廣州2010亞運網(wǎng)球中心結(jié)構(gòu)設計

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哈爾濱工業(yè)大學深圳研究生院:顧磊教授
 
顧磊：匯報的內(nèi)容是工程概括、混凝土結(jié)構(gòu)設計、鋼結(jié)構(gòu)設計、可呼吸結(jié)構(gòu)、屋面體系，這個工程是位于廣東省奧林匹克體育中心西北角，中央湖面東北側(cè)，占地56398.66m2，西鄰新建游泳跳水館，東鄰已建曲棍球場，北面是鄉(xiāng)村俱樂部，南面是體育中心主場館。網(wǎng)球中心總建筑面積21405.71m2，分主賽場和副賽場。主賽場有10139座觀眾席位，副賽場有1962座觀眾席位，設計單位：深圳市建筑設計總院。我這邊主要是負責它的鋼結(jié)構(gòu)設計，我這邊主要負責混凝土設計是和另外一個同志完成的，我們這邊看到一個主場和一個副場，我們再看一下它的里面圖。半徑是52米，混凝土結(jié)構(gòu)是在20米，由于我們這個平面完全采用框架結(jié)構(gòu)就會扭轉(zhuǎn)成這樣，同時有樓梯的地方設計，我們實際上用的是外觀的協(xié)助，中間的支柱，和斜的形成這樣一個機構(gòu)體系，用的混凝土墻所有的構(gòu)建基本上是我們常用的構(gòu)建體系，這就是我們的結(jié)構(gòu)的計算模型，主要來看一下我們的東西，我們來看一下這個協(xié)助的模型，同時也可以能看到這一塊我們故意做的一塊，協(xié)助的空襲來看，這是兩個修筑的圖，也是我們經(jīng)常結(jié)構(gòu)設計的人員，做結(jié)果分析的時候比較頭疼的事情，也就是說里只有用力怎么去配，我們這里是這樣來做的，把這個應力想辦法合成構(gòu)建的內(nèi)力，我們這個合成的軸力，就可以通過一些指標來控制，我們這個是9843，我們算出來是0.49，同時我們也可以合成出它的剪力，你也可以進行驗算，同時我們也合成了它的彎矩，我們沒有留縫的，要進行一些溫度的計算，我們考慮了正35度，兩項的就是這兩塊斜板的，還有一個特點，是什么呢？因為我們是采用了這樣一個斜柱，這個地方會產(chǎn)生推力，而且裝的水平的承載力還要通過實驗來驗證，在結(jié)構(gòu)中把它解決掉，于是我們在基礎上以推力和雙向的，你看這些比較大的受力都在這兒了，于是我們這些地梁要配備足夠的鋼筋來減少基礎設施的作用。這張圖片是我專門請建筑師給我做了一個表現(xiàn)圖，它是非常簡單的一個形勢規(guī)模也不大，我們確實是用了一個非常簡單的形勢來完成它，實際上它的外表是斜著切去了一個圓柱體，它的底面是一個橢圓，有一些不對稱，對于這個主管的剖面它就是西部，西部小一些，東部大一些，這有什么好處呢？也就是說對于主要的這一塊我們遮的多一點，最大的長度也不大，最不是17.8米，西部是11.5米，應該叫做樂環(huán)性型的，每隔15有一道，內(nèi)測中間和外側(cè)，然后我們還有一塊，你看我們這一塊我們把它做了一個制作環(huán)，我們是利用雙層網(wǎng)殼的方式構(gòu)成。因為我們在這些地方?jīng)]有布置的，它還是一個非常簡潔的構(gòu)造。另外您看這個為什么要加它，因為我們15度一個，這個跨度有點大了，有15米了，不管怎么樣也會在這里。于是我不如在結(jié)構(gòu)中把這一根管加上。好，這就是我們主桁架和次桁架一個構(gòu)成的形式。
　　下面這張圖，是主桁架的支柱，這個節(jié)點是我們正常的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)里都會推薦的，它的好處是沒有任何焊接，主要是抗拉，我們使用是這種，我們把它改用了可以改動的，可以有一個微微轉(zhuǎn)動的線型的，首先我們增加了制作高度。同時還有一個所顧慮的，我一個結(jié)構(gòu)設計中最關(guān)鍵的一個安全性把它交給了廠家，我們沒有辦法控制這個產(chǎn)品的安全性，但是很多工程部給我們做了，我們在我們設計文件中對這一塊特別提出來，還要買合格的產(chǎn)品。這張表我給出了一個量，我們可以看到，這一個量，目前來說廣州是區(qū)，我們是做到每平米42，為什么這么低，因為很多工程大家看到了基本上都在100公斤以上，因為采取的結(jié)構(gòu)形式?jīng)]有那么復雜，是單純的結(jié)構(gòu)形式，另外我們的模型采用了這幾個軟件，整個分析模型，也就是說我們不能用網(wǎng)架的結(jié)構(gòu)，于是我們桁架的，然后覆蓋和網(wǎng)，就是周邊的環(huán)的，制作環(huán)這一塊采用這種。為什么中間會設計這樣一個環(huán)，也是為了整體要求，因為我們的制作方式采用了三項約束和放松水平約束兩種來做的。也就是說我即使將來施工中出現(xiàn)了某些，就是說不可碰的因素，或者說低下的混凝土出現(xiàn)一些問題，我們還是可以把這個結(jié)構(gòu)給穩(wěn)住，我們不會讓它直接劃掉的，這是我們精密計算的。
后面我們也進行了一些周期，它的第一周期是0.426，也不是很大，空間結(jié)構(gòu)非常密集，到第6個的時候，X的參數(shù)才達到3.48%，開始的都是一些局部的。同時這樣的結(jié)構(gòu)總的來說還是比較輕巧的，輕巧的話我們特別關(guān)注它的屈曲，我們判斷它的局部桁架的一個測向。同時做完這個以后我們也進行幾何和材料的分析，我們可以看到鉸，同時我們也會看到在中間環(huán)的地方也會出現(xiàn)，這些都是比較初級的，這個說明我們這個不是全條結(jié)構(gòu)，而是一個空間的大開口的結(jié)構(gòu)，于是這個受壓很明顯的。我們得到了荷載技術(shù)是在4.25倍，這個穩(wěn)定性是非常良好的。
下面簡單介紹一下副館屋蓋體系，東部最大懸挑長度11.8m，西部最小懸挑長度6.8m，主要受力構(gòu)件均采用實腹式H型鋼梁。其中徑向主梁為變截面梁，共24榀，環(huán)向次梁為等截面梁均勻設3道。對稱布置6組鋼斜撐，形成屋面水平支撐體系。為什么要放這張表，雖然很小，它的量剛才是42，現(xiàn)在已經(jīng)漲到了88你看到了某一個結(jié)構(gòu)，就意味著肯定用的量比較大，如果你看到這個結(jié)構(gòu)利用了空間利用了幾何而不是用到材料的時候，它的機構(gòu)效率往往是比較高的。這個只所以選擇用單量是因為它的覆蓋面積很小。這是它的做法。我們這里引用了鋼結(jié)構(gòu)柱腳的做法，把它理解成一個鋼柱下來。
下面我們來介紹一下，可呼吸結(jié)構(gòu)的概念，肋環(huán)型空間梁系結(jié)構(gòu)，具有開孔殼體的受力特點，支座為剛接支座，支座反力包含力和力矩，若采用放松支座水平約束的方式來釋放溫度內(nèi)力，則剛接支座構(gòu)造難以實現(xiàn)，而且結(jié)構(gòu)剛度大幅降低。同時，還要采取措施保證結(jié)構(gòu)具有良好的抵抗風和地震等水平荷載的能力，支座費用較高，針對這個副館，因為它也不是特別大，最多也就是11米多，具有開孔的特點，因為它是鋼鐵制作在溫度的作用下它會產(chǎn)生很大的制作反力，同時會產(chǎn)生很大的軸力，有各種方法，有一種方法制作，但是這個采用可滑移的構(gòu)造是很復雜的，而且對于抗震抗風大家有擔心同時制作費用也很高，我們直接放這個圖，這邊是制作，由于這個環(huán)梁的產(chǎn)生，如果沒有環(huán)梁，這樣在溫度可以自由伸縮的，不產(chǎn)生任何溫度內(nèi)心的，為什么產(chǎn)生溫度內(nèi)心我們讓它成為一個空間結(jié)構(gòu)，所以空間結(jié)構(gòu)并不是都有好處的，我們把空間結(jié)構(gòu)辦成一個空間結(jié)構(gòu)的殼力以后，它的受力確實是好的，我們進一步對比。就是說北京的奧運，我當時是用懸挑結(jié)構(gòu)，正常的荷載情況下是這樣的，但是在溫度的作用下不能夠自動變形，會在這個里面產(chǎn)生軸力，同時在支座會產(chǎn)生軸向的推力和彎矩。往下是正彎矩，當時我是沒有用這個方法，我就開始畫圖了，就會發(fā)現(xiàn)為了傳遞溫度產(chǎn)生的這一個軸力的話，在這里的螺栓已經(jīng)布置的密密麻麻，后來想到是否可以把環(huán)向的放松掉，但是如果放松掉，用單量會增大，那么這樣也不對，怎么辦呢？我們想到這樣一個解決方法，也就是我們這里螺旋型的，這里是我們的一個支撐，在每一個支撐架的下面我們在這幾個地方，我們采用了長圓孔，這個摩擦性的靠這個摩擦力就可以產(chǎn)生這么大的軸力，如果這個溫度超過了這個摩擦力，我們就可以上它進行滑動，也就是說這樣一個構(gòu)造，正常的情況下這幾個螺栓是可以的，但是如果溫度升溫后的降溫就可以滑過來滑過去，我們來看這樣一個表格，我沒有進行呼吸的時候，原結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)和中環(huán)，也就是這兩個環(huán)，它的軸力是多少。大家可以看一下，圓結(jié)構(gòu)它的軸力是非常大的，我另外一個對比，也就是說這個是固定基數(shù)的彎具，我們就想到了如果把這件這一環(huán)釋放掉，那么中間環(huán)釋放了以后我們看到制作彎矩，我們就可以理解它在溫度作用下就變成了一個禁閉結(jié)構(gòu)，你看它的制作彎矩都完全釋放掉了，用了這一點點技術(shù)就解決了，很多工程我們可以看到為了抵抗溫度這一個作用用了抗的方法，還是很浪費的，我的想法如果施工隊那個時候偷工減料了，少放了幾個螺絲，如果精度不夠，就可以釋放很大的溫度，也沒準沒有出現(xiàn)問題，如果我們在設計中間就可以設計好而不是碰到死耗子了。

　　另外解釋一下這個，這個體系是采用銀灰色的，主要是陽光板和陽光板之間的用的是輔浮起來的一個，這個可以防水，同時陽光板的比我們鋼鐵的要大，比如說下面是鋁條，我們看的更清楚一點，這里是固定鍵，這個是陽光板，是很容易抗熱脹冷縮的，防水和熱脹冷縮都可以解決的。好，下面再用一分鐘時間做一個廣告，因為我前幾年在做設計現(xiàn)在做教學工作了，我花了這兩年的時間，把所有的這次奧運場館，好好的學習了一下，進行了一個總結(jié)，于是我做和我們學校的培訓中心一起做了一個課程，做了一天的課程，包括12個興建的場館，我學習的內(nèi)容總結(jié)了一下，同時把我自己親自做的國家游泳中心等5個奧運場館都在這個課程里面有，還包括剛才講的北京新建奧運場館，國家游泳中心、天津奧林匹克水上中心，廣州2010亞運會網(wǎng)球中心等等一些場館，如果大家感興趣可以和我聯(lián)系，謝謝大家！