廣州2010亞運(yùn)網(wǎng)球中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院:顧磊教授
 
顧磊：匯報(bào)的內(nèi)容是工程概括、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、可呼吸結(jié)構(gòu)、屋面體系，這個(gè)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(chǎng)，北面是鄉(xiāng)村俱樂部，南面是體育中心主場(chǎng)館。網(wǎng)球中心總建筑面積21405.71m2，分主賽場(chǎng)和副賽場(chǎng)。主賽場(chǎng)有10139座觀眾席位，副賽場(chǎng)有1962座觀眾席位，設(shè)計(jì)單位：深圳市建筑設(shè)計(jì)總院。我這邊主要是負(fù)責(zé)它的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，我這邊主要負(fù)責(zé)混凝土設(shè)計(jì)是和另外一個(gè)同志完成的，我們這邊看到一個(gè)主場(chǎng)和一個(gè)副場(chǎng)，我們?cè)倏匆幌滤睦锩鎴D。半徑是52米，混凝土結(jié)構(gòu)是在20米，由于我們這個(gè)平面完全采用框架結(jié)構(gòu)就會(huì)扭轉(zhuǎn)成這樣，同時(shí)有樓梯的地方設(shè)計(jì)，我們實(shí)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(gè)機(jī)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(jì)算模型，主要來看一下我們的東西，我們來看一下這個(gè)協(xié)助的模型，同時(shí)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(gè)修筑的圖，也是我們經(jīng)常結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的人員，做結(jié)果分析的時(shí)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(gè)應(yīng)力想辦法合成構(gòu)建的內(nèi)力，我們這個(gè)合成的軸力，就可以通過一些指標(biāo)來控制，我們這個(gè)是9843，我們算出來是0.49，同時(shí)我們也可以合成出它的剪力，你也可以進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)我們也合成了它的彎矩，我們沒有留縫的，要進(jìn)行一些溫度的計(jì)算，我們考慮了正35度，兩項(xiàng)的就是這兩塊斜板的，還有一個(gè)特點(diǎn)，是什么呢？因?yàn)槲覀兪遣捎昧诉@樣一個(gè)斜柱，這個(gè)地方會(huì)產(chǎn)生推力，而且裝的水平的承載力還要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，在結(jié)構(gòu)中把它解決掉，于是我們?cè)诨A(chǔ)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(chǔ)設(shè)施的作用。這張圖片是我專門請(qǐng)建筑師給我做了一個(gè)表現(xiàn)圖，它是非常簡(jiǎn)單的一個(gè)形勢(shì)規(guī)模也不大，我們確實(shí)是用了一個(gè)非常簡(jiǎn)單的形勢(shì)來完成它，實(shí)際上它的外表是斜著切去了一個(gè)圓柱體，它的底面是一個(gè)橢圓，有一些不對(duì)稱，對(duì)于這個(gè)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(duì)于主要的這一塊我們遮的多一點(diǎn)，最大的長(zhǎng)度也不大，最不是17.8米，西部是11.5米，應(yīng)該叫做樂環(huán)性型的，每隔15有一道，內(nèi)測(cè)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(gè)制作環(huán)，我們是利用雙層網(wǎng)殼的方式構(gòu)成。因?yàn)槲覀冊(cè)谶@些地方?jīng)]有布置的，它還是一個(gè)非常簡(jiǎn)潔的構(gòu)造。另外您看這個(gè)為什么要加它，因?yàn)槲覀?5度一個(gè)，這個(gè)跨度有點(diǎn)大了，有15米了，不管怎么樣也會(huì)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(gè)構(gòu)成的形式。
　　下面這張圖，是主桁架的支柱，這個(gè)節(jié)點(diǎn)是我們正常的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)里都會(huì)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(dòng)的，可以有一個(gè)微微轉(zhuǎn)動(dòng)的線型的，首先我們?cè)黾恿酥谱鞲叨取Ｍ瑫r(shí)還有一個(gè)所顧慮的，我一個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的一個(gè)安全性把它交給了廠家，我們沒有辦法控制這個(gè)產(chǎn)品的安全性，但是很多工程部給我們做了，我們?cè)谖覀冊(cè)O(shè)計(jì)文件中對(duì)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(gè)量，我們可以看到，這一個(gè)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?yàn)楹芏喙こ檀蠹铱吹搅嘶旧隙荚?00公斤以上，因?yàn)椴扇〉慕Y(jié)構(gòu)形式?jīng)]有那么復(fù)雜，是單純的結(jié)構(gòu)形式，另外我們的模型采用了這幾個(gè)軟件，整個(gè)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(huì)設(shè)計(jì)這樣一個(gè)環(huán)，也是為了整體要求，因?yàn)槲覀兊闹谱鞣绞讲捎昧巳?xiàng)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(gè)結(jié)構(gòu)給穩(wěn)住，我們不會(huì)讓它直接劃掉的，這是我們精密計(jì)算的。
后面我們也進(jìn)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(gè)的時(shí)候，X的參數(shù)才達(dá)到3.48%，開始的都是一些局部的。同時(shí)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(gè)測(cè)向。同時(shí)做完這個(gè)以后我們也進(jìn)行幾何和材料的分析，我們可以看到鉸，同時(shí)我們也會(huì)看到在中間環(huán)的地方也會(huì)出現(xiàn)，這些都是比較初級(jí)的，這個(gè)說明我們這個(gè)不是全條結(jié)構(gòu)，而是一個(gè)空間的大開口的結(jié)構(gòu)，于是這個(gè)受壓很明顯的。我們得到了荷載技術(shù)是在4.25倍，這個(gè)穩(wěn)定性是非常良好的。
下面簡(jiǎn)單介紹一下副館屋蓋體系，東部最大懸挑長(zhǎng)度11.8m，西部最小懸挑長(zhǎng)度6.8m，主要受力構(gòu)件均采用實(shí)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(shè)3道。對(duì)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(gè)結(jié)構(gòu)，就意味著肯定用的量比較大，如果你看到這個(gè)結(jié)構(gòu)利用了空間利用了幾何而不是用到材料的時(shí)候，它的機(jī)構(gòu)效率往往是比較高的。這個(gè)只所以選擇用單量是因?yàn)樗母采w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(gè)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)，而且結(jié)構(gòu)剛度大幅降低。同時(shí)，還要采取措施保證結(jié)構(gòu)具有良好的抵抗風(fēng)和地震等水平荷載的能力，支座費(fèi)用較高，針對(duì)這個(gè)副館，因?yàn)樗膊皇翘貏e大，最多也就是11米多，具有開孔的特點(diǎn)，因?yàn)樗卿撹F制作在溫度的作用下它會(huì)產(chǎn)生很大的制作反力，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的軸力，有各種方法，有一種方法制作，但是這個(gè)采用可滑移的構(gòu)造是很復(fù)雜的，而且對(duì)于抗震抗風(fēng)大家有擔(dān)心同時(shí)制作費(fèi)用也很高，我們直接放這個(gè)圖，這邊是制作，由于這個(gè)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(gè)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(gè)空間結(jié)構(gòu)的殼力以后，它的受力確實(shí)是好的，我們進(jìn)一步對(duì)比。就是說北京的奧運(yùn)，我當(dāng)時(shí)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(dòng)變形，會(huì)在這個(gè)里面產(chǎn)生軸力，同時(shí)在支座會(huì)產(chǎn)生軸向的推力和彎矩。往下是正彎矩，當(dāng)時(shí)我是沒有用這個(gè)方法，我就開始畫圖了，就會(huì)發(fā)現(xiàn)為了傳遞溫度產(chǎn)生的這一個(gè)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(huì)增大，那么這樣也不對(duì)，怎么辦呢？我們想到這樣一個(gè)解決方法，也就是我們這里螺旋型的，這里是我們的一個(gè)支撐，在每一個(gè)支撐架的下面我們?cè)谶@幾個(gè)地方，我們采用了長(zhǎng)圓孔，這個(gè)摩擦性的靠這個(gè)摩擦力就可以產(chǎn)生這么大的軸力，如果這個(gè)溫度超過了這個(gè)摩擦力，我們就可以上它進(jìn)行滑動(dòng)，也就是說這樣一個(gè)構(gòu)造，正常的情況下這幾個(gè)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(gè)表格，我沒有進(jìn)行呼吸的時(shí)候，原結(jié)構(gòu)的內(nèi)環(huán)和中環(huán)，也就是這兩個(gè)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(gè)對(duì)比，也就是說這個(gè)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(gè)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(diǎn)點(diǎn)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(gè)作用用了抗的方法，還是很浪費(fèi)的，我的想法如果施工隊(duì)那個(gè)時(shí)候偷工減料了，少放了幾個(gè)螺絲，如果精度不夠，就可以釋放很大的溫度，也沒準(zhǔn)沒有出現(xiàn)問題，如果我們?cè)谠O(shè)計(jì)中間就可以設(shè)計(jì)好而不是碰到死耗子了。

　　另外解釋一下這個(gè)，這個(gè)體系是采用銀灰色的，主要是陽(yáng)光板和陽(yáng)光板之間的用的是輔浮起來的一個(gè)，這個(gè)可以防水，同時(shí)陽(yáng)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(diǎn)，這里是固定鍵，這個(gè)是陽(yáng)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(shí)間做一個(gè)廣告，因?yàn)槲仪皫啄暝谧鲈O(shè)計(jì)現(xiàn)在做教學(xué)工作了，我花了這兩年的時(shí)間，把所有的這次奧運(yùn)場(chǎng)館，好好的學(xué)習(xí)了一下，進(jìn)行了一個(gè)總結(jié)，于是我做和我們學(xué)校的培訓(xùn)中心一起做了一個(gè)課程，做了一天的課程，包括12個(gè)興建的場(chǎng)館，我學(xué)習(xí)的內(nèi)容總結(jié)了一下，同時(shí)把我自己親自做的國(guó)家游泳中心等5個(gè)奧運(yùn)場(chǎng)館都在這個(gè)課程里面有，還包括剛才講的北京新建奧運(yùn)場(chǎng)館，國(guó)家游泳中心、天津奧林匹克水上中心，廣州2010亞運(yùn)會(huì)網(wǎng)球中心等等一些場(chǎng)館，如果大家感興趣可以和我聯(lián)系，謝謝大家！