓按照重現(xiàn)期100年取W0＝0.45kN/m2，地面粗糙度類別為B類，風(fēng)荷載體型系數(shù)和風(fēng)振系數(shù)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)取值，風(fēng)洞試驗(yàn)[10]模型如圖5所示。內(nèi)屋面最大風(fēng)吸等效靜風(fēng)荷載為1.32kPa，對(duì)應(yīng)風(fēng)向角為80°；外屋面最大風(fēng)壓等效靜風(fēng)荷載為1.97kPa，對(duì)應(yīng)風(fēng)向角為280°，最大風(fēng)吸等效靜風(fēng)荷載為3.36kPa，對(duì)應(yīng)風(fēng)向角為210°；立面最大風(fēng)壓等效靜風(fēng)荷載為2.06kPa，對(duì)應(yīng)風(fēng)向角為190°，最大風(fēng)吸等效靜風(fēng)荷載為1.82kPa，對(duì)應(yīng)風(fēng)向角為320°。 根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009—2012）[8]附錄E.5，重慶市基本氣溫為1~37℃，極端氣溫為-1.8~43.0℃。本工程鋼結(jié)構(gòu)表面選擇淺色面漆，對(duì)太陽(yáng)輻射的反射能力較強(qiáng)，所以取太陽(yáng)輻射引起的升溫值為10℃?？紤]室內(nèi)外溫度區(qū)別，制定混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)可能遭遇的氣候溫度：混凝土結(jié)構(gòu)室內(nèi)10~30℃、室外０~38℃，鋼結(jié)構(gòu)1.8～43℃。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合攏溫度區(qū)間：混凝土結(jié)構(gòu)５~20℃，鋼結(jié)構(gòu)18~25℃。混凝土結(jié)構(gòu)室內(nèi)升溫25℃、降溫-10℃ ，混凝土結(jié)構(gòu)室外升溫33℃、降溫-20℃。鋼結(jié)構(gòu)室外罩棚極端溫度：升溫25℃，降溫-26.8℃ （取-27℃），考慮太陽(yáng)輻射升溫得到綜合升溫35℃。 04基礎(chǔ)設(shè)計(jì) 足球場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)[11]，基礎(chǔ)頂標(biāo)高約-6.000m。場(chǎng)地平場(chǎng)至建筑地坪標(biāo)高，開挖區(qū)域巖石裸露，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，以中風(fēng)化巖石作為基礎(chǔ)持力層。場(chǎng)地北側(cè)為填土區(qū)域，最大填土深度達(dá)12m左右。根據(jù)地勘報(bào)告建議，采用旋挖成孔灌注樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化巖石作為持力層，設(shè)計(jì)時(shí)考慮負(fù)摩阻力。中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為9.78MPa，地基承載力特征值為3550kPa；中風(fēng)化砂巖飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為25.88MPa，地基承載力特征值為9394kPa。 獨(dú)立基礎(chǔ)[12]及條形基礎(chǔ)全部嵌入巖層內(nèi)，基礎(chǔ)澆筑均采用原槽澆筑；北側(cè)樁基礎(chǔ)區(qū)域，樁間設(shè)置結(jié)構(gòu)底板，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性。如圖6所示，填充區(qū)域主要為獨(dú)立基礎(chǔ)，其他區(qū)域以樁基礎(chǔ)為主。場(chǎng)地上覆土層主要為素填土和粉質(zhì)黏土，場(chǎng)地地下水主要屬基巖裂隙水和上層滯水，無統(tǒng)一自由水位。素填土具備透水性能，場(chǎng)地排泄條件較好；施工中注意周邊排水及在基坑（肥槽）回填過程中，采用3:7灰土回填，并嚴(yán)格按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）控制回填質(zhì)量，回填土壓實(shí)系數(shù)為0.94；杜絕上層滯水、地表水通過肥槽滲水到基底，并作好地表封閉措施，可不考慮基礎(chǔ)抗浮。 05計(jì)算分析 5.1 結(jié)構(gòu)抗震性能分析 結(jié)構(gòu)彈性階段（多遇地震）的設(shè)計(jì)分析采用軟件SPASCAD-PMSAP（V5.1版）、MIDAS Gen（Ver.2019）、SAP2000分別進(jìn)行計(jì)算。彈塑性階段（設(shè)防、罕遇地震）分析采用軟件SAUSAGE、SAP2000進(jìn)行計(jì)算。鋼屋蓋整體穩(wěn)定采用ANSYS有限元軟件分析。足球場(chǎng)底部剪力墻承擔(dān)傾覆力矩為58.7%（X向）、68.0%（Y向），但剪力墻不滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）規(guī)定的間距要求，所以按框架結(jié)構(gòu)與設(shè)置少量剪力墻的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。 多遇地震下，結(jié)構(gòu)剪重比為3.26%（X向）、4.28%（Y向），最大層間位移角為1/2636（X向）、1/2253（Y向），最大層間位移比為1.34（X向）、1.33（Y向），柱最大軸壓比為0.73，剪力墻最大軸壓比為0.12，其余整體指標(biāo)如周期比、側(cè)向剛度比、樓層受剪承載力比等均滿足《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3—2010）要求。罕遇地震下，彈塑性分析得到的結(jié)構(gòu)基底剪力峰值與彈性分析得到的結(jié)構(gòu)基底剪力峰值之比，X向平均值為0.83，Y向平均值為0.84，表明結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下有部分構(gòu)件進(jìn)入塑性，耗散了部分地震能量；同時(shí)結(jié)構(gòu)剛度降低，地震作用減小，但從比值來看，結(jié)構(gòu)整體進(jìn)入塑性程度較輕。 5.2 關(guān)鍵構(gòu)件補(bǔ)充分析 鋼屋蓋1-G軸支撐柱為關(guān)鍵構(gòu)件，因與下部混凝土結(jié)構(gòu)連接位置不同，支撐柱長(zhǎng)度約為4.7~13.4m?？紤]到支撐柱剛度的均勻性，經(jīng)優(yōu)化計(jì)算，較長(zhǎng)型鋼[13]柱截面為?1400（圓柱），其內(nèi)部型鋼截面為1000×300×38×38（十字形截面）；較短型鋼柱截面為?1000（圓柱），其內(nèi)部型鋼截面為600×200×38×38（十字形截面）。 使用MIDAS Gen軟件，對(duì)跨層柱進(jìn)行屈曲分析。1-G軸支撐柱屈曲模態(tài)如圖7所示。?。模蹋ê爿d＋活載）荷載組合工況下，短型鋼柱?1000與長(zhǎng)型鋼柱?1400的不利軸力，根據(jù)歐拉臨界力公式反算1-G軸支撐柱各構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度及計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，結(jié)果如表1所示。設(shè)計(jì)時(shí)，不考慮上部鋼結(jié)構(gòu)對(duì)1-G軸支撐柱的約束作用，近似按懸壁計(jì)算，計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)按屈曲分析計(jì)算結(jié)果和2.0取包絡(luò)值。 對(duì)支承屋蓋的框架柱的預(yù)期性能為正截面中震彈性，大震不屈服。采用CisDesigner軟件進(jìn)行構(gòu)件驗(yàn)算，內(nèi)力取PMSAP和SAUSAGE軟件中的不利內(nèi)力?？紤]由于構(gòu)件自身偏心導(dǎo)致的附加初偏心，在此基礎(chǔ)上再考慮上部成品鑄鋼支座的安裝誤差100mm。計(jì)算時(shí)考慮二階效應(yīng)及型鋼柱的實(shí)際配筋可以求得型鋼柱的屈服面。圖8、9分別為?1000柱、?1400柱P-M-M球體包絡(luò)結(jié)果。由圖可見，圖中所有內(nèi)力點(diǎn)均距離球體限值線較遠(yuǎn)，?1000柱、?1400柱應(yīng)力比較小，滿足性能目標(biāo)要求。 表1 1-G軸支撐柱各構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度及計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù) 5.3 多點(diǎn)多維地震響應(yīng)分析 由于主體混凝土結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，進(jìn)行了考慮行波效應(yīng)和多維地震動(dòng)的多點(diǎn)多維地震響應(yīng)分析。鋼桁架在人工波（RH2TG035）作用下行波效應(yīng)系數(shù)頻數(shù)圖（X向）如圖10所示。由圖可見，構(gòu)件的行波效應(yīng)系數(shù)多分布在0.5~0.8之間，少部分大于1，最大不超過1.4。由于地震作用不起控制作用，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地震作用適當(dāng)放大復(fù)核。 框架柱在人工波（RH2TG035）作用下行波效應(yīng)系數(shù)頻數(shù)圖（X向）如圖11所示。由圖可見，對(duì)于底層框架柱，其構(gòu)件的行波效應(yīng)系數(shù)約為0.3～0.6，少部分為0.9～1.1。由于地震作用不起控制作用，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地震作用適當(dāng)放大復(fù)核。 5.4 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算分析 5.4.1 靜力分析結(jié)果 根據(jù)建筑重要性及結(jié)構(gòu)方案布置，確定構(gòu)件重要性層次及性能目標(biāo)。屋蓋結(jié)構(gòu)按表2分為關(guān)鍵構(gòu)件、重要構(gòu)件與一般構(gòu)件。根據(jù)構(gòu)件重要性不同，設(shè)置不同的應(yīng)力比控制指標(biāo)。關(guān)鍵構(gòu)件控制應(yīng)力比為0.75，重要構(gòu)件控制應(yīng)力比為0.85，一般構(gòu)件控制應(yīng)力比為0.9。 表2 鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件重要性定義 典型工況作用下鋼屋蓋豎向位移如表3所示。由表可見，1.0恒＋1.0活荷載組合工況下，鋼屋蓋撓跨比為1/299，滿足結(jié)構(gòu)剛度的要求。結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件截面如下：懸挑桁架弦桿截面?273×14、?299×18、?325×16、?450×20、?450×22；懸挑桁架腹桿截面?133×8、?203×12、?325×18；平衡段桁架弦桿截面?560×25、?600×30；平衡段桁架腹桿截面?377×11、?402×18；矩形曲桿截面1200×600×38×38；水平系桿截面?700×35。 表3 典型工況作用下鋼屋蓋豎向位移 5.4.2穩(wěn)定性能分析 采用有限元分析軟件ANSYS[14]進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的雙非線性分析，考慮結(jié)構(gòu)的初始缺陷L/300[15]（L為跨度），計(jì)算了結(jié)構(gòu)在1.0恒＋1.0活、1.0恒＋1.0半活（東）、1.0恒＋1.0半活（南）三種荷載組合工況下的極限承載力系數(shù)分別為5.2、6.1、6.82，滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 7—2010）[3]要求，見圖12。由于鋼屋蓋東西向懸挑長(zhǎng)度較長(zhǎng)，受荷范圍更大，因此與1.0恒＋1.0半活（南）工況相比，1.0恒＋1.0半活（東）荷載組合工況下的極限承載力更小。 5.4.3 抗震性能分析 對(duì)鋼屋蓋進(jìn)行抗震性能分析時(shí)，為了真實(shí)反映地震作用時(shí)下部混凝土對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)總體模型進(jìn)行整體協(xié)同分析，并與鋼屋蓋單體模型結(jié)果對(duì)比，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抗震性能驗(yàn)算。如圖13所示，該屋蓋結(jié)構(gòu)的自振周期密集，低階振型主要以屋蓋水平向振動(dòng)為主?？傮w模型與單體模型振型周期相近、振型相似，表明模擬結(jié)果具有較好的一致性。下部混凝土對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的約束作用較好，結(jié)構(gòu)整體剛度分布合理。構(gòu)件在不同地震烈度下的應(yīng)力比如表4所示。由表可見，鋼屋蓋構(gòu)件在多遇地震、設(shè)防地震、罕遇地震下的最大應(yīng)力比為0.712，滿足表2設(shè)定的性能目標(biāo)。 5.4.4 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)有限元分析 對(duì)桁架結(jié)構(gòu)中的典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，建立三維實(shí)體模型計(jì)算[16]，不考慮焊縫等細(xì)部構(gòu)造處理，設(shè)計(jì)時(shí)考慮材料非線性，基本計(jì)算參數(shù)與計(jì)算假定[17]如下：1）單元與網(wǎng)格，采用實(shí)體單元C3D10，其具有良好的彈塑性分析特性；采用自由網(wǎng)格劃分，生成四面體單元，單元尺寸約為50~100mm；2）材料，構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)材料采用Q355B，彈性模量E＝2.06×105N／mm2，泊松比v＝0.3，抗拉、抗壓、抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取290MPa。 本節(jié)選取結(jié)構(gòu)最不利荷載組合（1.3×1.0恒＋1.5×1.0活＋1.5×0.6降溫）工況下，受力較大的1號(hào)節(jié)點(diǎn)和1-G軸型鋼柱頂2號(hào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，節(jié)點(diǎn)位置示意見圖14。1號(hào)節(jié)點(diǎn)為立面網(wǎng)格曲桿與懸挑桁架平衡段的連接節(jié)點(diǎn)；2號(hào)節(jié)點(diǎn)為1-G軸支撐柱處桁架下弦連接節(jié)點(diǎn)；在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)分析時(shí)取每個(gè)構(gòu)件的最不利荷載控制組合計(jì)算。 （1）1號(hào)節(jié)點(diǎn) 圖15為1號(hào)節(jié)點(diǎn)有限元分析結(jié)果，從圖15（a）、（c）中可以看出，節(jié)點(diǎn)主體仍處于彈性狀態(tài)，大部分區(qū)域應(yīng)力在100MPa以下，最大應(yīng)力出現(xiàn)在桁架斜腹桿內(nèi)側(cè)與球相接處，最大應(yīng)力約106MPa。由圖15（b）、（d）可見，加載到6.0倍設(shè)計(jì)荷載時(shí)，節(jié)點(diǎn)開始屈服，變形明顯加大，此時(shí)，徑向圓管下部區(qū)域開始屈服，隨著荷載持續(xù)增大，豎向矩形柱也出現(xiàn)了屈服，節(jié)點(diǎn)大部分區(qū)域仍為彈性。 （2）2號(hào)節(jié)點(diǎn) 圖16為2號(hào)節(jié)點(diǎn)有限元分析結(jié)果，從圖16（a）中可以看出，除了環(huán)向管徑端頭部分位置出現(xiàn)應(yīng)力集中，節(jié)點(diǎn)主體仍處于彈性狀態(tài)，大部分區(qū)域應(yīng)力在180MPa以下。由圖16（b）、（c）可見，加載到1.2倍設(shè)計(jì)荷載時(shí)，由于徑向軸力較大，徑向圓管加載端最先產(chǎn)生屈曲，節(jié)點(diǎn)大部分區(qū)域仍為彈性。 5.4.5 抗連續(xù)倒塌分析 足球場(chǎng)人群密集，鋼結(jié)構(gòu)屋蓋屬于大跨度空間結(jié)構(gòu)，因此有必要對(duì)鋼屋蓋及其支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗連續(xù)倒塌分析[18]。如圖17所示，本工程選取幾個(gè)具有代表性的關(guān)鍵構(gòu)件（內(nèi)環(huán)支撐柱、矩形曲桿支座、屋蓋支座附近構(gòu)件）進(jìn)行拆除，考察拆除后剩余構(gòu)件的應(yīng)力和變形。 （1）拆除內(nèi)環(huán)支撐柱 圖18為內(nèi)環(huán)支撐柱拆除位置示意圖，分別拆除了南側(cè)支撐柱（拆除柱1）、西側(cè)支撐柱（拆除柱2）、角部支撐柱（拆除柱3），此處只給出拆除柱1的計(jì)算結(jié)果。拆除拆除柱1后，得到屋蓋其他構(gòu)件的豎向位移如圖19（a）所示，可見最大位移約為165.3mm（南北側(cè)懸挑端部），小于L/125。拆除拆除柱1后，上部鋼屋蓋構(gòu)件的應(yīng)力圖見圖19（b），可見拆除支撐柱附近斜腹桿和上部弦桿形成了新的傳力路徑，靠近拆除支撐柱的4根水平轉(zhuǎn)換桁架腹桿應(yīng)力最大，最大約為140.1MPa，小于鋼材屈服強(qiáng)度305MPa。此處環(huán)桁架為平面桁架組成，高度約11.0m，當(dāng)一根支撐柱失效時(shí)，轉(zhuǎn)換桁架跨度約20.4m，跨高比僅2左右，故整個(gè)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及位移變化較小。下部支撐柱為型鋼混凝土柱，考察其相鄰支撐柱的富余量，取相鄰兩根柱內(nèi)力較大者采用CISdesiger截面設(shè)計(jì)器，導(dǎo)入MIDAS Gen相應(yīng)工況內(nèi)力，得到P-M-M包絡(luò)曲線如圖20所示?？梢姂?yīng)力比約為0.60，說明結(jié)構(gòu)抗倒塌還有較大的富裕。 （2）拆除外側(cè)支座 拆除外側(cè)支座后得到屋蓋其他構(gòu)件的豎向位移如圖21（a）所示。從圖可知，拆除外側(cè)支座后結(jié)構(gòu)豎向最大位移仍位于南北側(cè)懸挑端，約為161.3mm，小于L/125；上部鋼屋蓋應(yīng)力圖見圖21（b），從圖可知，靠近拆除交叉網(wǎng)格支座的鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力最大為125.6MPa，小于鋼材屈服強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)抗倒塌還有較大的富裕。位移和應(yīng)力均較小的原因?yàn)椴鸪ё螅её瘧姨翳旒軆?nèi)力通過平衡段尾部環(huán)桁架轉(zhuǎn)移到相鄰榀桁架支座上。 （3）拆除屋蓋支座附近構(gòu)件 此處僅給出拆除圖17（c）中構(gòu)件①的應(yīng)力、位移結(jié)果，見圖22。由圖可見，結(jié)構(gòu)最大位移約158.8mm，小于L/125。拆除構(gòu)件處桁架腹桿，相鄰桁架應(yīng)力略有提高。振動(dòng)停止后拆除構(gòu)件兩端節(jié)點(diǎn)最大豎向位移為82.4mm，相鄰上弦桿最大應(yīng)力為96.2MPa，小于鋼材的屈服強(qiáng)度。支座處構(gòu)件1斷開后，因水平向轉(zhuǎn)換桁架的作用，將原下弦桿的力通過轉(zhuǎn)換桁架傳至支座處，因轉(zhuǎn)換桁架跨高比小、剛度大，故拆除弦桿不產(chǎn)生較大位移和應(yīng)力，不會(huì)發(fā)生連續(xù)倒塌。 5.5 混凝土樓板溫度應(yīng)力分析 在溫度作用[19]下，根據(jù)有限元分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)得到的樓板各區(qū)域最大主應(yīng)力見表5，表中各區(qū)域最大主應(yīng)力為覆蓋該區(qū)域95%板單元最大主應(yīng)力的代表值。由表5可知，15.900m標(biāo)高、20.700m標(biāo)高及36.815m標(biāo)高樓板的大部分區(qū)域（95%超越概率）溫度應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.20MPa；0、6.550m標(biāo)高樓板最大主應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.20MPa，故0、6550m標(biāo)高樓板相應(yīng)區(qū)域?qū)⒉捎脽o粘結(jié)預(yù)應(yīng)力樓板，通過施加預(yù)壓應(yīng)力阻止樓板開裂[20]。 表5 樓板各區(qū)域最大主應(yīng)力/MPa 06 結(jié)語(yǔ) （1）因?yàn)榻ㄖ贾迷?，部分區(qū)域剪力墻布置較少，主要為框架結(jié)構(gòu)。同時(shí)為加強(qiáng)二道防線設(shè)計(jì)，墻體作為第一道防線，在設(shè)防地震或罕遇地震作用時(shí)將先于框架破壞，設(shè)計(jì)時(shí)宜按框架結(jié)構(gòu)與設(shè)置少量抗震墻的框架結(jié)構(gòu)包絡(luò)設(shè)計(jì)。 （2）為滿足建筑簡(jiǎn)潔、通透的效果，鋼屋蓋采用懸挑平面桁架＋上下弦穩(wěn)定支撐＋立面單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，最大懸挑長(zhǎng)度達(dá)到58m。本項(xiàng)目立面采用單層網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，大大減少了立面構(gòu)件數(shù)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔規(guī)整，適合此建筑內(nèi)場(chǎng)特殊效果的需求。 （3）對(duì)屋蓋鋼結(jié)構(gòu)按不同部位的構(gòu)件受力重要性劃分為關(guān)鍵構(gòu)件、重要構(gòu)件和一般構(gòu)件，制定不同的抗震性能目標(biāo)，同時(shí)針對(duì)重點(diǎn)部位（如鋼結(jié)構(gòu)和混凝土連接部位） 進(jìn)行單獨(dú)分析并采取加強(qiáng)措施，可以讓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加合理。對(duì)鋼屋蓋進(jìn)行了考慮雙非線性的整體穩(wěn)定分析，極限承載力安全系數(shù)滿足規(guī)范要求。 （4）本項(xiàng)目鋼屋蓋為大懸挑結(jié)構(gòu)，懸挑長(zhǎng)度達(dá)58m。此類項(xiàng)目往往構(gòu)件截面較大，節(jié)點(diǎn)較為笨重。本項(xiàng)目對(duì)屋蓋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析，完善節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，同時(shí)優(yōu)化構(gòu)件截面，保證了結(jié)構(gòu)安全，利于施工。 （5）為了滿足建筑功能要求，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，此類體育場(chǎng)往往不設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)超長(zhǎng)混凝土樓板進(jìn)行了溫度應(yīng)力分析，對(duì)應(yīng)力超過限值區(qū)域樓板施加預(yù)應(yīng)力，阻止樓板開裂。 參考文獻(xiàn) [1] 林詠梅．少墻框架結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用[J]．建筑技術(shù)，2016，47(4)：362-364． [2] 李富民，孟少平．鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)伸縮縫間距計(jì)算[J]．中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，34(3)：274-278． [3]空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 7—2010[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011. [4] 羅旭斌，馬軍，彭桂平．南通市體育會(huì)展中心分叉柱底鑄鋼支座節(jié)點(diǎn)有限元分析[J]．鋼結(jié)構(gòu)，2006，21(4)：46-49，52． [5]董旭剛.桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].西安：西安理工大學(xué),2005. [6] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50017—2017[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018． [7] 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范:GB 50009—2012[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2012. [8] 馮遠(yuǎn)，陳文明，周全，等．成都東安湖體育公園體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2020，50(19)：22-29． [9] 謝壯寧，倪振華，石碧青．大跨屋蓋風(fēng)荷載特性的風(fēng)洞試驗(yàn)研究[J]．建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2001，22(2)：23-28． [10] 建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn):GB 50223—2008[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2008. [11] 建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ 94—2008[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008. [12] 焦俊虎，馮光太．獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)尺寸取值的探討[J]．科學(xué)之友(學(xué)術(shù)版)，2005(S1)：54-55． [13] 組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：JGJ 138—2016[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2016． [14] 林立孚．基于ANSYS的鋼結(jié)構(gòu)平面外穩(wěn)定分析[J]．工業(yè)建筑，2011，41(S1)：388-390，364． [15] 馮遠(yuǎn)，夏循，王立維，等．常州體育館會(huì)展中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2010，40(9)：35-40． [16] 車順利，張耀，賈俊明，等．開封體育中心體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2021，51(24)：57-61，56． [17] ABAQUS結(jié)構(gòu)工程分析及實(shí)例講解[M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2011. [18] 建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)規(guī)范：CECS 392—2014[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2015． [19] 傅學(xué)怡，吳兵．混凝土結(jié)構(gòu)溫差收縮效應(yīng)分析計(jì)算[J]．土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(10)：50-59． [20] 陳平友，劉宜豐．常州體育中心體育場(chǎng)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用[J]．建筑結(jié)構(gòu)，2009，39(9)：67-69，90． 本文轉(zhuǎn)載自 建筑結(jié)構(gòu)（ID：buildingstructure）
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