1、工程設(shè)計深圳寶安體育場屋蓋索膜結(jié)構(gòu)設(shè)計朱昊粱1? 2孫文波1耿艷麗L2趙冉2陳偉3(1.華南理工大學建筑設(shè)計研究院，廣州510640f2.華南理工大學土木工程系，廣州 510640;3.SBP設(shè)計事務(wù)所，德國斯圖加特70182摘要:以深圳寶安體育場屋蓋的輪輻式索膜結(jié)構(gòu)為背景，介紹其設(shè)計理念和結(jié)構(gòu) 體系。采用大型有限元軟件STRAND7對其進行找形分析、荷栽態(tài)分析和動力特性 分析。對其主要計算結(jié)果進行闡述，以供同類工程參考。關(guān)鍵詞:索膜結(jié)構(gòu);找形分析;荷載'態(tài)分析;動力特征分析THE DESIGN0F CABLE-MEMBRANE RoOF STRUCTURE OFSHENZHEN BA

2、oAN STADIUMZhu Haolian91? 2Sun Wenb01Geng Yanlil ' 2Zhao Ran2Chen Wei3(.Architecture Desig n and Research In stitute.South Chi na Un iversity ofTechnology? Guangzhou510640,China s2.Department of Civil Engineering。South China University ofTechn ology,Gua ngzhou510640,Chi na;3.Schtaieh Bergerma n

3、and Part ner Stuttgart70182,Germa nyABSTRACT:Based on the whee spoke cable-membra ne roof structure ofShen zhe n Baoa n Stadium,desig n con cept and structure system are in troduced firstly.With FEM software STRAND7,it is expou nded that the maincalculating results of its form finding,analysis of lo

4、ad and dynamic characteristics.Which mayprovide experie nee forsimilar projects.KEY WORDS:cable-membra ne structure;form-fi nding an alysis;loadan alysis;a nalysis of dyn amic feature1工程概述深圳寶安體育場總建筑面積10049m2,可容納35000名觀眾，建成后將成為一座 集比賽、訓練、集會、演出等功能于一體的規(guī)模巨大、設(shè)施先進的綜合體育場，并承擔2011年深圳國際大學生運動會的足球比賽項目。環(huán)繞體育場的 280

5、根綠柱好 似一根根挺拔的翠竹，而屋蓋大面積的膜材結(jié)構(gòu)猶如騰于這片 竹林”之上的浮云，整 個結(jié)構(gòu)與足球綠茵場融為一體（圖1,既很好地詮釋了足球比賽的真諦，又充分體現(xiàn)了 中國嶺南建筑的特色。圖1寶安體育場建筑效果屋蓋結(jié)構(gòu)采用輪輻式索膜結(jié)構(gòu)（圖2、圖3。為了豐富 竹林”的視覺效果，除內(nèi)拉 環(huán)、外壓環(huán)和支承柱之外，還設(shè)置了一圈由184根幕墻柱支撐的幕墻環(huán)。整個體育 場的平面為直徑245m的圓形，只有幕墻結(jié)構(gòu)外的主結(jié)構(gòu)平面投影略顯橢圓形（長軸237m,短軸230m進深54m。少部分局部應(yīng)力較大的節(jié)點采用 Q390 B鋼其余主要 構(gòu)件均采用Q345 一 B鋼。圖2寶安體育場總體結(jié)構(gòu)軸測圖圖3寶安體育場剖面

6、第一作者：朱吳粱，男,1986年2月出生.碩士。EmaiZhuhao=an986dl63? com s m s 2009050536H#冷沖ss2009 書»10 澄»24褓無»125 澄3唸ki-H-*聲*四書忑尊|» P h Im IWHlb if . I"旺算IF*：r!l Kir*Ki I f »V -» I *11 JiA tHnt 4TBAI«M3-.- rtMi. » niia-HCVSanar旳 * 制-KWiJiBtik ikMivu J.I1H KH ft L, BI Wf-1 W |

7、 < Ijfl V A fflIF Nit t 飾d I.HVWVR-W WB4 Afl MA HRHVH I麗庫勺尊!f|M bJ4H即>mJI 函，辭0(!?。篈RM UlimdWBUaitKHHaii i-ildrtt*4野- t欄-Il li A k j 氐 r II% . if ,牛u H 4 !««« *衛(wèi)閉卑夢 A<-«flrT «««劇 UMrUMfl*. t*wm- iiri I A R*p H R.H -.MiBHItftUBCI 4Af M.tiH 斗Hl«4 i4雷II需弗

8、 I- L H躍 絹Q|fillWIf MH.il A哥 A 4 U4 Hfl d 勺 月 H fl 定用-» II沖 r Hd rl|K«iHIH Mffippv , »W賣PHtiK-n鼻fUFil耆apt 售辛1!|常!fl 4 m 4 H »Ir« V «4 »H t4 W*AA H«4 V-* f幅*«« dil>A!tn 尊 Hi鼻KM葉-書怡耳1MTHMH鼻Ji -tftA » *Hri* fXvkb L工程設(shè)計注:表中所示均為各相應(yīng)單元的最大預應(yīng)力值。5荷載態(tài)分析

9、工程設(shè)計的形狀。成形后各主要構(gòu)件的刃索膜結(jié)構(gòu)屋蓋的自重很輕。根據(jù)文獻 E2 其地震作用的效應(yīng)組合將不會對結(jié)構(gòu) 設(shè)計起控制作用。而本工程屋蓋中央的開洞很大，所以屋蓋所承受的上吸風荷載較 大,起到了控制性的作用，是本結(jié)構(gòu)的主要荷載。索膜結(jié)構(gòu)受力具有較強的幾何非線 性特征,因此對于承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)要使用組合荷載進行非線 性分析。由于組合種類繁多，為節(jié)省篇幅，本文僅列出正常使用極限狀態(tài)下幾種基本 組合荷載所產(chǎn)生的最大結(jié)構(gòu)反應(yīng)（表2。圖6為縱風荷載作用下結(jié)構(gòu)的總體變形圖（變形已放大。圖6結(jié)構(gòu)Z向變形示意m表2風荷載基本組合荷載作用下各主要單元的最大結(jié)構(gòu)反應(yīng)工況上徑向索下徑向索上拉環(huán)下拉

10、環(huán)外壓環(huán)飛柱恒+0。風a恒+0。風b恒+30。風a恒+30。風b恒+60。風a恒+60。風b恒+90。風b616.996L 136744.534831.4 36015.9 34841.9- 35826.4 34833.4 35037.2684.9- 645.8664.3638.4655.3634.2629.16動力特性分析輪輻式索膜結(jié)構(gòu)與普通的非預應(yīng)力結(jié)構(gòu)不同，本屋蓋結(jié)構(gòu)體系必須在施加預應(yīng) 力之后才能形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)該以找形完畢后的狀態(tài)作為求解狀態(tài)。也就是 在求解廣義特征值時應(yīng)考慮初始應(yīng)力矩陣的影響，如公式(1所示：(K 0 一K 0 一以 2MU 一0(1式中:EKo 為初始狀態(tài)下的總

11、剛矩陣;K ° 為總初始應(yīng)力矩陣；EM3為質(zhì)量矩陣;U為振型向量;0為自振圓頻率。結(jié)構(gòu)前10階自振周期范圍為1.470.98So其中第I、第2階振型為1階翹曲振動,第3階振型為整體扭轉(zhuǎn)，第4、第5階振 型為環(huán)梁平面內(nèi)振動，第6階振型為整體豎向振動(圖7。由計算結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)的整 體剛度尚可。工驛設(shè)計的形狀。成形后各主要構(gòu)件的預應(yīng)力見表1。«1找融完成兩起'破“ k Nm) 工往向索4 N 下律向索7kN 王壯可 匚5 50 一 2 064：34 也乞 81074注:表申所示均為各相應(yīng)單元的最大預應(yīng)力值.5荷載態(tài)分析圖7結(jié)構(gòu)振型(下轉(zhuǎn)第23頁38鋼結(jié)構(gòu)2009年第10期第24卷總第125期9O 51 100O 80332066315849440 665232312258494084372725囈弱*舛"盯44343387680684374925娼尬詣珀始弘222222lt一 .xrM><i»3>