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广州2010亚运网球中心结构设计

哈尔滨工业大学深圳研究生院:顾磊教授
 
顾磊:汇报的内容是工程概括、混凝土结构设计、钢结构设计、可呼吸结构、屋面体系,这个工程是位于广东省奥林匹克体育中心西北角,中央湖面东北侧,占地56398.66m2,西邻新建游泳跳水馆,东邻已建曲棍球场,北面是乡村俱乐部,南面是体育中心主场馆。网球中心总建筑面积21405.71m2,分主赛场和副赛场。主赛场有10139座观众席位,副赛场有1962座观众席位,设计单位:深圳市建筑设计总院。我这边主要是负责它的钢结构设计,我这边主要负责混凝土设计是和另外一个同志完成的,我们这边看到一个主场和一个副场,我们再看一下它的里面图。半径是52米,混凝土结构是在20米,由于我们这个平面完全采用框架结构就会扭转成这样,同时有楼梯的地方设计,我们实际上用的是外观的协助,中间的支柱,和斜的形成这样一个机构体系,用的混凝土墙所有的构建基本上是我们常用的构建体系,这就是我们的结构的计算模型,主要来看一下我们的东西,我们来看一下这个协助的模型,同时也可以能看到这一块我们故意做的一块,协助的空袭来看,这是两个修筑的图,也是我们经常结构设计的人员,做结果分析的时候比较头疼的事情,也就是说里只有用力怎么去配,我们这里是这样来做的,把这个应力想办法合成构建的内力,我们这个合成的轴力,就可以通过一些指标来控制,我们这个是9843,我们算出来是0.49,同时我们也可以合成出它的剪力,你也可以进行验算,同时我们也合成了它的弯矩,我们没有留缝的,要进行一些温度的计算,我们考虑了正35度,两项的就是这两块斜板的,还有一个特点,是什么呢?因为我们是采用了这样一个斜柱,这个地方会产生推力,而且装的水平的承载力还要通过实验来验证,在结构中把它解决掉,于是我们在基础上以推力和双向的,你看这些比较大的受力都在这儿了,于是我们这些地梁要配备足够的钢筋来减少基础设施的作用。这张图片是我专门请建筑师给我做了一个表现图,它是非常简单的一个形势规模也不大,我们确实是用了一个非常简单的形势来完成它,实际上它的外表是斜着切去了一个圆柱体,它的底面是一个椭圆,有一些不对称,对于这个主管的剖面它就是西部,西部小一些,东部大一些,这有什么好处呢?也就是说对于主要的这一块我们遮的多一点,最大的长度也不大,最不是17.8米,西部是11.5米,应该叫做乐环性型的,每隔15有一道,内测中间和外侧,然后我们还有一块,你看我们这一块我们把它做了一个制作环,我们是利用双层网壳的方式构成。因为我们在这些地方没有布置的,它还是一个非常简洁的构造。另外您看这个为什么要加它,因为我们15度一个,这个跨度有点大了,有15米了,不管怎么样也会在这里。于是我不如在结构中把这一根管加上。好,这就是我们主桁架和次桁架一个构成的形式。
  下面这张图,是主桁架的支柱,这个节点是我们正常的网架结构里都会推荐的,它的好处是没有任何焊接,主要是抗拉,我们使用是这种,我们把它改用了可以改动的,可以有一个微微转动的线型的,首先我们增加了制作高度。同时还有一个所顾虑的,我一个结构设计中最关键的一个安全性把它交给了厂家,我们没有办法控制这个产品的安全性,但是很多工程部给我们做了,我们在我们设计文件中对这一块特别提出来,还要买合格的产品。这张表我给出了一个量,我们可以看到,这一个量,目前来说广州是区,我们是做到每平米42,为什么这么低,因为很多工程大家看到了基本上都在100公斤以上,因为采取的结构形式没有那么复杂,是单纯的结构形式,另外我们的模型采用了这几个软件,整个分析模型,也就是说我们不能用网架的结构,于是我们桁架的,然后覆盖和网,就是周边的环的,制作环这一块采用这种。为什么中间会设计这样一个环,也是为了整体要求,因为我们的制作方式采用了三项约束和放松水平约束两种来做的。也就是说我即使将来施工中出现了某些,就是说不可碰的因素,或者说低下的混凝土出现一些问题,我们还是可以把这个结构给稳住,我们不会让它直接划掉的,这是我们精密计算的。
后面我们也进行了一些周期,它的第一周期是0.426,也不是很大,空间结构非常密集,到第6个的时候,X的参数才达到3.48%,开始的都是一些局部的。同时这样的结构总的来说还是比较轻巧的,轻巧的话我们特别关注它的屈曲,我们判断它的局部桁架的一个测向。同时做完这个以后我们也进行几何和材料的分析,我们可以看到铰,同时我们也会看到在中间环的地方也会出现,这些都是比较初级的,这个说明我们这个不是全条结构,而是一个空间的大开口的结构,于是这个受压很明显的。我们得到了荷载技术是在4.25倍,这个稳定性是非常良好的。
下面简单介绍一下副馆屋盖体系,东部最大悬挑长度11.8m,西部最小悬挑长度6.8m,主要受力构件均采用实腹式H型钢梁。其中径向主梁为变截面梁,共24榀,环向次梁为等截面梁均匀设3道。对称布置6组钢斜撑,形成屋面水平支撑体系。为什么要放这张表,虽然很小,它的量刚才是42,现在已经涨到了88你看到了某一个结构,就意味着肯定用的量比较大,如果你看到这个结构利用了空间利用了几何而不是用到材料的时候,它的机构效率往往是比较高的。这个只所以选择用单量是因为它的覆盖面积很小。这是它的做法。我们这里引用了钢结构柱脚的做法,把它理解成一个钢柱下来。
下面我们来介绍一下,可呼吸结构的概念,肋环型空间梁系结构,具有开孔壳体的受力特点,支座为刚接支座,支座反力包含力和力矩,若采用放松支座水平约束的方式来释放温度内力,则刚接支座构造难以实现,而且结构刚度大幅降低。同时,还要采取措施保证结构具有良好的抵抗风和地震等水平荷载的能力,支座费用较高,针对这个副馆,因为它也不是特别大,最多也就是11米多,具有开孔的特点,因为它是钢铁制作在温度的作用下它会产生很大的制作反力,同时会产生很大的轴力,有各种方法,有一种方法制作,但是这个采用可滑移的构造是很复杂的,而且对于抗震抗风大家有担心同时制作费用也很高,我们直接放这个图,这边是制作,由于这个环梁的产生,如果没有环梁,这样在温度可以自由伸缩的,不产生任何温度内心的,为什么产生温度内心我们让它成为一个空间结构,所以空间结构并不是都有好处的,我们把空间结构办成一个空间结构的壳力以后,它的受力确实是好的,我们进一步对比。就是说北京的奥运,我当时是用悬挑结构,正常的荷载情况下是这样的,但是在温度的作用下不能够自动变形,会在这个里面产生轴力,同时在支座会产生轴向的推力和弯矩。往下是正弯矩,当时我是没有用这个方法,我就开始画图了,就会发现为了传递温度产生的这一个轴力的话,在这里的螺栓已经布置的密密麻麻,后来想到是否可以把环向的放松掉,但是如果放松掉,用单量会增大,那么这样也不对,怎么办呢?我们想到这样一个解决方法,也就是我们这里螺旋型的,这里是我们的一个支撑,在每一个支撑架的下面我们在这几个地方,我们采用了长圆孔,这个摩擦性的靠这个摩擦力就可以产生这么大的轴力,如果这个温度超过了这个摩擦力,我们就可以上它进行滑动,也就是说这样一个构造,正常的情况下这几个螺栓是可以的,但是如果温度升温后的降温就可以滑过来滑过去,我们来看这样一个表格,我没有进行呼吸的时候,原结构的内环和中环,也就是这两个环,它的轴力是多少。大家可以看一下,圆结构它的轴力是非常大的,我另外一个对比,也就是说这个是固定基数的弯具,我们就想到了如果把这件这一环释放掉,那么中间环释放了以后我们看到制作弯矩,我们就可以理解它在温度作用下就变成了一个禁闭结构,你看它的制作弯矩都完全释放掉了,用了这一点点技术就解决了,很多工程我们可以看到为了抵抗温度这一个作用用了抗的方法,还是很浪费的,我的想法如果施工队那个时候偷工减料了,少放了几个螺丝,如果精度不够,就可以释放很大的温度,也没准没有出现问题,如果我们在设计中间就可以设计好而不是碰到死耗子了。

  另外解释一下这个,这个体系是采用银灰色的,主要是阳光板和阳光板之间的用的是辅浮起来的一个,这个可以防水,同时阳光板的比我们钢铁的要大,比如说下面是铝条,我们看的更清楚一点,这里是固定键,这个是阳光板,是很容易抗热胀冷缩的,防水和热胀冷缩都可以解决的。好,下面再用一分钟时间做一个广告,因为我前几年在做设计现在做教学工作了,我花了这两年的时间,把所有的这次奥运场馆,好好的学习了一下,进行了一个总结,于是我做和我们学校的培训中心一起做了一个课程,做了一天的课程,包括12个兴建的场馆,我学习的内容总结了一下,同时把我自己亲自做的国家游泳中心等5个奥运场馆都在这个课程里面有,还包括刚才讲的北京新建奥运场馆,国家游泳中心、天津奥林匹克水上中心,广州2010亚运会网球中心等等一些场馆,如果大家感兴趣可以和我联系,谢谢大家!

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