济南某大型体育场钢结构管桁架设计深化方案

济南**体育场体育中心钢结构管桁架设计深化方案措施一、施工组织设计内容（一）工程概况本工程是某**体育中心体育工程，上部钢结构分为东西两片独立的钢结构罩棚，呈弧形，单片罩棚最宽约70米，南北最长处约330米，最高点高度为53.32米。空间悬挑结构，最大悬挑长度为53.2米，悬臂根部高度7米；最小悬臂长度约为28米，悬臂根部高度5米；悬臂端部高度1.5米。杆件截面为圆钢管，节点类型为铸钢节点、相贯焊接节点；钢结构罩棚外支座通过外包砼的钢结构圆管组合三角支撑支承于下部型钢砼柱上，内支座支承于下部钢管砼柱上（单片钢结构罩棚三维图见附图）。体育场外围呈椭圆形，建筑面积约为13.99万m2。体育场观众席60000座以上，总投资约8.8亿元。1、工程难点、特点分析难点：主桁架构件长，部分桁架断面过大，运输困难，需在现场进行拼装；跨度大，构件长，质量重，而作业条件受限制，施工难度大；二榀桁架与柳叶弦杆组成的空间结构支撑于两点（下部砼柱），悬挑跨度大，在结构安装过程中单榀侧向稳定性差；部分柳叶弦杆支撑构件只能单件现场高空安装，安全隐患多；钢结构仅为罩棚的骨架，本项工程承上启下，施工中需要与相关专业协调配合。特点：本工程东西钢结构罩棚关于南北轴基本对称，仅上部支座标高有所区别。作业条件复杂，且工期紧，钢结构系统施工的同时土建也在施工。看台及外侧部分土建工程大部分已经施工完，构件需在场外拼装，大大的增加了安装作业半径，因此，钢结构安装过程中需引进大型吊机。安装难度大主桁架最大悬挑长度为53.2m，需要两榀主桁架及中间的柳叶弦杆和一侧的1/2的柳叶弦杆组成一体，作为一个吊装单元进行吊装，最大吊装单元单重为85吨，截面形式为菱形截面，施工时需进行严密的工况分析。部分杆件需煨弯，采用管管相贯连接节点及铸钢节点，对构件加工和安装提出更高的要求。（二）建设地点及环境特征某**体育场体育中心，坐落于山东省济南市东部新城区龙洞地区。体育场位于**中心馆区的西部，中心路及体育场西路之间，外围成椭圆形，建筑面积约13.99万m2。体育场观众席60000座以上，总投资约8.8亿元。（三）施工条件施工场地已具备开工条件；施工所需水、电、电讯线路等，由总承包单位提供接驳点；施工场地与公共道路通道已开通。（四）项目管理特点及总体要求某**体育场跨度大、结构复杂、工期紧、质量要求高，土建、外围护多工种交叉作业，有大量高空作业等，施工难度大，安全隐患多。根据以上特点，我公司将对本工程运用以前工程管理的成功经验，现场实行标准化管理，配合总包单位确保使本工程达到“省级文明示范工地”。我公司将坚持“诚信经营，铸造精品，业主满意，发展自我”的质量方针，建优质工程，提供优质服务，使业主满意。工程施工前，认真做好图纸深化设计，做好与土建工程的交接手续，为工程按时开工创造有利条件。施工过程中，执行业主和监理工程师的指令和建议，配合总包单位的管理和协调。协助业主做好与有关部门的协调工作，积极主动地为使工程优质、高速建设提出各种合理化建议。及时汇报工程进展情况，密切与相关专业进行联系，尽力为其它专业的施工创造便利条件；发挥公司的技术优势，采用新技术、新工艺、新方法，保证工程质量和进度，节约成本。工程竣工后，做好与后续施工单位的交接工作，做好轴线、标高、工程资料的移交工作。在保修期，我公司严格执行用户回访保修制度，由公司用户服务组定期回访，认真听取业主意见，对存在的问题及时解决。二、施工部署（一）项目的质量、进度、成本及安全目标1、项目质量目标：项目质量标准：按《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）一次验收合格。质量目标：钢结构金奖。违约赔偿金额：工程质量未达到合同标准约定时，赔偿金额为合同价格的5%。2、项目进度目标：业主要求进度目标：计划开工日期：2007年03月1日计划竣工日期：2007年8月31日我公司自报进度目标：桁架开始拼装日期：2007年03月25日桁架开始吊装日期：2007年05月10日竣工日期：2007年8月22日总体进度比业主要求的总进度提前4天完工。工期承诺：绝对工期180天；误期违约承诺：误期赔偿金额为工程总造价的0.2‰/天；误期赔偿费限额：为合同价款的2％。3、成本目标：在保证工程施工顺利进行的前提条件下，尽量节约工程成本。4、安全目标：建立健全的安全保证管理体系和安全生产岗位责任制，做到：重大伤亡事故为零，轻伤率≤3%。（二）拟投入的最高人数和平均人数根据本工程的实际情况和施工进度安排，本工程拟投入的现场施工最高人数为381人，平均人数为278人。（三）施工进度计划、劳动力使用计划材、料供应计划、施工用水电计划、机械设备进退场计划等钢结构总工期包括深化设计、材料采购、构件组装、安装等作业时间，工程施工总体进度计划根据钢结构总工期和各施工节点进行编排，详见施工进度网络图（见后）。工期承诺：绝对工期180天；误期违约承诺：误期违约金额为工程总造价的0.2‰/天；误期赔偿费限额：为合同价款2％。1、施工进度计划工程的里程碑目标：2007年1月接到业主发给的施工图后一周内完成图纸深化工作，提出主材料表，15日内完成施工图和加工图；开工1个月前开始采购，70日内完成主要材料的采购；2007年03月25日开始构件加工工作，06月05日完成加工；2007年03月09日开始运输，8月18日运输完成；2007年03月25日开始现场拼装，6月31日拼装完毕；2007年05月10日开始钢结构安装，08月22日安装完毕；2、劳动力使用计划（见附表）3、主要材料供应计划根据本工程的工期安排和进度计划，同时针对本工程的实际情况，主要材料采购如下：原则是保证整榀桁架拼装不能缺规格及附材，进场前一个月订货。开工15日内焊接管运到现场，数量达到总量的1/4以后陆续进场，确保拼装进度，铸钢节点开工15日内到现场并获得合格的实验报告。材料采购70日内完成。4、施工用水电计划（1）施工用水管理对进入施工现场的施工人员进行开源节流教育,阐述节约用水的重要性和必要性,使每位员工对节约能源创造效益有正确的理解和认识.施工用水量较小,主要是生活用水,采用市政自来水源,接至各需用水点。现场供水管的安装维修由专业管工进行,加强巡回检查监护,出现故障及时处理,确保生活用水、消防用水畅通。（2）施工用水线路的布置施工场地内水管线由施工单位根据需要合理的自行解决。（3）用水量计算q1=P1=高峰期施工人数，P1=381人P2=施工现场居住人数，P2=250人N3=施工现场施工人员用水定额，N3=60（L/人.天）N4=施工现场居住人员生活用水定额，N4=80（L/人.天）K3、K4：用水不平衡系数，K3=1.5，K4=2.5q1=1.174(L/s)（4）供水管径的计算取υ=1.5m/sd2=[(4q1)/(1000π*υ)]=[(4×0.1.29)/(1000×3.14×1.5)]d=0.0315m=31.5mm现场提供的DN100供水管可满足现场生活用水要求。现场生活区和施工区用水选用DN32mm镀锌水管，由现场2个接驳点引至施工区和生活区，并单独安装水表。（5）施工用电管理现场由业主提供2个接驳点，各施工单位安装独立电表，生活用电使用独立的三相五线制电缆引至生活区；现场施工用电由二级配电箱引至施工作业面内，电缆靠边悬空挂设，配电箱内需设置自动空气开关、漏电开关，各配电箱必须作重复接地，现场所有设备实施一机、一闸、一漏电开关制。各种电源由专用电缆送至每根柱底的专用闸箱，再分配到各个电气具上，供电分三路，塔式起重机、电焊机、栓钉焊各用一路，每路电源都由变压器单独送出，作到工作时互不干扰。现场施工用点设备台数很多，设备之间容量相差悬殊，为简化计算，按需用电系数，需用系数为估计值。在电器装置和线路周围不堆放易燃、易爆和强腐蚀物质，不使用火源。在电气装置相对集中场所，配置绝缘灭火器材，并禁止烟火；合理设置防雷装置，加强电气设备相间和相地间绝缘，防止闪烁；加强电气防火知识宣传，对防火重点场所加强管制，并设置禁止烟火标志现场钢结构施工设备用电量最大，而施工现场总用电量可根据钢结构专业用电量估计。钢结构电量使用情况计算现场用电总需求量，见下表:项目或设备名称额定功率数量合计功率焊机21kW1002100kW空压机机24kW248kW卷扬机机5kW420kW焊条烘箱5kW420kW生活用电0.1kW505kW现场照明2kW1530kW（6）总用电需求量:P1=1.1×[0.6×(2100+48+20+20)+0.8×5+1.0×30]=1481.48KVA业主至少要提供1500KVA的供电量可满足使用要求，现场生活用电使用独立的三相五线制电缆由现场接驳点引至生活区；现场施工用电由二级配电箱引至施工作业面内，电缆靠边悬空挂设，配电箱内需设置自动空气开关、漏电开关，各配电箱必须作重复接地，现场所有设备实施一机、一闸、一漏电开关制。5、机械设备进退场计划进场：2007年3月4日进场25T吊车2台，吊装胎架材料及调整；2007年3月20日进场25T吊车2台，用于拼装；2007年3月23日进场50T吊车2台，用于拼装胎架；2007年3月30日进场25T吊车2台，用于悬臂部分拼装；2007年4月20日进场150T吊车1台，用于拼装20榀就位；2007年4月25日进场250T吊车2台，用于吊装桁架后部；2007年5月5日进场150T 吊车1台，用于安装次桁架加腹杆。退场：2007年7月28日2台250T吊车退场；2007年7月30日2台50T吊车退场；2007年6月20日2台25T吊车退场；2007年8月30日1台150T、2台25T吊车退场；（四）施工工序（五）项目管理总体安排本工程管理将继续运用此前工程管理的成功经验，按照《建设工程项目管理规范》（GB/T50236-2001）的管理程序进行。项目管理的每一个过程，体现计划、实施、检查、处理（PDCA）的持续改进过程。1、项目管理流程图2、项目组织机构3、项目部岗位职责岗位岗位职责项目经理接受业主、监理、总总包发出的工工程指令，对对工程质量直直接负责，根根据公司的有有关质量制度度，建立健全全本工程项目目的质量保证证体系，保证证其有效运行行，确保工程程质量目标的的实现。项目总工程师负责本工程项目的的技术标准及及明细表目录录的汇编、审审批工作的组组织领导，及及明细表目录录的动态管理理，负责工程程技术资料的的审批，监督督技术、质量量工作的运行行和实施。项目副经理组织各相关人员在在施工全过程程中定期自检检，检查、评评定实施结果果，确保工程程按国家、行行业和企业的的有关标准、方方案组织施工工（生产）质量检查员根据项目部所承担担的任务，积积极参加项目目部的质量检检查活动，对对工程队的质质量状况进行行控制，做好好质量检查日日记，对工程程中发生的质质量事故及时时向有关部门门报告，并检检查处理结果果。材料员负责各类材料的预预算审核，材材料质量保证证资料的接收收和审核，材材料的入库验验收，材料放放样排版，材材料发放等材材料综合管理理。技术员负责对业主、监理理单位和设计计单位的联络络，图纸审核核，参加图纸纸会审和设计计交底，编制制工艺方案，进进行技术交底底。施工员负责施工生产过程程的施工条件件、中间交接接及对外联络络工作。安全员负责施工生产安全全管理工作；；负责施工中中的安全教育育、检查及管管理工作；负负责特殊岗位位操作人员的的安全管理培培训需求。机械员负责生产机械设备备管理，实施施机械设备管管理的程序文文件，提供符符合要求的机机械设备。计量员负责检验测量和试试验设备的登登记、检验、管管理工作。计划预算员负责合同评审，施施工生产计划划的收发及管管理工作；负负责施工生产产完成情况的的统计、汇总总及上报工作作。资料员负责文件和资料管管理、质量记记录的控制。三、钢结构设计深化方案（一）分析设计依据及标准1．济南**中心主体育场招标图纸2．主要采用的国家规范、规程和标准《建筑结构设计术语和符号标准》（GB/T50083-97）《建筑结构可靠度设计统一标准》（GB50068-2001）《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）《钢结构设计规范》（GB50017－2003）《网壳结构技术规程》（JGJ61-2003）《网架结构设计与施工规程》（JGJ7-91）3．设计标准建筑结构的安全等级：一级结构重要性系数：建筑抗震设防分类：乙类结构设计使用年限：50年结构设计基准期：50年风、雪荷载重现期：50年（二）工程概况本工程上部钢结构为2片独立的钢结构罩棚，呈弧形状，覆盖了东西看台大部分观众席。单片罩棚最宽处约70米，罩棚外边缘南北向最长处约330米。整个罩棚外立面落地，屋面与墙体浑为一体，基本组成单元如图2.1所示。屋面罩棚结构平面图如图2.2所示，屋面及墙面示意如图2.3所示。图2.1屋盖组成单元示意图图2.2屋面罩棚钢结构平面图图2.3屋面及墙面布置示意图屋面钢结构由径向主桁架和环向次桁架组成，采用折板型空间悬挑结构体系。整个罩棚中间高，两端低，高差14m，罩棚最高点离地面约52m。其中，主桁架最大悬挑长度约为53.2m，桁架根部最大高度8m，最小悬挑长度约为28m，根部高度2.5m。罩棚外侧落地结构采用圆管组合三角形截面，主桁架采用圆管组合菱形截面，罩棚内支座落在混凝土看台短柱顶部，外支座落在混凝土平台短柱顶部。为了增强结构的整体稳定性和侧向抗扭刚度，桁架下弦平面设置了8道水平支撑。支撑采用直径50mm棒钢，施加初始预应力，经过分析对比，预拉力值取0.3时较为合理。（三）选用材料结构钢材采用Q345B，应符合规范GB5118-85有关要求。无缝钢管按GB/T17395-1998选用，热轧型钢按GB/T11263-1998选用。钢材的物理性能指标钢材的物理性能指标弹性模量E（N/mm2）剪变模量G(N/mm2)线膨胀系数（以每℃计）质量密度（kg/m3）206103791031210-678502．钢材强度设计值钢材强度设计值钢材抗拉、抗压和抗弯弯fy/f抗剪fv端面承压（刨平顶紧）fce钢号厚度或直径（mmm）Q235钢16235/215125325>16~40225/205120325>40~60215/200115325>60~100205/190110325Q345钢16345/310180400>16~35325/295170400>35~50295/265155400>50~60275/250145400>60~100**275/2501454003．螺栓连接强度设计计值螺栓连接强度设计计值螺栓类型螺栓性能等级抗拉（N/mm2）抗剪（N/mm2）备注普通螺栓4.6级、4.88级170140C级螺栓8.8级400320A,B级螺栓锚栓Q235140－Q345180－承压型高强螺栓8.8级40025010.9级500310螺栓常用的型号为为：M12，M16，M20，M22，M24，M27和M30。焊缝的强度设计值值（N/mm2）焊缝连接强度设计计值（N/mm2）焊接方法和焊条型型号构件钢材对接焊缝角焊缝牌号厚度或直径（mmm）抗压焊缝等级为下列等等级时，抗拉拉抗剪抗拉、抗压及抗剪剪一、二级三级自动焊、半自动焊焊和E43型焊条的手手工焊Q23516215215185125160>16~40205205175120>40~60200200170115>60~100190190160110自动焊、半自动焊焊和E50型焊条的手手工焊Q34516310310265180200>16~35295295250170>35~50265265225155>50~100250250210145（四）设计荷载1．恒荷载金属屋面＋檩条＋＋天沟，防水水等：0.50kkN/m2悬挂荷载根据强弱弱电、暖通专专业提供的设设备重量和布布置位置及马马道的平面布布置输入悬挂挂荷载位置、数数量及质量统统计。结构构件自重由程程序自动计算算确定。2．活荷载《建筑结构荷载规规范》（GB500009）规定不上上人屋面活荷荷载标准值取取0.5kkN/m2，《钢结构构设计规范》（GB50017-2003）补充规定：对支撑轻屋面的构件或结构（檩条、屋架、框架等），当仅有一个可变荷载且受荷水平投影面积超过60m2时，屋面均布活荷载标准值应取为0.3kN/m2。故本次分析设计活活荷载取为0.3kNN/m2。雪荷载基本雪压：0.33kN/mm2考虑不均匀积雪分分布系数1.4。4．风荷载基本风压：0.445kN//m2地面粗糙度：B类类风压高度系数：程程序自动计算算风振系数：2.00由于没有该工程的的风洞试验报报告材料，本本次分析采用用四种风荷载载工况。风载载1体型系数如图图4.1a所示示，风载2体型系数如图4.1b所示，另外外两种风荷载载体型系数参参照一些关于于膜结构体型型系数的近似似计算方法进进行计算，以以模拟图4..1c、图4.1d所示风荷载载作用情况。（a） (b)(c)(d)图4.1风载结构构体型系数组合值系数：0..6地震作用建筑抗震设防分类类：乙类本地区抗震设防烈烈度：6度场地土类别：Ⅱ类类设计地震分组：第第二组场地特征周期：00.40s阻尼比：0.022温度作用＋25℃（升温温差）－25℃（降温温差）组合值系数：0..6施加的荷载总量如如下表如示荷载编号工况名称Px（kN）Py（kN）Pz（kN）0结构自重0.000.00-26016.5581恒载0.000.00-19745.1162活载0.000.00-9624.2333风载110172.444-4.2917245.5334风载2-17308.9964.2935241.1005风载3-14761.2264583.2222302.3556风载4-14760.776-4576.62222300.0667温度升+25度8温度降-25度9地震作用振型分析反应谱法法进行计算荷载组合如下表如如示编号组合名称自重恒载活（雪）载风载1风载2风载3风载4温度升温度降地震作用1自重1.42自重+恒载1.351.353自重+恒载+活载载1.351.350.7*1.44自重+恒载+风载载1111.45自重+恒载+风载2111.46自重+恒载+风载3111.47自重+恒载+风载4111.48自重+恒载+活载+风载1110.7*11.49自重+恒载+活载+风载2110.7*11.410自重+恒载+活载+风载3110.7*11.411自重+恒载+活载+风载4110.7*11.412自重+恒载+活载+风载11.351.350.7*1.40.6*1.413自重+恒载+活载+风载21.351.350.7*1.40.6*1.414自重+恒载+活载+风载31.351.350.7*1.40.6*1.415自重+恒载+活载+风载41.351.350.7*1.40.6*1.416自重+恒载+温度升1.351.351.317自重+恒载+温度降1.351.351.318自重+恒载+活载+温度升1.351.350.7*1.41.319自重+恒载+活载+温度降1.351.350.7*1.41.320自重+恒载++风载1+温度升1.351.350.6*1.41.321自重+恒载++风载1+温度降1.351.350.6*1.41.322自重+恒载+风载2+温度升升1.351.350.6*1.41.323自重+恒载+风载2+温度降降1.351.350.6*1.41.324自重+恒载++风载3+温度升1.351.350.6*1.41.325自重+恒载+风载3+温度降降1.351.350.6*1.41.326自重+恒载+风载4+温度升升1.351.350.6*1.41.327自重+恒载+风载4+温度降降1.351.350.6*1.41.328自重+恒载+地震作用1.351.351.329自重+恒载+活载+地震作用1.351.350.7*1.41.330自重+恒载+风载1+地震作用1.351.350.2*1.41.331自重+恒载+风载2+地震作作用1.351.350.2*1.41.332自重+恒载+风载3+地震作作用1.351.350.2*1.41.333自重+恒载+风载4+地震作作用1.351.350.2*1.41.3注：1）风荷载有有4种工况、温温度作用包括括正负两种组组合；2）活（雪）载组合合值系数取0.7；3）风荷载组合值系系数分两种情情况，分别为为0.6和0.2。（五）分析模型及及分析软件 1．分析模型本工程钢结构为22片独立的钢钢结构罩棚，除除支承点标高高稍有区别外外，二者基本本对称，在此此以其中一片片钢结构罩棚棚作为分析模模型，计算简简图如图5.1所示。钢结结构有限元分分析采用整体体三维模型，构构件采用梁单单元，棒钢水水平支撑采用用索单元，棒棒钢的布置示示意如图5.2所示，图中中交叉杆即为为棒钢。我们采用了多种计计算模型对该该结构进行分分析对比，不不同计算模型型之间的对比比参见本报告告第八部分，第第六部分给出出的计算结果果是假设支座座为铰接时的的计算结果。图5.1单片罩棚棚计算简图图5.2单片罩棚棚水平支撑布布置示意图主桁架上弦主桁架中弦主桁架上弦主桁架中弦主桁架下弦主桁架腹杆图5.3主桁架杆杆件分类示意意图杆件截面汇总构件类别构件名称规格主桁架上弦杆中间弦杆下弦杆腹杆次桁架上弦杆下弦杆腹杆及水平弦杆落地结构上弦延伸中弦延伸腹杆下弦延伸1）钢材理论用量统统计如下：单片罩棚钢结构用用钢量：26601.66t按其覆盖面积188713m22计：139..03kg//m2按罩棚展开面积330566m2计：85.112kg/m22）考虑加劲肋、局局部构造以及及规格化，上上述理论用钢钢量指标增大大20％，用钢量量统计如下：：单片罩棚钢结构用用钢量：3121..99t按其覆盖面积188713m22计：166..84kg//m2按罩棚展开面积330566m2计：102..14kg//m2.22．分析软件结构分析主要应用用管结构计算算机辅助设计计与制造系统统STCAD和SAP20000，节点分析析主要采用ANSYS。SAP20000为通用结构构分析软件，ANSYS为通用有限限元分析软件件，STCAD是上海交通通大学针对管管结构的特点点研制开发的的专用分析软软件，与其它它分析软件相相比STCAD具有两大特特点：对所有相贯节点进进行强度验算算STCAD可以对对管结构所有有相贯节点进进行强度验算算，对于我国国《钢结构设设计规范》GB500017-20003中规定的K形、T/Y形等简单形形式相贯节点点，直接按规规范计算公式式进行验算，对对于其它复杂杂节点形式相相贯节点按规规范计算公式式进行近似验验算，并可以以将复杂形式式相贯节点直直接生成ANSYS等分析模型型进行有限元元分析。(2)STCAAD本身是CAD/CCAM集成系统STCAD不仅是是进行空间结结构分析设计计的软件，它它还是管结构构计算机辅助助制造系统，STCAD可以自动生生成所有支管管的相贯线切切割数据，并并可以直接输输入国产大部部分管相贯线线数控切割机机对支管进行行切割，避免免详图设计时时生成支管切切割数据的过过程，从而提提高设计加工工效率，避免免手工操作带带来的错误。本次结构分析主要要采用STCAD进行，SAP20000校核，节点点有限元分析析采用ANSYS。（六）主要分析结结果 在此给出的分析结结果是所有支支座节点均采采用铰接的模模型计算得到到的结果，与与其它分析模模型得到的结结果对比见本本报告第八部部分。。1．静力分析结果(1)结构基本参参数节点数39666杆件数119977支承节点点数664荷载工况况数99组合工况况数333(2)计算基本条条件拉杆允许许长细比1150压杆允许许长细比1150结构自重重系数1最大允许许设计应力比0.9地震加速速度峰值..04g特征周期期.4振型参与与数量16阻尼比.02荷载工况况数90结构自重Pxx=0.000kNPPy=0.000kNPz=-226016..58kN1恒载Px=0..00kNPy=00.00kNNPz==-197445.16kkN2活载Px=0..00kNPy=00.00kNNPz==-96244.23kNN3风载1Px=100172.444kNPy=-44.29kNNPz==172455.53kNN4风载2Px=-117308..96kNPy=44.29kNNPz==352411.10kNN5风载3Px=-114761..26kNPy=44583.222kNPz=222302.335kN6风载4Px=-114760..76kNPy=--4576..62kNPz=222300..06kN7温度升＋25度8温度降－25度9地震作用6度荷载组合合工况数33个，荷载载组合系数参参见本报告第第四部分内容容。(3)主要计算算结果梁(钢构构件)单元总重:25878893.8KKg索单元总总重:137611.8Kg杆件(钢钢构件)总重量:26016655.5KKg最大杆件件设计应力比比：-1.299杆件号：910(11441477)超应力杆杆件数： 23，超应力杆杆件位置示意意如图8所示：最大X向向位移1100.5mmm节点号：390最大Y向向位移550.1mmm节点号：39666最大Z向向位移--228.33mm节点号：21444图6.1超应力杆杆件位置示意意 从图6.1可以看出，超超过应力比0.9的杆件主要要集中于结构构的两侧，产产生这一结果果最可能的原原因是与原设设计温差取值值不同。(4)支座反力力 一半支座节点编号号如图6.2所示，另一一半结构对称称。图6.2支座节点编编号最不利荷载组合作作用下支座反反力设计值(kN,kNN.m)支承节点号Min/MaxX方向反力Y方向反力Z方向反力X方向弯矩Y方向弯矩Z方向扭矩3744Min-677.12-1204.877-2324.9330.000.000.003744Max482.02685.191153.040.000.000.003621Min-856.45-803.82-1839.1550.000.000.003621Max723.27458.981072.930.000.000.003499Min-662.65-511.15-1892.7110.000.000.003499Max496.76244.571221.070.000.000.003377Min-599.33-517.02-1995.8000.000.000.003377Max228.96238.411346.310.000.000.003253Min-601.42-560.14-2099.3110.000.000.003253Max234.36247.181469.460.000.000.003120Min-590.21-454.06-2278.6880.000.000.003120Max246.54186.531629.390.000.000.002998Min-602.82-447.70-2340.9440.000.000.002998Max252.79172.121583.640.000.000.002876Min-676.02-454.21-2512.6550.000.000.002876Max280.87187.381966.290.000.000.002754Min-640.19-426.09-2563.1000.000.000.002754Max280.16166.291796.280.000.000.002629Min-656.73-414.10-2749.7000.000.000.002629Max309.37161.401883.390.000.000.002507Min-689.51-387.05-2730.1220.000.000.002507Max314.62144.061806.340.000.000.003961Min-138.98-99.50-1236.4110.000.000.003961Max159.74135.22144.450.000.000.003935Min-196.77-163.73-1009.5880.000.000.003935Max216.52186.430.000.000.000.003889Min-137.92-118.13-1155.0440.000.000.003889Max155.28146.150.000.000.000.003822Min-122.43-95.80-1276.2110.000.000.003822Max131.17124.120.000.000.000.003708Min-121.32-74.02-1386.9550.000.000.003708Max137.51102.370.000.000.000.003585Min-126.55-60.41-1492.3440.000.000.003585Max145.1788.2624.920.000.000.003463Min-127.66-49.66-1585.4440.000.000.003463Max150.9785.5083.510.000.000.003341Min-132.23-49.72-1695.5770.000.000.003341Max161.5080.22175.860.000.000.003217Min-132.41-47.19-1726.4880.000.000.003217Max168.4872.43240.740.000.000.003084Min-135.31-48.35-1760.2660.000.000.003084Max177.0667.32303.880.000.000.002962Min-132.84-46.84-1744.5770.000.000.002962Max182.9861.28351.420.000.000.002385Min-596.04-394.26-2768.6770.000.000.002385Max305.08161.641814.750.000.000.002252Min-1122.900-669.80-2931.1220.000.000.002252Max511.88198.061788.110.000.000.002124Min-851.72-442.24-2937.9330.000.000.002124Max429.16141.071834.720.000.000.002002Min-680.53-304.67-2920.5990.000.000.002002Max345.60143.531835.970.000.000.001880Min-906.03-291.17-2964.0660.000.000.001880Max438.65210.541832.290.000.000.002840Min-127.52-50.43-1717.8330.000.000.002840Max187.6953.34404.720.000.000.002717Min-122.36-47.78-1729.2550.000.000.002717Max195.1243.57471.120.000.000.002592Min-118.68-42.00-1664.3330.000.000.002592Max200.0430.24480.910.000.000.002470Min-116.87-48.62-1708.9330.000.000.002470Max204.5825.80501.540.000.000.002349Min-113.71-41.25-1681.3550.000.000.002349Max209.6535.63490.060.000.000.001758Min-902.53-210.50-2964.4990.000.000.001758Max437.88291.001835.570.000.000.002216Min-111.60-34.45-1662.8550.000.000.002216Max206.6642.45492.840.000.000.001625Min-680.82-143.10-2920.4330.000.000.001625Max345.32304.751835.320.000.000.001495Min-851.96-140.75-2937.0880.000.000.001495Max429.01442.221833.490.000.000.001373Min-1122.555-198.49-2930.1990.000.000.001373Max511.82669.731786.830.000.000.001249Min-596.07-161.77-2767.8660.000.000.001249Max304.88394.221813.820.000.000.001121Min-689.88-144.16-2729.5110.000.000.001121Max314.70387.051805.870.000.000.00995Min-656.95-161.54-2749.2330.000.000.00995Max309.27414.101883.290.000.000.00874Min-640.46-166.52-2562.7440.000.000.00874Max280.19426.071796.180.000.000.00754Min-676.50-187.52-2512.3110.000.000.00754Max281.05454.221966.450.000.000.00627Min-603.46-172.17-2340.6220.000.000.00627Max253.01447.721583.780.000.000.00510Min-590.68-186.66-2278.4110.000.000.00510Max246.70454.041629.470.000.000.002087Min-116.91-24.54-1711.3550.000.000.002087Max204.5449.92500.970.000.000.001965Min-118.68-30.02-1663.3880.000.000.001965Max199.9842.24480.300.000.000.001844Min-122.33-43.69-1728.4550.000.000.001844Max195.0547.92470.470.000.000.001722Min-127.46-53.36-1717.4220.000.000.001722Max187.6250.51404.190.000.000.001589Min-132.80-61.29-1744.4660.000.000.001589Max182.9546.90351.020.000.000.001459Min-135.24-67.34-1760.3550.000.000.001459Max177.0148.40303.550.000.000.001337Min-132.38-72.42-1726.7550.000.000.001337Max168.4947.22240.450.000.000.001213Min-132.21-80.20-1695.9220.000.000.001213Max161.5249.76175.590.000.000.001079Min-127.63-85.48-1585.7990.000.000.001079Max150.9849.7483.290.000.000.00894Min-126.53-88.25-1492.6330.000.000.00894Max145.1960.4124.710.000.000.00709Min-121.30-102.36-1387.2000.000.000.00709Max137.5374.030.000.000.000.00531Min-122.41-124.13-1276.4660.000.000.00531Max131.2095.820.000.000.000.00378Min-137.87-146.13-1155.3220.000.000.00378Max155.22118.130.000.000.000.00239Min-196.73-186.42-1009.6990.000.000.00239Max216.46163.730.000.000.000.00133Min-138.91-135.19-1236.7660.000.000.00133Max159.6599.48144.660.000.000.00405Min-601.84-247.54-2099.0000.000.000.00405Max234.50560.641469.460.000.000.00301Min-599.99-238.65-1995.4990.000.000.00301Max229.19517.341346.280.000.000.00204Min-663.85-244.66-1892.5550.000.000.00204Max498.36511.291221.000.000.000.00126Min-857.63-459.40-1839.1660.000.000.00126Max724.48804.511072.820.000.000.0061Min-676.67-686.64-2325.9770.000.000.0061Max481.491207.331153.740.000.000.002．模态分析 结构前十个自振周周期如下表所所示，前四阶阶振型如图6.3所示。(a)振型1（t＝0.8433s）Y向水平振动动＋扭转转动动（b）振型2（t＝00.672ss）X向水平振动动＋竖向振动动(一阶)(c)振型33（t＝0.6577s）X向水平振动动＋竖向振动动(二阶)(d)振型4（t＝0.6244s）X向水平振动动＋竖向振动动(三阶)图6.3结构的振振型结构的自振周期序号12345678910周期(s)0.8430.6720.6570.6240.5830.5460.5080.4680.4640.459 由上表及图6.33可以看出，结结构的自振周周期比较密集集，第一振型型以水平方向向振动为主，并并且棒钢水平平支撑的作用用明显，如果果不设置这八八道水平支撑撑，结构的第第一周期达到到1.4611s。第2~10振型以竖向向振动为主，反反映主桁架的的振动特性。3．地震反应分析 我们采用规范规定定的振型分解解反应谱法对对该结构进行行地震反应分分析，分析采采用的基本条条件如下：地震加速速度峰值..04g特征周期期.4振型参与与数量16阻尼比.02 由于该工程处于66度地震区，总总的地震力较较小，X向总地震力455kN、Y向总地震力408kN、Z向总地震力1960kkN，在地震作作用下杆件内内力较小，最最大杆件轴力力为最大杆件件应力仅16.6NN/mm2，由此可见见，该工程地地震作用并不不起控制作用用。4．结构的整体稳定定分析 按《网壳结构技术术规程》JGJ611-20033第条规定，我我们在仅考虑虑结构几何非非线性条件下下对结构进行行整体稳定性性分析，分析析时分两种情情况进行，一一种情况对理理想结构进行行分析，另一一情况是考虑虑结构的初始始缺陷，初始始缺陷分布采采用结构的第第一阶屈曲模模态，初始缺缺陷最大值取取最大悬挑长长度52m的1/150，取0.355m。 (1)结构在11.0恒载＋1.0活载作用下下的整体稳定定分析 结构在恒载＋活载载作用下结构构的失稳模态态如图6.4所示，结构构的荷载位移移曲线如图6.5所示，当不不考虑初始缺缺陷时在恒载载＋活载作用用下的临界荷荷载因子为12.18，考虑初始始缺陷时结构构的临界荷载载因子为9.67，比《网壳壳结构技术规规程》JGJ611-20033第条规定的5的安全系数数大出较多，由由此可见结构构在恒载＋活活载作用下结结构的整体稳稳定性是安全全的。图6.4结构在恒恒载＋活载作作用下失稳模模态图6.5结构在恒恒载＋活载作作用下荷载－－位移曲线(2)结构在11.0恒载＋1.0风载一作用用下的整体稳稳定分析 结构在恒载＋风载载一作用下结结构的失稳模模态如图6.6所示，结构构的荷载位移移曲线如图6.7所示，当不不考虑初始缺缺陷时在恒载载＋风载一作作用下的临界界荷载因子为为17.04，考虑初始始缺陷时结构构的临界荷载载因子为12.87，比《网壳壳结构技术规规程》JGJ611-20033第条规定的5的安全系数数大出较多，因因此结构在恒恒载＋风载一一作用下结构构的整体稳定定性也是安全全的。可见结结构的整体稳稳定性完全可可以保证。图6.6结构在恒恒载＋风载一作用下失稳稳模态图6.7结构在恒恒载＋风载一作用下荷载－－位移曲线（七）相贯节点强强度验算 STCAD程序具具有对所有类类型相贯节点点进行近似验验算的功能，我我们采用STCAD对该结构所所有相贯节点点（不含铸钢钢节点）进行行强度验算，得得到节点强度度最大应力比比1.47，强度不足足的相贯节点点共101个，分布如如图7.1所示（红色色圆圈标识处处），主要分分布在主桁架架上弦转折处处及下弦布置置交叉水平支支撑处，如图图7.2所示。显然然主桁架上弦弦超出应力比比的相贯节点点处于结构受受力最大处，而而在水平支撑撑处由于支撑撑的受力影响响，导致与支支撑连接的杆杆件受力较大大，这些节点点虽不是结构构受力最大处处，但由于主主管的壁厚较较薄、支管受受力相对较大大，导致节点点强度不足，因因此完全有必必要对所有相相贯节点强度度进行验算。图7.1强度不足的的相贯节点位位置示意 在此我们给出图77.3所示一处水水平支撑处相相贯节点强度度不满足要求求的节点验算算计算书，这这些节点编号号为：1021、1070、1084、1085、1145、1147。 这部分节点强度校校核过程如下下：节点号10221类型：未定定义主管方向向向量：{.87,,-.45,,.2}连接杆件件信息序号类型单元元号型号纬度角经度角最大压力kN最大拉力kN1主22495P3511X1090.00887.3-6445.9484.002主22494P3511X10-90..0887.3-6226.5472.003支33601P1800X86.500.0-4888.5403.44图7.2水平支撑处处强度不足的的相贯节点位位置示意图7.3部分水平支支撑处强度不不足的相贯节节点编号4支33914P1277X613.11555.5-188.65.25支22516P1277X611.88887.3-199.056.86支33942P1277X67.21122.0-544.249.97支33602P1800X8-5.221180.1-2668.4308.00按T形节节点验算支管号36011Nccx=-3337.4Nttx=4722.3折减系数.9S=11.45按T形节节点验算支管号39144Nccx=-2555.6Nttx=3577.8折减系数.9S=00.07按T形节节点验算支管号25166Nccx=-2554.3Nttx=3566.1折减系数.9S=00.16按T形节节点验算支管号39422Nccx=-2550.9Nttx=3511.3折减系数.9S=00.22按T形节节点验算支管号36022Nccx=-3336.6Nttx=4711.2折减系数.9S=00.80承受轴力力与节点承载载力比1.455节点号10770类型：未定定义主管方向向向量：{.88,,-.42,,.2}连接杆件件信息序号类型单元元号型号纬度角经度角最大压力kN最大拉力kN1主22563P3511X1090.00888.8-5223.8320.002主22562P3511X10-90..0888.8-5118.6310.443支33663P1800X86.000.0-1663.3228.774支33912P1277X613.00557.6-533.237.55支22584P1277X611.88888.8-188.250.06支33913P1277X67.61122.4-7..816.57支33601P1800X8-4.881181.8-4888.5403.44按T形节节点验算支管号36633Nccx=-3441.7Nttx=4788.3折减系数.9S=00.48按T形节节点验算支管号39122Nccx=-2559.0Nttx=3622.6折减系数.9S=00.21按T形节节点验算支管号25844Nccx=-2557.8Nttx=3611.0折减系数.9S=00.14按T形节节点验算支管号39133Nccx=-2554.6Nttx=3566.5折减系数.9S=00.05按T形节节点验算支管号36011Nccx=-3441.0Nttx=4777.4折减系数.9S=11.43承受轴力力与节点承载载力比1.433节点号10884类型：未定定义主管方向向向量：{.87,,-.45,,.2}连接杆件件信息序号类型单元元号型号纬度角经度角最大压力kN最大拉力kN1主22495P3511X10-90..0887.2-6445.9484.002主22496P3511X1090.00887.2-4003.3246.333支33621P1800X88.300.0-4220.6345.994支33905P1277X613.99550.5-111.40.75支22515P1800X8-56..2887.2-1663.1210.116支22514P1277X611.88887.2-1003.7108.007支33954P1277X65.01127.7-1..76.58支33620P1800X8-6.991180.1-1443.9196.00按T形节节点验算支管号36211Nccx=-3338.7Nttx=4744.2折减系数.9S=11.24按T形节节点验算支管号39055Nccx=-2556.5Nttx=3599.1折减系数.9S=00.04按K形节节点验算支管号25155Nccx=-5991.2Nttx=3366.4折减系数.9S=00.32支管号25144Nccx=-3336.4Nttx=5911.2折减系数.9S=00.36按T形节节点验算支管号39544Nccx=-2449.9Nttx=3499.8折减系数.9S=00.02按T形节节点验算支管号36200Nccx=-3337.6Nttx=4722.7折减系数.9S=00.43承受轴力力与节点承载载力比1.244节点号10885类型：未定定义主管方向向向量：{.88,,-.42,,.2}连接杆件件信息序号类型单元元号型号纬度角经度角最大压力kN最大拉力kN1主22563P3511X10-90..0888.7-5223.8320.002主22564P3511X1090.00888.7-4330.4225.333支33681P1800X87.600.0-1662.2218.114支33903P1277X613.77552.9-177.59.95支22582P1277X611.88888.7-1006.2121.556支22583P1800X8-56..5888.7-2006.7227.117支33904P1277X65.51127.8-6..38.28支33621P1800X8-6.551181.9-4220.6345.99按T形节节点验算支管号36811Nccx=-3442.8Nttx=4800.0折减系数.9S=00.47按T形节节点验算支管号39033Nccx=-2559.8Nttx=3633.8折减系数.9S=00.07按K形节节点验算支管号25822Nccx=-3339.8Nttx=6022.4折减系数.9S=00.38支管号25833Nccx=-6002.4Nttx=3399.8折减系数.9S=00.36按T形节节点验算支管号39044Nccx=-2553.6Nttx=3555.0折减系数.9S=00.03按T形节节点验算支管号36211Nccx=-3442.1Nttx=4788.9折减系数.9S=11.23承受轴力力与节点承载载力比1.233节点号11445类型：未定定义主管方向向向量：{.87,,-.45,,.2}连接杆件件信息序号类型单元元号型号纬度角经度角最大压力kN最大拉力kN1主22496P3511X10-90..0887.2-4003.3246.332主22497P3511X1090.00887.2-2444.867.23支33629P1800X810.1100.0-3994.1271.994支33893P95XX615.00443.4-122.33.45支22513P1800X8-62..7887.1-1227.6174.776支22512P95XX611.88887.2-677.776.47支33894P95XX61.71135.7-0..29.48支33630P1800X8-8.881180.0-966.3133.00按T形节节点验算支管号36299Nccx=-3449.7Nttx=4899.5折减系数.9S=11.13按T形节节点验算支管号38933Nccx=-2009.3Nttx=2933.0折减系数.9S=00.06按K形节节点验算支管号25133Nccx=-5444.2Nttx=2555.2折减系数.9S=00.30支管号25122Nccx=-2555.2Nttx=5444.2折减系数.9S=00.32按T形节节点验算支管号38944Nccx=-2002.3Nttx=2833.2折减系数.9S=00.03按T形节节点验算支管号36300Nccx=-3448.3Nttx=4877.6折减系数.9S=00.28承受轴力力与节点承载载力比1.133节点号11447类型：未定定义主管方向向向量：{.88,,-.42,,.2}连接杆件件信息序号类型单元元号型号纬度角经度角最大压力kN最大拉力kN1主22564P3511X10-90..0888.7-4330.4225.332主22565P3511X1090.00888.7-3229.4136.883支33699P1800X89.400.0-1441.4176.004支33891P95XX614.77445.9-122.310.85支22580P95XX611.88888.7-677.685.76支22581P1800X8-63..0888.7-1886.9193.447支33892P95XX62.41135.6-9..513.78支33629P1800X8-8.441181.9-3994.1271.99按T形节节点验算支管号36999Nccx=-3447.9Nttx=4877.1折减系数.9S=00.41按T形节节点验算支管号38911Nccx=-2008.5Nttx=2911.8折减系数.9S=00.06按K形节节点验算支管号25800Nccx=-2553.8Nttx=5477.0折减系数.9S=00.35支管号25811Nccx=-5447.0Nttx=2533.8折减系数.9S=00.34按T形节节点验算支管号38922Nccx=-2001.8Nttx=2822.5折减系数.9S=00.05按T形节节点验算支管号36299Nccx=-3447.0Nttx=4855.8折减系数.9S=11.14承受轴力力与节点承载载力比1.144由于上述节点连接接杆件数量较较多，我国现现行《钢结构构设计规范》GB500017-20003并没有规定定这种类型相相贯节点强度度验算公式，STCAD采用近似算算法对节点进进行了校核，具具有一定参考考价值。主桁桁架节点有限限元分析及焊焊缝验算参见见附件二。（八）包络设计和和总装分析本工程上部钢结构构支承于下部部混凝土结构构上，二者形形成一个整体体结构，整个个体育场为一一椭圆形的封封闭结构，椭椭圆长轴约3360m，短短轴约3100m，结构宽宽度约88mm，就整体结结构来说，上上部钢结构与与下部支承混混凝土结构在在荷载、地震震、温度作用用下，二者必必定相互影响响，单纯独立立的分析钢结结构或混凝土土结构都存在在二者连接处处模型假设的的问题，如果果假设不当，可可能带来较大大的分析误差差，使分析结结果不能反应应结构的实际际受力状况，导导致结构存在在安全隐患。因因此将上部钢钢结构与下部部混凝土结构构作为整体进进行总装分析析完全有必要要。 单纯对钢结构分析析来说，存在在支座边界假假设等情况，上上部钢结构的的受力特性与与支座处边界界假设存在很很大的关系，实实际结构中，由由于下部混凝凝土结构的刚刚度有限，所所有对于钢结结构的支承肯肯定是弹性的的，不是理想想的不动铰支支承或固定支支承。由于混混凝土材料存存在收缩、徐徐变、裂缝、长长期刚度退化化等特性，即即使对整体结结构进行分析析也不能完全全准确地反映映混凝土结构构对上部钢结结构弹性刚度度。因此有必必要对结构进进行包络设计计。 包络设计的概念就就是由于上部部钢结构的受受力依赖于下下部混凝土结结构的支承及及支承刚度（包包括水平支承承刚度及转动动约束刚度）的的大小，而由由于下部支承承结构的复杂杂性，其支承承刚度难以精精确确定时，可可以对上部结结构分析时采采用两种或多多种支承情况况进行分析，使使结构在整个个设计周期内内的边界条件件均处于上述述两种或多种种支承情况之之间，这就是是所谓的包络络设计。最简简单的包络设设计就是先将将支座假设为为固定铰再将将支座假设为为固定端，但但这种包络方方式不能反映映下部支承结结构的水平支支承刚度大小小的影响，只只能反映下部部结构转动约约束刚度影响响。针对本工工程上部钢结结构来说最好好的设计方式式是对上部结结构先按某种种（或某几种种假设）进行行优化设计（或或包络优化设设计），然后后对整体结构构进行总装分分析，在总装装分析时最好好也采用两种种或多种模型型假