深圳湾体育场馆布置

深圳湾体育场馆布置

1屋面结构及地面粗糙度深圳湾体育中心的热球室和网球室是两个面积较小的辅助室。它的结构特征尊重了建筑的形状和内部空间的要求。平面四周立面均采用V字梭形钢管柱,屋面横向结构采用平面张弦梁结构,并使用交叉钢索和刚性系杆将整个屋面形成一个整体,利用这个整体屋面,将侧向风荷载传递至山墙的V字梭形柱,然后传至柱底抗剪键,继而传至下部的混凝土结构。从而可以抵抗来自两个垂直方向的风荷载及地震荷载。工程抗震设防烈度为7度,Ⅱ类场地。基本风压按100年一遇,取为0.9kN/m2,地面粗糙度为A类。主要材料:钢管、焊接H型钢梁采Q345B钢材,钢索破断应力为1770MPa。2合成张弦梁体系整体结构体系如图1所示。图2为TRS-1张弦梁立面,上弦为实腹焊接钢梁,截面为H800×350×16×35;下弦为张拉钢索,截面为85ϕ5;中间设置三根撑杆,热轧无缝钢管,截面为D203×6。图3为东西山墙立面结构布置图,由V字梭形圆管组成一个水平抗侧刚度很大立面桁架,是南北向风荷载、南北向地震力的主要受力构件。图4为南北山墙立面结构布置图,同样由V字梭形圆管组成一个水平抗侧刚度很大的立面桁架,是东西向风荷载、东西向地震力的主要受力构件。从图1～4可以看出,张弦梁体系为南北向平面布置,东西向采用刚性系杆连接,刚性系杆为箱形截面,同时兼作屋顶板的竖向承重结构。同时利用斜向编织钢索将整个屋面连接为一个整体,这样就可将南北向风荷载、地震力有效传至东西山墙,将东西向风荷载、地震力有效传至南北山墙。3钢索结构体系的确定采用SAP2000对钢结构进行了分析,采用ANSYS软件对单榀平面张弦梁进行校核,经过简化后和下部的混凝土结构一起采用SATWE程序整体分析。主要考虑了如下荷载及其组合:恒荷载、活荷载、风荷载、地震荷载、温度荷载。取值分别如下:1)恒荷载:1.6kN/m2;2)活荷载取为0.5kN/m2;3)风荷载按照100年一遇取值,w0=0.9kN/m2,风振系数βz=2.0,体型系数取值如图2括号内所示;4)水平地震作用按照振型分解反应谱法近似计算;5)温度荷载考虑合拢时正常温度20℃,取为±30℃;6)同时考虑活荷载半跨分布情况。其中,由于风吸力较大,在屋面增加50mm混凝土面层做为配重,一方面可以防止屋面上掀导致张弦梁侧向失稳;另一方面可有效滤除噪声,如过滤雨点敲击金属屋面的声音。采用SAP2000软件进行分析时,索采用索单元,其他杆件均采用框架单元。为了充分考虑钢索的非线性特点,按照施工方案分步顺序加载。钢索的断面和预应力确定经过了多次试算,其主要原则:1)保证张弦梁的挠度满足规范要求;2)保证钢索在最不利情况下的最小预应力不小于50MPa,以防止张弦梁失稳;3)保证钢索在最不利情况下的最大应力不超过0.4fptk。据此可确定最终钢索断面和初始预应力。最终确定钢索断面85ϕ5,初始张拉应力为209MPa(钢索斜率最大处),初始张拉力355kN。经过计算,得到结构前三阶振型如图5所示,周期分别为0.41,0.39和0.38s,其中第一振型为东西向平动,第二、三振型均为竖向振动。经计算,最不利荷载组合下对应的竖向挠度、水平侧移及钢索的最大、最小应力计算结果如表1所示。任何工况下,钢索应力均控制在50～700MPa之间。4撑杆几何外失稳变化由于撑杆未设置平面外稳定钢索,撑杆的稳定性有待进一步验证。通过理论推导可以证明,当钢梁拱高Δh(如图2中的585mm)大于0时,撑杆不会出现平面外失稳。也就是说,如果在任何最不利荷载组合作用下(考虑荷载分项系数),Δh仍然大于0时,撑杆不会出现平面外失稳。钢梁受建筑方面的制约,拱高为585mm,在考虑分项系数的最不利荷载组合作用下,拱高最小极限值接近465mm。因此,理论上撑杆不会发生平面外失稳。4.1前三阶屈曲分析为了验证其稳定性,利用ANSYS软件对单榀张弦梁进行了相关的屈曲分析,得到结构的前三阶屈曲模态分别如图6所示,其屈曲特征值分别为7.70,7.72,91.89。4.2初始缺陷形态描述为了得到更为准确的结果,利用ANSYS软件进行了非线性有限元全过程跟踪分析,经分析得到的荷载-竖向位移曲线如图7所示。分析时,钢材采用理想弹塑性模型假设,屈服强度取为295MPa,弹性模量取为2.06×105MPa。钢索也采用理想弹塑性模型,屈服强度取为1770MPa,弹性模量取为1.95×105MPa。第一屈曲模态表现为撑杆平面外失稳,因此将其几何形状作为初始缺陷形态,初始缺陷值取为撑杆平面外位移12.3mm,为撑杆长度的1/300。由图7可知,当荷载加至荷载标准组合的4.78倍时,结构开始出现卸载现象,结构的极限承载力约为荷载标准组合的4.78倍,撑杆稳定性能可以满足要求。5上连接节点分析为了保证钢索在张弦梁撑杆下连接节点变斜率处平顺过渡,实际设计采用了铸钢球型节点连接方式,如图8,9所示。撑杆上连接节点采用销钉连接方式(图10),与实际分析时撑杆两端铰接假设相对应。索张拉端采用耳板连接,为保证钢梁的局部抗拉性能,耳板连接处的钢梁腹板进行了局部加厚处理,同时设置了横向加劲肋,见图11。周边V形柱与钢梁连接节点见图12,采用销轴连接。为了保证和混凝土之间连接密实,同时方便安装时调平,V形柱与混凝土柱连接采用图13方式。6外来环境的噪(1)由于屋面风吸力很大,在屋面增加配重一方面可以有效避免张弦梁失稳,另一方面可提高抗噪效果,如有效过滤雨