哈尔滨国际会展体育中心课件

1、总建筑面积44万m2，是集会议、展览和体育功能于一体的综合型公共设施黑龙江省国际会议展览体育中心中央主馆会议中心5万人体育场展览大厅、训练馆、万人体育馆相连成一体主馆结构平面总布置图总长度为618m,宽为128m（主跨大厅）+20m(附属玻璃长廊) 中部由相同的35榀128m跨的张弦桁架覆盖，桁架间距为15m，展览大厅结构布置图5道纵向刚性支撑+沿周边布置的平面交叉支撑组成支撑系统人字形摇摆柱混凝土刚性柱支承张弦桁架下弦拉索张弦桁架结构简图前端的人字形摇摆柱和后端的刚性柱支承人字柱既可以传递竖向力，又提供足够强大的纵向刚度玻璃幕墙的支撑桁架（抗风柱）上端与张弦桁架连接在一起， 仅传递水平向力，

2、竖直向不传力上弦杆件： 480X24 下弦杆件： 480X12480X24 桁架弦杆与腹杆间为相贯焊接连接 材质为Q345B张弦桁架拉索：4397 拉索为高强度低松弛镀锌钢丝束，抗拉强度为1570Mpa 拉索锚具采用40Cr钢。拉索锚固端节点设置在桁架的形心处，使得拉索中的拉力由相交与一点的5根桁架腹杆直接传递到桁架弦杆上，传力路径直接，简化了拉索锚固端节点的构造拉索撑杆与拉索垂直，便于撑杆位置的稳定，也较大地减少拉索在撑杆间的预应力损失为了方便现场施工，张弦桁架与摇摆柱，桁架与纵向支撑间的连接大量采用了销栓式连接张弦桁架中的一些受力复杂的关键节点采用铸钢件，节点处避免产生了的复杂焊接温度应力

3、张弦桁架部分节点构造基本雪压：0.5 kN/m2 雪荷分布系数(考虑积雪效应)：1.6基本风压：0.65 kN/m2 风振系数：1.2体型系数分区由于结构形式的特点，初始预张力对张弦桁架的内力和初始变形影响较大综合考虑以下因素确定初始预张力应1.在各可能工况下，索应保持拉力，且不超过规定的应力比2.过小的预张力使索不能拉直3.过大的预张力使索张拉施工不便4.不应产生过大的反拱值。经过方案分析比较后，最终确定初始预张力为177t。 恒恒+ +活活+ +左左+ +正温正温 恒恒+ +活活+ +右右+ +正温正温 恒恒+ +活活+ +左左+ +负温负温 恒恒+ +活活+ +右右+ +负温负温 恒恒+

4、 +吸吸 恒恒+ +活活 恒恒+ +活活+ +正温正温工况六（恒工况六（恒+ +活）：内力及位移活）：内力及位移 前五阶振型周期前五阶振型周期(s):(s): 1.1. 1.55323 1.55323 2.2. 1.44098 1.44098 3.3. 1.39495 1.39495 4 4 . . 0.65041 0.65041 5 5 . . 0.62403 0.62403 第一阶振型第二阶振型第三阶振型第四阶振型第五阶振型桁架中最大受压杆件为接近两端支座的下弦杆，压应力值为199Mpa，最大受拉杆件为拉索锚固节点连接的斜腹杆，拉应力值为226Mpa。桁架上下弦杆的受力较均匀拉索中的最大拉

5、应力为601Mpa，最大应力比为0.38，拉索的材料强度已充分利用。桁架跨中最大初始反拱值为98.8mm，最大水平位移为240.8mm，结构柱顶水平侧移比值（/h）为1/124。 桁架最大挠度在桁架跨中节点，为519.2mm，挠跨比 （f/L）为1/246。可以看出结构水平及竖向刚度均偏柔，结构截面 选择是由刚度控制的 水平侧移及竖向挠度均稍有超出规范限值。 在无风荷作用时结构不利，风荷向上较大的吸力抵抗部分竖向恒荷和活荷，对结构是有利的； 温度作用对结构竖向挠度影响不大，对水平侧移有影响，正温不利，负温有利，由于前端摇摆柱起的作用，温度作用对构件内力影响很小幕墙支撑桁架与张弦桁架的连接措施，

6、大大减小了主体结构传递过来的水平推力 时程响应分析结果表明：地震作用对结构设时程响应分析结果表明：地震作用对结构设 计不起控制作用计不起控制作用 张弦桁架折合重量：张弦桁架折合重量： 2/67mkg在胎架上进行桁架整体拼装开始张拉钢索，使桁架脱模、反拱，并达到初始预张力安装屋面檩条及支撑系统桁架安装就位玻璃幕墙的支撑桁架（抗风柱）上端与张弦桁架连接固定 结构分析时，按照以上典型施工阶段分别进行分析确保索中施加的预应力值与设计值一致 在各施工阶段要对一些受力较大杆件的内力，控制点的节点位移，索中的拉力值进行监控。桁架位移控制点的分布图设置水平、和竖直位移传感器在关键部位杆件中粘贴应变片监控杆件轴

7、应力及弯矩引起的次应力；在拉索张拉端设置压力传感器监测索的拉力值，同时要监测索的拔出量。监控时要对结构内力与节点位移进行双控 只有这些监测结果与设计值接近，才可以进行下一 阶段的施工。张弦桁架在实际使用中，平面外有很强的支撑系统，可以保证其整体稳定性。对桁架施加预应力和桁架单榀吊装时，这些支撑都是不存在的,这时需要对张弦桁架的稳定性进行校核 利用ANYSY软件的EIGEN BUCKLING功能对张弦桁架的进行了弹性屈曲分析。在保证结构自重不变的情况下，加大索的预拉力。张弦桁架到第一、二屈曲模态时索的拉力分别为1310t和1346t，而索实际初张拉设计值为177t施加预应力张弦桁架第一曲屈模态图

8、Pcr1=1310t施加预应力张弦桁架第一曲屈模态图Pcr2=1346t对于大跨度及超大跨度结构，尽可能采用一些专用连接构造，使得实际结构与分析模型接近，并且使得结构传力路线简洁、明确。大跨度结构的设计往往由结构刚度控制，对于大跨度结构的刚度在设计时应格外关注。和本文类似的预应力钢结构，初始预张力对结构最终位置有较大影响，但对结构刚度影响不大，应合理确定初始预张力及结构的反拱值。玻璃幕墙结构应用越来越广泛，应在设计主体结构时充分考虑幕墙的支撑系统，两者整体分析是比较合理的。体育场罩蓬结构模型长度为247.5m，最大宽度64.2m，每片罩蓬面积约15000m2前端变截面抛物线格构式拱+后端变截面

9、空间曲梁 +12道巨型网格空间桁架体育场罩蓬结构平面图屋面荷载通过横向桁架传递到前端拱和后端曲梁上，拱与曲梁在拱脚处相交于一点，两者的合力传递给有拱脚，曲梁还通过跨中的4个支座（水平可滑移）支承体育场罩蓬结构侧立面图前拱为的两铰拱，跨度247.5m，矢高48.4m，矢跨比接近1/5 该拱倾斜65度放置，拱截面为菱形截面，拱中部截面高为12m宽为7.2m空间曲梁截面同样为菱形，中部高为9m，宽为5.4m主要构件截面图12道横向桁架，结构形式一样，为三角形截面的空间桁架，桁架跨度随罩蓬的曲线而变化，桁架宽度约7m，罩蓬中间最大跨桁架的高度接近6m，随着跨度的减小，桁架高度跟随拱和曲梁的截面而变小，

10、这与这些桁架的受力特点相吻合由于罩蓬中拱、曲梁和桁架的截面尺寸均较大，相应的各构件的节间划分尺寸也较大，形成了这种统一的巨型网格划分形式，这也是本罩蓬结构的特点之一。基本雪压：0.5 kN/m2 雪荷分布系数(考虑积雪效应)：1.6基本风压：0.65 kN/m2 风振系数：1.3温度作用：考虑50的温差作用结构分析时，将罩蓬结构中的前拱、后部曲梁及12道横向桁架整体分析，分析软件采用的是ANSYS 5.7。为了提高设计效率，为此专门开发了一套较为完善的适用于空间结构设计的ANSYS软件前、后处理模块，拓展了ANSYS软 件的设计功能。 恒+活+风(沿y负向)+正温 恒+活+风(沿y负向)+负温

11、 恒+风(沿y正向) +正温 恒+风(沿y正向) +负温 恒+风(沿x向) +正温(风荷载按下端开敞考虑) 恒+风(沿x向) +负温(风荷载按下端开敞考虑) 恒+活（半）+风(沿y负向)+正温 恒+活（半）+风(沿y负向)+负温 恒+风(沿y正向) +正温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+风(沿y正向) +负温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+风(沿x正向) +正温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+风(沿x正向) +负温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+活 恒+活（半）+风(沿x正向压) +正温(考虑半跨悬挂荷载) (风荷载按下端封闭考虑) 恒+活（半）+风(沿x正向压) +负温(考虑半跨悬挂荷载) (风荷载按下端封

12、闭考虑) 恒+活+风(沿y负向)+正温 恒+活+风(沿y负向)+负温 恒+风(沿y正向) +正温 恒+风(沿y正向) +负温 恒+风(沿x向) +正温(风荷载按下端开敞考虑) 恒+风(沿x向) +负温(风荷载按下端开敞考虑) 恒+活（半）+风(沿y负向)+正温 恒+活（半）+风(沿y负向)+负温 恒+风(沿y正向) +正温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+风(沿y正向) +负温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+风(沿x正向) +正温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+风(沿x正向) +负温 (考虑半跨悬挂荷载) 恒+活 恒+活（半）+风(沿x正向压) +正温(考虑半跨悬挂荷载) (风荷载按下端封闭考虑) 恒+活（

13、半）+风(沿x正向压) +负温(考虑半跨悬挂荷载) (风荷载按下端封闭考虑)工况一：恒工况一：恒+ +活活+ +风风( (沿沿y y负向负向)+)+正温正温工况二：恒工况二：恒+ +活活+ +风风( (沿沿y y负向负向)+)+负温负温工况七：恒工况七：恒+ +活（半）活（半）+ +风风( (沿沿y y负向负向)+)+正温正温工况八：恒工况八：恒+ +活（半）活（半）+ +风风( (沿沿y y负向负向)+)+负温负温1/7321/2831/272-37.50 -17.42 18.08 173-194151/11401/1971/36324.08 25.00 13.58 160-208141/1

14、2821/3841/869-21.42 12.83 5.67 186-144131/11361/1901/408-24.17 -25.83 -12.08 172-97121/9631/2501/29828.50 19.67 -16.50 131-114111/17911/3381/857-15.33 -14.58 5.75 87-73101/12671/2011/79821.67 24.50 6.17 106-7391/6361/2691/422-43.17 -18.33 11.67 218-21581/11851/1751/635-23.17 28.08 7.75 220-22371/105

15、91/1921/377-25.92 -25.67 -13.08 177-10161/9361/2461/29029.33 20.00 17.00 130-12451/17801/3461/883-15.42 -14.25 5.58 84-6741/13071/2001/85721.00 24.67 5.75 104-6831/6171/2861/523-44.50 -17.25 9.42 222-22221/10801/1661/679-25.42 29.58 7.25 222-2291Uz/LL=247.46mUy/HH=49.25m Ux/HH=49.25mUz-maxcm(标准值)Uy-

16、maxcm标准值Ux-maxcm(标准值) 最大拉应力Mpa 最大压应力Mpa工 况 表一：体育场屋面在各荷载工况下的应力及位移表一：体育场屋面在各荷载工况下的应力及位移表二：体育场屋面在各荷载工况下的支座反力表二：体育场屋面在各荷载工况下的支座反力(设计值设计值)kN 13754188203875994633293-76068562-29352751513264139211476744606293-89468535-293661514831583157946794611991146-15084119911461508413-112-2474-354-3563-787-6753707-1798

17、67579912-161-2523-278-3488-814-6752367-1825675214011133467473891-6079-537410647-5688-5374-106471085419549967-6106-53749307-5715-5374-9307912008135491041712309174425277-2373219162527723732811959135011049212384174155277-25072191355277250727299-239798-3530-247-6753265-164967512416250-2445173-3455-274-6

18、751925-167667525815544544925925-5539-537410205-5539-5374-10205449649610001000-5566-53748865-5566-5374-8865313894138941245712457198255277-2568819825527725688213846138461253312533197985277-27028197985277270281FzFzFzFzFzFyFxFzFyFx支座46支座5支座4 支座3 支座2 支座1 工 况 前五阶振型周期前五阶振型周期(s):(s): 1 1 . 9 2 6 31 1 . 9 2

19、6 3 2 1 . 1 7 4 6 2 1 . 1 7 4 6 3 1 . 1 4 9 0 3 1 . 1 4 9 0 4 4 0 . 8 1 2 1 0 . 8 1 2 1 5 5 0 . 7 2 7 3 0 . 7 2 7 3 第一阶振型第二阶振型第三阶振型第四阶振型第五阶振型前部拱的4条纵向弦杆的受力很均匀，选择的截 面为610X40后部空间曲梁的上下纵向弦杆受力较大，截面 选为610X40 其它杆件基本上按满应力的原则自动选择截面 桁架弦杆与腹杆间为相贯焊接连接 材质为Q345D最大受压杆件为前拱接近拱脚及跨中处的上弦杆，压应力值为229Mpa，最大受拉杆件为后部曲梁跨中处的下弦杆，拉

20、应力值为222Mpa。前部拱的4条纵向弦杆的受力很均匀。 最大挠度在前拱中部节点，为44.50cm，挠跨比 （f/L,L为横向挑出长度）= 1/160 最大横向水平位移为29.58cm,Uy/H=1/166拱脚支座水平最大推力2703t横向风荷对结构响应影响最大，对构件内力及罩蓬整体侧移均起控制作用，对于类似结构，风荷载的设计参数取值需要慎重对待半跨荷载作用的工况是前拱的最不利工况，控制了拱杆件截面的选择，这与拱的工作性能是一致的温度作用对构件内力基本无影响，对结构水平侧移影响也较小，但对竖向挠度影响较大，负温时竖向挠度增加较大，负温工况通常是竖向挠度的控制工况，这是由于本罩蓬结构形状及支座约

21、束条件决定的。 时程响应分析结果表明：地震作用对结构设时程响应分析结果表明：地震作用对结构设 计不起控制作用计不起控制作用 罩棚总用钢量罩棚总用钢量( (双片双片) :) :3438 t 张弦桁架折合重量：张弦桁架折合重量： 2/114mkg加强结构整体刚度，以满足规范限值降低拱脚推力，方便基础结构设计减小拱、梁、桁架中构件最大截面获得比较理想的经济指标 最初的一些方案中，结构支座少，HJ-1的拱矢高很矮， HJ-1、2的截面高度小，初始的方案都由于刚度不够或是选取杆件过大而不合理。： 1.HJ-1的大矢跨比 2.加大构件高度，采用巨型网格 3.合理布置支座方案一：前桁架梁垂直高度为36m拱脚

22、跨度为247.462m，巨型网格：HJ-1与HJ-2的面内高度均为15m，HJ-38构件高度7.5m， 后部支座增加到二个二个结果：刚度加大，用钢量降低，但最大管径需选用1000X401000X40 方案二： 几何外形及建筑师的要求，将构件 高度降低： 前桁架梁垂直高度变为49.25m 拱脚跨度为247.462m， HJ-1 与HJ-2面内高度变化为12 m， 且变截面， HJ-38高度为6m。 后部支座增加到二个二个 结果：最大管径813X40813X40方案三：解决HJ-1的力线的偏心偏心问题：将HJ-1的截面形心线（圆弧圆弧）改为抛物线抛物线后部支座增加到四个四个结果：HJ-2截面高度降到9m，最大管径610X40610X40方案一侧立面图方案二侧立面图方案三侧立面图以下