济南奥体中心场馆钢结构设计特色与健康监测

济南奥体中心场馆钢结构设计特色与健康监测一、引言二、场馆钢结构建筑特色三、钢结构健康监测四、结论汇报内容一、引言引言：济南奥体中心是第十一届全国运动会的主会场，包括一场三馆，总体布局呈“东荷西柳”，6万入体育场在西边，呈“柳叶”造型;体育馆、网球中心、游泳中心在东边，呈“荷花”造型。其功能上满足全国运动会和世界单项体育赛事的要求，设计上成为具有浓郁地方文化特色的标志性建筑，赛后成为济南的城市标志广场。大型体育场馆人流密集，屋盖钢结构跨度大、受力复杂，确保其结构施工和使用安全尤为重要，为此济南奥体中心进行了钢结构的健康监测，建立了基于光纤光栅传感技术的刚性杆件应变监测系统以及基于电磁感应技术的索应力监测系统，从钢结构安装开始直至竣工后一年内对场馆钢结构的关键杆件进行内力监测，实践表明，该监测系统抗干扰能力强，性能稳定，监测效果良好。二、场馆钢结构建筑特色2.1体育场体育场外轮廓为近似椭圆形，长轴长约360m,短轴长约310m，规模为6000座。在建筑造型上充分体现济南市的地域、文化特色，以济南市的市树“柳树”为主题，将垂柳柔美飘逸的形态化为建筑语言。体育场建筑效果图2.1体育场结构设计特色：（1）结构体系采用空间折板型钢析架，结构受力均匀，每片罩棚用钢量仅为3000吨，是相同规模体育场罩棚用钢量的一半（2）为了增强结构的整体稳定性和侧向抗扭刚度，除了环向次桁架外，在看台顶部支座间设5对纵向支撑，桁架下弦平面设置了6道水平支撑，水平支撑采用直径5Omm棒钢，施加初始预应力（经过反复调试，初始预应力取0.2fy时，拉索受力状态最优）（3）罩棚内支座位置的选取独具匠心，计算和健康监测结果表明，在自重作用下，内支座位置近乎于整个罩棚结构的重心，因此外支座处杆件受力较小2.1体育场钢结构罩棚平面、立面和剖面图2.2体育馆体育馆位于奥休中心场馆区的东部，为一圆形建筑，建筑面积约5.2万平方米，体育馆观众席1000座以上，配套建设20片室外篮球训练馆。其钢结构工程包括:体育馆主馆钢结构屋盖、体育馆36个大小花瓣、训练馆和热身馆。体育馆主馆钢结构屋盖采用弦支弯顶结构，大小花瓣为网壳结构、训练馆和热身馆采用了空间折板网壳结构。体育馆主馆钢结构屋盖形状为圆形，圆形直径为122米，屋盖矢高为12.2米;未施加预应力之前整个单层网壳竖向刚度较小。在穹顶顶部设2.5m高的风帽，风帽为单层网壳，直径27.792m，屋盖采用弦支穹顶结构体系。

2.2体育馆索杆部分示意图2.2体育馆结构设计特色色：（1）整个结构支承承于周边混凝凝土环梁上，，弦支穹顶为为刚柔杂交索索杆梁体系，，上部单层网网壳承担了大大部分的荷载载，力流大部部由其传递，，但稳定性不不足，下部预预应力索杆体体系增强了体体系刚度，减减少了结构位位移（2）由于该结构单单层网壳采用用的是传统球球面网壳结构构外形，结构构呈极轴对称称，因此各环环径向钢拉杆杆、环向索及及撑杆的轴力力均相同，这这一结构特点点便于同步张张拉过程中的的分区控制（3）肋环型拉索的的布置形式决决定了径向钢钢拉杆和撑杆杆对环向索环环向约束较小小，易产生环环向的偏摆，，为了改善结结构体系的动动力特性，在在径向马道支支点和相邻的的竖向压杆的的上节点之间间设置斜拉构构造钢棒，构构造钢棒均采采用Φ55张紧，下部三三圈索杆体系系的扭转刚度度得以提高，，其环向扭转转问题得到解解决2.3游泳馆和网球球中心网球中心赛场场形近似一““逗号”，南南北长约171m,东西宽约223m，地下一层，，地上四层，，看台规模约约4000座，看台及功功能用房采用用钢筋混凝土土框架剪力墙墙结构。上部部钢结构根据据不同的建筑筑分区以及结结构经济合理理性分别采用用不同的结构构形式，其中中室内网球馆馆采用管析架架结构，中庭庭屋盖采用工工字钢梁结构构，中心赛场场罩棚采用悬悬挑空间折板板结构，培面面采用空间折折板结构，建建筑上形成柳柳叶造型，和和其他两馆一一场相呼应。。游泳馆位于整整个场地的东东北角，它与与东南角的网网球馆沿东西西向轴线成对对称式布置，，环抱着东区区的中心场馆馆—体育馆。游泳泳馆外轮廓南南北约102米，东西约193米，下部为钢钢筋混凝土框框架结构，外外罩为折板型型钢结构。2.3游泳馆和网球球中心网球中心钢结结构平面布置置图游泳馆钢结构构布置图三、钢结构健健康监测结构的健康监监测是指利用现代代无损传感技技术，基于所所测结构的响响应对结构进进行特性判断断和力学分析析，监侧结构构构件的损伤伤和刚度退化化状况，从而而保证结构施施工和服役期期间的安全。。几种检测技术术及其优缺点点：☉传统的电阻阻应变片：抗抗干扰能力差差、网络布置置不易、存在在温漂和零漂漂问题、长期期结果可能失失真等☉振弦式应变变传感器：正正常使用年限限有限、使用用不方便、不不适合大规模模集成使用等等☉基于现代传传感技术的光光纤光栅传感感器：抗电磁磁干扰、抗腐腐蚀能力强、、可靠性好、、灵敏度高、、寿命长（可可以在25年内不退化）），可以实现现远距离监测测，信号损失失极小等3.1应变监测测点点布置体育场健康监监测应变监测测方案☉钢结构罩棚棚：针对济南奥体体中心体育场场罩棚钢结构构的受力特点点，考虑到对对称性，根据据结构悬挑跨跨度并体现一一般性，选择择了大中小跨跨度的三榀桁桁架，其中4轴线位于罩棚棚中央，跨度度最大；61轴线为罩棚最最边跨，跨度度最小；68轴线位于二者者之间。如下下图：3.1应变监测测点点布置应变监测轴线线（图示为右右半跨罩棚））3.1应变监测测点点布置体育场健康监监测应变监测测方案☉应变监测部部位杆件：应变监测部位位杆件的选择择将主要侧重重屋盖结构在在构件安装施施工过程(包括卸载过程程)中应力较大的的杆件部位，，需要同时兼兼顾不同杆件件类型。5a、5b、5c处为马道安装装处的杆件；；4a、4b、4c处为临时支撑撑上部的杆件件；1、2a、2b、6、7处均为支座处处杆件；3a、3b、3c为应变变化较较复杂、受力力较大的杆件件。如下图：：3.1应变监测测点点布置每榀桁架测点点布置3.1应变监测测点点布置体育馆弦支穹穹顶钢结构监监测方案由于体育馆结结构对称，我我们选取了3个半跨测试试截面进行行监测，每每半跨结构构分别对应应轴线为轴轴线12、24和36。此三个轴轴线对称分分布于结构构平面，能能较完整的的反应结构构的受力状状态。半跨截面分分布主体结构应应力测点布布置选定杆杆件3.2监测结果分分析为了说明监监测的效果果，对于体育场我们仅选择择4轴线支座杆杆件的内力力变化进行行分析。将将该杆件所所有监测日日期的监测测应力大小小绘制成曲曲线，描绘绘出其在整整个施工阶阶段的应力力变。如图图：4轴支座斜杆杆应力变化化图3.2监测结果分分析对于体育馆，我们选择择12轴索杆体系系的内力变变化进行分分析。如下下表(表中仅列出出部分数据据）：四、结论◎结论：：1、大跨空间间结构设计计进行总装装分析至关关重要。采采用整体总总装模型进进行分析研研究下部混混凝土结构构对上部钢钢结构的影影响，能够够正确揭示示上下部结结构在重力力、风、地地震、温度度等多种荷荷载作用下下的变形受受力性能，，确保结构构安全可靠靠、经济合合理。2、对重要结结构，节点点计算模型型的简化，，必要时应应进行铰接接刚接双控控分析;对复杂空间间结构的节节点应对其其进行有限限元模拟分分析以确保保安全。3、对于弦支支网壳结构构而言，最最关键的是是预应