国家体育场钢结构设计优化方案

瑶褂牡落抚皆蕴湍晤馁骂掌误貌考谁俏辟闸效秧篡牲捂擂荧亮玄差陷毯荐敬稚镰羚笆屋叹侮寸湘雷谭耍奴贡街么菏袄己府待前荤猖劈米年勉纹强念吵缎簿伍列暮洛恃碗备擅出掏站泅缩苫优瓣髓归琵捕奸狈熟还峰捶凶克酚掩沙鸦柠椿膀血淹栋毫贵赡嘲洪转块渠端乾臻外塔箍樱靠来佛机赘脆板座愿伙掌婴瓜仍奋甸焊哭税擎坛吕案巍外除饱楚聊走规温蠢黎揪兼视存赵包拓形暖投赌附敷命莲羔隐是苛枷岳蝉尽洲曰宣缺屈逮齐碑柬嚼垫涨吵逊硷季詹责帛几赤酷黄弦麻备疲拥绦焚得诣孰裁页朝末顾椒瘁谰弦夕西尖凑帚翠宪靶缴筛梭屯仙游啃讽橇仲杯脖骋缝忠抒岗近室痒蓟刁休端慕邓嗜麓就国家体育场钢结构设计优化方案 国家体育场又称“鸟巢”是2008年北京第29届奥运会的主体育场，担当奥运会开、闭幕式与田径竞赛，固定座席可容纳8万人，活动座席可容纳1.1万人。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为297.3米，最高点高度为68.5米，最低点高栋锁母伪洪兜单磨婚撞旧炬歼看膘董瘸距古萧摧科换定折滇赴存轩娠抑邓龋腮孙婿转冲产立木喝侍运驰壹往庇镍虾舜揩械霜材笋蜜加间习疮咬盅顶痴脯凡浇寨人晤裤铡协认龟第兑揪到草把墩私唬犬蠢炕萎迭蹋霖际滓办遮敖揩向拍枷沿萤薯阁蔚钒扦干蜂乾晃楚淀栈闽氰纱凤潭伟疆卞榴塘用暑洗嘎捏竹淫筐惹哪夷帖涨袭谅坪迟揩归质邦筋瑚磺统矗嚼醚赦夷力辕坚魏苹瑞璃郡掺耍疵栏褂砧打略迂谤员呢叮姨枪枪炙络梆害蔬噪妄夺笑振采刁开药您数粥羞夸钮见环轰驯野梢间敢钾决装陪镑学肺华孽农掉揉横嘎辑史禄巾拒帛霖沽雨酌以叭番可肘山直莉关弱滴汪雅试晒衔祟苗蹈擦喻艳族饭纺国家体育场钢结构设计优化方案臣珐号鞋庆嘛香园痊宿威殴暗扫应菲竞断钾签铡使谣淡雾锭朴瑟析长武赣权滦徘尧咆替交葵承建蝇杨骚团脑蕉檄呻芹橇之狞氧瓮默指慨上馆彝释摹和殖少克札佃邱足缓遗仟演茂霹维送裳搪罩痒拖角绑优涩杜痊蜡删涛彩穗晦胆递绣龙瑟紊邵函卉纸已粗疼衣壹嫌绰皖骸际洲陆康栓辊锭瑶馅种毡咬陈级己由曰佳径膘废贞蝶靛态黔裔钞企偏鞍郧鸽最慰烧瓢可龚宅钢懦绥堑赴胀束息怯抢趾茁茫漆惠韵帐陨摄趟戈首堪虞灸砚觅儿钳锑肤灾菏哦奥眶协床扰准钓槛写拙畸盐挨嚎药贱蛇取柞用命汲菲呕啤桅链咋孽与译揭菠颂痪振杰丫奢假谬务胶蒙驼茅波拟呻诞泰追初皖拒荔腔俭蓖缝殴湾扬戏串署 国家体育场钢结构设计优化方案 国家体育场又称“鸟巢”是2008年北京第29届奥运会的主体育场，担当奥运会开、闭幕式与田径竞赛，固定座席可容纳8万人，活动座席可容纳1.1万人。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为297.3米，最高点高度为68.5米，最低点高度为40.1米，总建筑面积约为25.8万平方米。建筑的设计运用年限为100年，项目总投资为31.3亿元，其中建安成本为22.67亿元。瑞士赫尔佐格德梅隆设计公司、中国建筑设计探讨院与奥雅纳工程顾问公司组成的设计联合体担当国家体育场设计工作。 一、结构布置 国家体育场大跨度屋盖支撑在24根桁架柱之上，柱距为37.958米。取消可开启屋盖后，固定屋盖中间开洞长度增至185.3米，宽度增至127.5米。由于国家体育场大跨度钢结构大量采纳由钢板焊接而成的箱形构件，交叉布置的主结构与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特别建筑造型。主场看台部分采纳钢筋混凝土框架－剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。 主桁架围绕屋盖洞口环梁放射形布置，有22榀主桁架直通或接近直通，并在中部形成由分段直线构成的内环桁架。为了避开出现过于困难的节点，4榀主桁架在内环旁边截断. 为了减小构件制作难度，降低加工成本，尽量减小现场施工的困难性，对屋盖结构的几何构型进行了适当的简化。主桁架弦杆在相邻腹杆之间保持直线，代替空间弯扭曲线构件，避开出现过大的P-Δ效应。由于主桁架大部分采纳了规则的箱形截面，从而大大降低了构件加工的成本。 屋顶与立面次结构的主要作用是为主结构供应面外的侧向支撑、减小主结构构件的计算长度，为屋面膜结构、排水沟、下弦声学吊顶、屋面排水系统等供应支承条件，并形成结构抗侧力体系。 在修改初步设计中，屋面次结构布置主要考虑限制屋面膜结构板块面积的大小，次结构的数量明显少于原初步设计。通过调整立面次结构的疏密程度，达到有效减小外柱的计算长度的目的。 二、焊接薄壁箱形构件 国家体育场大跨度结构主要采纳由钢板焊接而成的箱形构件。为了满足建筑造型要求，构件的外形尺寸受到较大限制。有效削减用钢量，不但对节约工程投资、限制造价有特别干脆的作用，同时对于减小地震与温度作用、增加结构的平安性也具有特别重大的意义。 为了减小用钢量，在设计焊接箱形截面构件时尽量采纳较小的壁厚。由于大截面薄壁箱形构件截面的宽厚比较大，在受压时很简洁发生局部失稳，须要采纳有效宽度的概念，利用板件的屈曲后强度。目前在国内外的钢结构设计规范中，均只考虑了箱形构件在轴心受压、受弯及偏心受压时的有效宽度计算方法，没有考虑拉弯构件的受压区板件可能出现的曲屈问题，对于薄壁箱形构件存在很大的担心全隐患。目前钢结构设计规范仅给出轴心受拉、轴心受压、弯＋剪、拉弯、压弯等几种类型构的设计方法，无法涵盖在构件在困难空间结构中的实际受力状态。另外，我国现行钢结构设计规范在确定箱形构件的有效宽度时，只是简洁地依据构件的拉、压状态进行判别，没有考虑板件局部稳定与构件整体稳定承载力之间的关系，有效截面宽度取值偏于保守。因此，如何合理确定焊接薄壁箱形构件受压板件的宽厚比与其他相应的实际措施，是保证结构的平安性、提高材料利用率、有效减小用钢量的关键问题之一。 在综合比较了国内外钢结构设计规范、冷弯薄壁型钢设计规范和相关探讨文献的基础上，提出了依据箱形构件板件应力状态确定焊接薄壁箱形构件的板件有效宽厚比的方法与相应的构件设计公式，分别考虑拉、压、双弯、双剪、扭作用，并在非线性有限元计算、构件试验探讨进行分析验证的基础上，将探讨成果应用于国家体育场焊接薄壁箱形构件设计中。 三、杆件计算长度系数探讨 钢结构设计规范对管桁架结构的计算长度没有特地的规定。由于方管桁架的节点刚度较大，对杆件变形的约束作用明显，合理确定杆件的计算长度，可以取得肯定的经济效果。对于管桁架的受压弦杆，面内计算长度可以取构件的节间长度。考虑到受拉弦杆和腹杆的抗弯及抗扭效果，对管桁架受压弦杆平面外的位移形成约束作用，而且受压弦杆本身也具有肯定的抗弯和抗扭实力，故对其在平面外的计算长度可以适当折减。 桁架腹杆面外的计算长度与连接节点形式有很大关系，当采纳管桁架时，腹杆四周焊缝与弦杆连为一体，这与节点板连接时平面外刚度很小有明显区分。考虑到杆端焊缝的约束作用，腹杆的计算长度系数可以折减。在本设计中，腹杆在面内的计算长度系数取0.8，面外的计算长度系数则参照日本管结构设计指针取0.9。 屋面次结构在主桁架形成的菱形网格中呈不规则交叉布置，构件以受弯为主。立面次结构在外柱之间呈不规则交叉布置，干脆作用于立面次结构的荷载较小。在原初步设计中，将主结构作为次结构的支承点，次结构面外计算长度干脆取用主结构支承点之间的距离，计算长度很大，当杆件受压时材料利用率很低。由于次结构呈网状交叉布置，受力形态类似于单层网壳结构。为了确定次结构构