喀麦隆雅温得多功能体育馆屋盖结构设计

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会喀麦隆雅温得多功能体育馆屋盖结构设计“裴永忠“2朱丹1(1中国航空工业规划设计研究院．北京100011)(2．清华大学土术系，北京100084)摘要：喀麦隆多功能体育馆屋盖结构为周边环形曲面钢网壳和中间钢桁架组成异形屋盖结构体系。本文首先通过对该体育馆屋盖结构静动力分析．-分析了其受力特点；建设场地位于低烈度区，其设防烈度相当于中国规范中6度区，本文利用反应谱法对屋盖结构进行地震反应分析，井与静力荷载作用结果进行比较；最后根据风洞试验结果，指出此类复杂屋盖结构的表面风压分布特点，并按随机振动理论

2、对屋盖结构进行了风振响应分析。、关键词；阿壳结构，反应谱分析，风洞试验一、引言喀麦隆多功能体育馆系中国援助喀麦隆的一座5100人座的多功能体育馆，位于喀麦隆首都利雅得。建筑面积12707m2。其屋盖结构为周边环形曲面钢网壳和中间钢桁架组成异形屋盖结构体系。周边环形曲面钢网壳网格型式为近似的正放四角锥，采用焊接球节点，网壳厚度约2．5Ⅲ，最大悬挑9．624m：中间桁架部分为正放正交桁架，纵向为主桁架，环向为次桁架，节点相贯焊接，桁架中部设平面支撑。桁架厚度3．0m，纵向最大跨度约59．0Ⅲ，横向最大跨度约69．4m。网壳前部和中

3、间为柱点支承，后部和两侧拱脚落地支承。网壳周边屋面为铝板，中间桁架为采光板。屋盖平剖面图见图l。图2系网壳三维模型图。工业建筑2007增刊图1．体育馆屋盖网壳结构平剖面图第七届全国现代结构工程学术研讨会图2体育馆屋盖网壳结构三维模型图该网壳屋盖跨度大，体型异常复杂，而且不同形式网格组合在一起，支撑条件复杂，因而造成受力复杂。本文首先通过对该体育馆屋盖结构静动力分析，分析了其受力特点；建设场地位于低烈度区，其设防烈度相当于中国规范中6度区，本文利用反应谱法对屋盖结构进行地震反应分析，并与静力荷载作用结果进行比较；最后根据风洞试验

4、结果，指出此类复杂屋盖结构的表面风压分布特点，并按随机振动理论对屋盖结构进行了风振响应分析。二、静力分析(一)荷载标准值及荷载组合本工程建筑结构的安全等级为一级，设计使用年限为50年。其屋盖结构荷载标准值按如下考虑：屋盖恒载标准值：上弦(不含钢架自重)：0，5kN／m2’下弦吊顶：O．3kN／一，其它悬挂设备根扰实际荷载输入屋面活载标准值：0．5kN／《基本风压：0．50kN／m2，地面粗造度为B类。温差：+20℃．一15℃其荷载工况组合按如下考虑：(1)l_35x静载+0，7xl4活(2)1．2x静载+1．4x活(3)1．2

5、x静载+l_4x半跨活荷载(4)1_0x静载+l_4风(5)l-2x静载+1．4x活+0．6x1．4x风(6)1．2x静载+0．6x1．4x活+1．4x风(7)1．35x静载+O．7x1．4活+1．0温差(8)1．2x静裁+1．4x活+1．O温差(9)1．2x静载+1．3x地震荷载(二)静力分析结果屋盖结构静力分析采用网架计算分析程序sFcAD2000和通用有限元分析程序sAP2000计算。根据计算结果，该网壳屋盖具有一定的拱结构受力特点，拱脚具有很大的水平反力，尤其是前部支承柱，由于系悬臂柱，巨大的水平力给下部混凝土结构的处

6、理带来了很大困难．为此悬臂柱顶部设圈梁以抵抗水平为并保证结构整体性。但是由于其形状和支承条件均非常复杂，其受力又比一般规则拱结构或穹顶结构复杂的多·静力分析中间桁架的控制工况主要是竖向荷载控制．图3为工况(1)下网壳1一l剖面下的杆件内力图，由蚓可见，在竖向荷载下．中间桁架上弦受压，下弦受拉，而周边网壳则是上弦受拉，下弦受压，同时前部支座处弦杆承受很大压力。风荷载作用时周边网壳为正压，中间桁架主要负压(风吸力)，因此风工业建筑2007增刊第七届全国疏代结构工程学术研讨会荷载工况只对局部杆件有影响。屋盖结构的最大变形出现在中桁架

7、的跨中，最大竖向挠度88mm，约为跨度的l／670；周边悬臂端的最大竖向挠度26m，约为跨度的1／360。整个屋盖的竖向刚度较大．均满足规范要求。通过对温差作用的影响进行分析表明，由于支承柱和拱脚的水平刚度较人，温差对屋盖结构的杆件内力影响较大．主要集中在支承柱和拱脚支座附近的杆件，温差作用下的最大杆件内力达255kN。三、动力分析图3．屋盖1—1剖面杆件内力图(kN)图4．屋盖1—1剖面变形图(一)动力特性分析采用sAP2000程序进行动力特性分析，其前12阶周期见表1。由表中可见，该网壳的频谱十分密集。由于其形状和支承条件

8、复杂导致其振形比较复杂，第1阶振形主要以x方向为主，2阶振形主要以y方向为主，同时伴有扭转，3阶振形主要咀z方向为主，后面的振形则是表现出水平和蛏向的组合振形或扭转振形。，表1屋盖结构前12阶周期模态l23456周期(s)O5940．427041603590356O．342模