哈尔滨速滑馆

哈尔滨速滑(sùhuá)馆工程力学吴飞宇(fēiyǔ)精品资料精品资料1.工程概况2.网壳结构网壳结构形式支承结构主要(zhǔyào)构造主要(zhǔyào)受力性能3.网壳结构的发展及趋势精品资料工程(gōngchéng)概况：哈尔滨速滑馆于1995年11月18日竣工。该馆占地面积(miànjī)33000平方米，建筑面积(miànjī)22000平方米，跨度86．3米，长190米，大厅净高24米，照度1500LUX。设有座席2000个，其中主席台150个座席。比赛大厅面积(miànjī)16123平方米，其中，冰道面积(miànjī)5124平方米。冰场中央为旱冰场，面积(miànjī)3800平方米。旱冰场外圈为塑胶跑道，面积(miànjī)1200平方米。精品资料网壳结构(jiégòu)形式：哈尔滨速滑馆用以复盖400m速滑跑道(pǎodào),主体结构采用由中央圆柱面壳和两端半球壳组成的巨型双层网壳,其轮廓尺寸为86.2x191.2m.如果包括下部支承框架在内,则地面标高处的轮廓尺寸达到101.2x206.2m.精品资料网壳的中央柱面壳部分采用正放四角锥体系,两端球面壳部份采用三角锥体系;一律(yīlǜ)采用螺栓球节点.网格尺寸为3m左右.整个网壳有16000多根杆件和近4000个节点,杆件和节点种类较多.结构施工图和零件加工图全部由计算机完成.双层网壳厚度取为2.1m,使构成四角锥或三角锥的腹杆与壳面之间的倾角不致太小,便于构造,也比较美观.按照网壳刚度或总稳定性的要求,网壳厚度其实并不需要这么大.网壳的总用钢量为745t,折算到单位水平面积的用钢指标为50kg/m2.精品资料支承(zhīchénɡ)结构：

网壳支承在由环梁和一系列三角形框架组成的下部结构上.环梁采用钢筋混凝土结构,其矩形截面尺寸为1450x770mm,斜置在间距为6~9m的一系列三角形钢筋混凝土框架上.框架斜柱截面1200x600mm,立柱截面600x600mm.由于地基条件较差,为平衡三角形框架传下的水平推力和有效地控制基础(jīchǔ)位移,在中央圆柱面壳部位,在-6.45m标高处设置了预应力混凝土拉杆在两端球面壳部位,因拉杆设置不便,考虑其推力稍小,采用桩基来承担水平推力.精品资料矩形(jǔxíng)截面的环梁以45度的倾角斜置在三角形框架的顶端节点上,其截面主轴与网壳支承处的切线方向一致,也与三角形框架斜柱的方向一致.根据计算,在不同工况的荷截作用下,网壳支承反力相对于水平面的倾角在39~50度之间变化.所以当环梁按45度布置时,其所受的扭矩和横向弯矩相对较小.环梁由两个各长105m的直线段和两个各长135m的半圆周组成,总周长480.8m.鉴于环梁的巨大截面,为了避免(bìmiǎn)温度变化在环梁和支承框架之间可能产生的巨大温度内力,本工程将环梁分成十段,相互独立,每个梁段的工作犹如支承在若干个框架上的多跨连续梁.可以看到,整个屋盖结构体系的传力路线十分明确、简捷.精品资料精品资料主要(zhǔyào)构造:网壳杆件采用由76x3.8mm至219x8.5mm六种不同(bùtónɡ)截面考虑不同(bùtónɡ)长度,共791种杆件规格.螺栓球d=130,150,180,220mm四种直径;考虑孔的不同(bùtónɡ)位置和大小,共计589种规格.杆件总数16016根,节点总数3908个.在现场利用拆迁式脚手架进行安装,由一端向另一端前进,用90天时间安装完毕,环梁受力很大,中央圆柱面壳部份每个支承节点传给环梁的作用力最大达1000KN.环梁处于双向弯曲加扭转的复合受力状态,受到很大的弯矩和扭转作用。为了使截面不致过大,环梁采用劲性混凝土构造方案,由四肢角钢（如上图）作为弦杆组成箱形的劲性钢骨架。在连续梁支座附近剪力较大的区段,钢骨架两侧采用t=8mm的钢腹板;在跨中剪力较小的区段,则以单角钢作为弦杆之间的连接缀条.精品资料环梁与三角形框架的连接节点需保证将梁的巨大反力(包括扭矩),可靠地传给框架.将框架顶部尺寸(chǐcun)适当扩大,留出矩形凹槽以放入环梁的钢骨架.凹槽两侧壁予以可靠配筋,并预先用串连钢筋将梁的钢骨架与两侧壁的钢筋骨架拉接起来,在上方再用连接钢板把梁顶钢板与两侧壁顶端预埋板焊接在一起.精品资料由于建筑的要求,环梁断开处不能设双柱,两个相对的梁端只能(zhīnénɡ)同时支承在一个框架上,此处支承节点的构造应保证环梁与支承框架之间可相对滑动.为此框架顶部预先浇注好,在预留凹槽内设置薄钢板衬套,在衬套上敷设3mm厚的聚四氟乙烯.梁端部也用薄钢板包裹,放入凹槽后即可作一定的滑动.为可靠传递梁端扭矩,凹槽两侧壁的顶部也设有埋件,通过连接件相互拉接.精品资料主要(zhǔyào)受力性能:设计该网壳采用的标准荷载值为:屋面恒载1.2KN/m2,悬挂荷载(按均布考虑)0.8KN/m2,屋面活载0.7KN/m2,风荷载0.5KN/m2.地震作用按7级考虑.温度变化按±30℃考虑.考虑地震或风作用一般不起控制作用,网壳的几乎所有杆件均受压,大部份上、下弦(xiàxián)杆在满跨荷载时内力最大腹杆内力较小,且往往在半跨活荷时达最大值.由于网壳的曲面形体对温度变形的约束不大,温度变化在这样巨大的完整网壳内引起的内力一般不到总内力的十分之一。显然无需为网壳设置温度缝。图示表示网壳上、下弦(xiàxián)杆各自最大内力的分布,图中涂黑宽度表示内力的大小,其中最大杆力为960KN.精品资料厚度为0.9m的方案(fāngàn)进行非线性全过程分析,对屈曲后的荷载一位移曲线进行跟踪.所得到的网壳中央顶点的荷载一位移全过程曲线示于图.所分析的网壳结构的临界荷载为12.4KN/m2,约为设计荷载一位移的5倍.所采用的非线性分析方法是比较精确的,所以5倍的“安全系数”是可以满足实用要求的。精品资料网壳结构(jiégòu)的发展及趋势：1.网壳结构型式的发展开始阶段的网壳型式多为半球形,这是因为半球型网壳为同向曲率,易于(yìyú)设计、制造和施工,且可以封闭没有支柱的最大空间,尤其是此种造型看起来雄伟、高大、美观。纵观网壳结构的发展历程,其结构型式大致可分为以下几种类型:(1)肋环型和施威德勒型球面网壳(2)联方型球面网壳(3)凯威特型球面网壳(又称平行联方型网壳)(4)短程线型球面网壳(也称测地线穹顶网壳)(5)格子型球面网壳(6)柱面网壳及双曲抛物面型网壳精品资料2.网壳计算方法的发展网壳结构的计算方法大致有两类:基于连续化拟壳理论的拟壳法和基于杆系有限元分析理论的离散结构法。拟壳法的基本假设是,用一等效的匀质连续体来代替由铰接或刚接杆件组成的实际构架体系。该法是一种近似方法,可近似算出杆件的内力、节点的位移和结构的稳定性,适合于中小跨度的网壳计算。随着电子计算机技术的飞速发展,杆系结构的有限元方法已被广泛应用在网壳结构计算上,用该法可以精确的计算出网壳结构的内力和挠度。而且还编制了通用或专用的计算机程序,进行内力计算,并绘出弯矩、剪力和变形图,甚至进行自动(zìdòng)设计,选出杆件截面和节点规格。精品资料3.网壳结构的发展趋势因为网壳结构的诸多优点,世界上许多国家都在研究和发展这种结构。其中美国、日本(rìběn)等国无论是规模还是技术方面都处于领先地位。中国的网壳结构虽然起步较晚,但发展异常迅速,已取得丰硕成果。综合分析国内外网壳结构的研究成果与发展势态,可预见其发展趋势主要在以下几个方面:(1)网壳结构的跨度将越来越大。(2)网壳结构的型体会更加合理。(3)可开闭的网壳