济南奥体中心场馆钢结构设计特色与健康监测

济南奥奥体中中心场场馆钢钢结构构设计计特色色与健健康监监测一、引引言二、场场馆钢钢结构构建筑筑特色色三、钢钢结构构健康康监测测四、结结论汇报内内容一、引引言引言：济南奥奥体中中心是是第十十一届届全国国运动动会的的主会会场，，包括括一场三馆，总体体布局局呈““东荷荷西柳柳”，，6万入体体育场场在西西边，，呈““柳叶叶”造造型;体育馆馆、网网球中中心、、游泳泳中心心在东东边，，呈““荷花花”造造型。。其功功能上上满足足全国国运动动会和和世界界单项项体育育赛事事的要要求，，设计计上成成为具具有浓浓郁地地方文文化特特色的的标志志性建建筑，，赛后后成为为济南南的城城市标标志广广场。。大型体体育场场馆人人流密密集，，屋盖盖钢结结构跨跨度大大、受受力复复杂，，确保保其结结构施施工和和使用用安全全尤为为重要要，为为此济济南奥奥体中中心进进行了了钢结结构的的健康康监测测，建建立了了基于于光纤光光栅传传感技技术的的刚性性杆件件应变变监测测系统统以及及基于于电磁磁感应应技术术的索索应力力监测测系统统，从钢钢结构构安装装开始始直至至竣工工后一一年内内对场场馆钢钢结构构的关关键杆杆件进进行内内力监监测，，实践践表明明，该该监测测系统统抗干干扰能能力强强，性性能稳稳定，，监测测效果果良好好。二、场场馆钢钢结构构建筑筑特色色2.1体育场场体育场场外轮轮廓为为近似似椭圆圆形，，长轴轴长约约360m,短轴长长约310m，规模模为6000座。在在建筑筑造型型上充充分体体现济济南市市的地地域、、文化化特色色，以以济南南市的的市树树“柳柳树””为主主题，，将垂垂柳柔柔美飘飘逸的的形态态化为为建筑筑语言言。体育场场建筑筑效果果图2.1体育场场结构设设计特特色：：（1）结构体体系采采用空空间折折板型型钢析析架，，结构构受力力均匀匀，每每片罩罩棚用用钢量量仅为为3000吨，是是相同同规模模体育育场罩罩棚用用钢量量的一一半（2）为了增增强结结构的的整体体稳定定性和和侧向向抗扭扭刚度度，除除了环环向次桁架架外，在在看台台顶部部支座座间设设5对纵向向支撑撑，桁架架下弦平平面设设置了了6道水平平支撑撑，水水平支支撑采采用直直径5Omm棒钢，，施加加初始始预应应力（（经过过反复复调试试，初初始预预应力力取0.2fy时，拉拉索受受力状状态最最优））（3）罩棚内内支座座位置置的选选取独独具匠匠心，，计算算和健健康监监测结结果表表明，，在自自重作作用下下，内内支座座位置置近乎乎于整整个罩罩棚结结构的的重心心，因因此外外支座座处杆杆件受受力较较小2.1体育场场钢结构构罩棚棚平面面、立立面和和剖面面图2.2体育馆馆体育馆馆位于于奥休休中心心场馆馆区的的东部部，为为一圆圆形建建筑，，建筑筑面积积约5.2万平方米米，体育育馆观众众席1000座以上，，配套建建设20片室外篮篮球训练练馆。其其钢结构构工程包包括:体育馆主主馆钢结结构屋盖盖、体育育馆36个大小花花瓣、训训练馆和和热身馆馆。体育育馆主馆馆钢结构构屋盖采采用弦支支弯顶结结构，大大小花瓣瓣为网壳壳结构、、训练馆馆和热身身馆采用用了空间间折板网网壳结构构。体育馆主主馆钢结结构屋盖盖形状为为圆形，，圆形直直径为122米，屋盖盖矢高为为12.2米;未施加预预应力之之前整个个单层网网壳竖向向刚度较较小。在在穹顶顶顶部设2.5m高的风帽帽，风帽帽为单层层网壳，，直径27.792m，屋盖采采用弦支支穹顶结结构体系系。2.2体育馆索杆部分分示意图图2.2体育馆结构设计计特色：：（1）整个结构构支承于于周边混混凝土环环梁上，，弦支穹穹顶为刚刚柔杂交交索杆梁梁体系，，上部单单层网壳壳承担了了大部分分的荷载载，力流流大部由由其传递递，但稳稳定性不不足，下下部预应应力索杆杆体系增增强了体体系刚度度，减少少了结构构位移（2）由于该结结构单层层网壳采采用的是是传统球球面网壳壳结构外外形，结结构呈极极轴对称称，因此此各环径径向钢拉拉杆、环环向索及及撑杆的的轴力均均相同，，这一结结构特点点便于同同步张拉拉过程中中的分区区控制（3）肋环型拉拉索的布布置形式式决定了了径向钢钢拉杆和和撑杆对对环向索索环向约约束较小小，易产产生环向向的偏摆摆，为了了改善结结构体系系的动力力特性，，在径向向马道支支点和相相邻的竖竖向压杆杆的上节节点之间间设置斜斜拉构造造钢棒，，构造钢钢棒均采采用Φ55张紧，下下部三圈圈索杆体体系的扭扭转刚度度得以提提高，其其环向扭扭转问题题得到解解决2.3游泳馆和和网球中中心网球中心心赛场形形近似一一“逗号号”，南南北长约约171m,东西宽约约223m，地下一一层，地地上四层层，看台台规模约约4000座，看台台及功能能用房采采用钢筋筋混凝土土框架剪剪力墙结结构。上上部钢结结构根据据不同的的建筑分分区以及及结构经经济合理理性分别别采用不不同的结结构形式式，其中中室内网网球馆采采用管析析架结构构，中庭庭屋盖采采用工字字钢梁结结构，中中心赛场场罩棚采采用悬挑挑空间折折板结构构，培面面采用空空间折板板结构，，建筑上上形成柳柳叶造型型，和其其他两馆馆一场相相呼应。。游泳馆位位于整个个场地的的东北角角，它与与东南角角的网球球馆沿东东西向轴轴线成对对称式布布置，环环抱着东东区的中中心场馆馆—体育馆。。游泳馆馆外轮廓廓南北约约102米，东西西约193米，下部部为钢筋筋混凝土土框架结结构，外外罩为折折板型钢钢结构。。2.3游泳馆和和网球中中心网球中心心钢结构构平面布布置图游泳馆钢钢结构布布置图三、钢结结构健康康监测结构的健健康监测测是指利用用现代无无损传感感技术，，基于所所测结构构的响应应对结构构进行特特性判断断和力学学分析，，监侧结结构构件件的损伤伤和刚度度退化状状况，从从而保证证结构施施工和服服役期间间的安全全。几种检测测技术及及其优缺缺点：☉传统的的电阻应应变片：：抗干扰扰能力差差、网络络布置不不易、存存在温漂漂和零漂漂问题、、长期结结果可能能失真等等☉振弦式式应变传传感器：：正常使使用年限限有限、、使用不不方便、、不适合合大规模模集成使使用等☉基于现现代传感感技术的的光纤光光栅传感感器：抗抗电磁干干扰、抗抗腐蚀能能力强、、可靠性性好、灵灵敏度高高、寿命命长（可可以在25年内不退退化），，可以实实现远距距离监测测，信号号损失极极小等3.1应变监测测测点布布置体育场健健康监测测应变监监测方案案☉钢结构构罩棚：：针对济南南奥体中中心体育育场罩棚棚钢结构构的受力力特点，，考虑到到对称性性，根据据结构悬悬挑跨度度并体现现一般性性，选择择了大中中小跨度度的三榀榀桁架，，其中4轴线位于于罩棚中中央，跨跨度最大大；61轴线为罩罩棚最边边跨，跨跨度最小小；68轴线位于于二者之之间。如如下图：：3.1应变监测测测点布布置应变监测测轴线（（图示为为右半跨跨罩棚））3.1应变监测测测点布布置体育场健健康监测测应变监监测方案案☉应变监监测部位位杆件：：应变监测测部位杆杆件的选选择将主主要侧重重屋盖结结构在构构件安装装施工过过程(包括卸载载过程)中应力较较大的杆杆件部位位，需要要同时兼兼顾不同同杆件类类型。5a、5b、5c处为马道道安装处处的杆件件；4a、4b、4c处为临时时支撑上上部的杆杆件；1、2a、2b、6、7处均为支支座处杆杆件；3a、3b、3c为应变变变化较复复杂、受受力较大大的杆件件。如下下图：3.1应变监测测测点布布置每榀桁架架测点布布置3.1应变监测测测点布布置体育馆弦弦支穹顶顶钢结构构监测方方案由于体育育馆结构构对称，，我们选选取了3个半跨测测试截面面进行监监测，每每半跨结结构分别别对应轴轴线为轴轴线12、24和36。此三个个轴线对对称分布布于结构构平面，，能较完完整的反反应结构构的受力力状态。。半跨截面面分布主体结构构应力测测点布置置选定杆杆件3.2监测结果果分析为了说明明监测的的效果，，对于体育场我们仅选选择4轴线支座座杆件的的内力变变化进行行分析。。将该杆杆件所有有监测日日期的监监测应力力大小绘绘制成曲曲线，描描绘出其其在整个个施工阶阶段的应应力变。。如图：：4轴支座斜斜杆应力力变化图图3.2监测结果果分析对于体育馆，我们选选择12轴索杆体体系的内内力变化化进行分分析。如如下表(表中仅列列出部分分数据））：四、结论论◎结论论：1、大跨空空间结构构设计进进行总装装分析至至关重要要。采用用整体总总装模型型进行分分析研究究下部混混凝土结结构对上上部钢结结构的影影响，能能够正确确揭示上上下部结结构在重重力、风风、地震震、温度度等多种种荷载作作用下的的变形受受力性能能，确保保结构安安全可靠靠、经济济合理。。2、对重要要结构，，节点计计算模型型的简化化，必要要时应进进行铰接接刚接双双控分析析;对复杂空空间结构构的节点点应对其其进行有有限