国家游泳中心“水立方”结构设计优化

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第6期建筑结构学报Vo1．26．No．62005年12月JournalofBuildingStructuresDec．20o5文章编号：1000—6869(2005)06—0013—07国家游泳中心“水立方"结构设计优化傅学怡，顾磊，杨先桥，余卫江2(1．中建国家游泳中心设计联合体，北京100029；2．浙江大学，杭州310027)摘要：国家游泳中心“水立方”的墙体和屋盖结构创造性地采用了新型多面体空问刚架结构体系，该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用圆

2、钢管，节点为焊接球节点。虽然结构的构成类似网架结构，但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆，而表现为类似空腹网架的刚接梁。杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩，弯曲应力大于轴向应力，所以结构的优化较为复杂。本文结合具体的结构设计，全面介绍了结构设计计算中的优化内容，包括：“强墙弱盖”优化，墙体杆件和屋盖杆件选用不同应力水平控制；截面类型优化，放弃加劲肋截面而改用紧凑型截面，充分发挥截面塑性，提高结构延性；几何构成“杂交”优化，将屋盖下弦贯通内墙，为减小屋盖与墙体交界处杆件过大的弯曲应力而附加少数腹杆，

3、形成局部汇交力系；“铰接”优化，采用铰接计算处理策略，将少数弯曲应力较大无法满足规范要求的杆件两端处理为铰接，加强其周围相关杆件，再刚接迭代计算，较好满足承载力要求；“强节点弱杆件”优化，提高结构延性，确保杆端焊缝破坏晚于杆件屈服。关键词：多面体空间刚架；强墙弱盖；截面优化；杂交优化；铰接优化；杆端加强中图分类号：TU328．04文献标识码：AStructuralDesignOptimizationofNationalSwimmingCenter“WaterCube”FUXueyi，GULei，YANGXi

4、anqiao，YUWeijianf(1．CSCECNationalSwimmingCenterDesignConsortium，Beijing100029，China；2．ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：PolyhedronspaceframestructureiscreatedandadoptedintheNationalSwimmingCenter“WaterCube”forthefirsttimeintheworld．Inwhich，r

5、ectangularhollowsectionsaleusedaschords，circularhollowsectionsareusedaswebmembersandweldedhollowballsareusedasjoints．Althoughtheformofthenewstructureislikespacetruss，thememberbehaviorisentirelydifferentfromthetrussmemberwhichmainlybearingaxialforce，thepoly

6、hedronspaceframememberislikethebeamwithrigidconnectioninVierondeeltruss．Thejointsarerigidly—conectednodesandthemembersalespaceframeelements．Elementforcescontainbendingmoment，axialforce，shearforce，torsionalmoment，themomentstressislargerthanalstress．Themaino

7、ptimizationsofthestructuraldesignispresentedinthispaperasfollows．“Strongwallandweakroof’’optimization，inwhichthecontrolstresslevelsinwallmembersarelowerthanthoseoftheroofmembers．Sectiontypeoptimization，thatisinsteadofusingtheoriginalsectionwithlongitudinal

8、stiffener，thecompactsectionisadopted，andtheplasticpropertyofcompactsectionisutilizedSOastoenhancethesectionductility．Hybridoptimizationofgeometricconstitution，thatistodecreasethebendingstressesofmembersnearth