原创《钢织春茧深圳湾体育中心钢结构设计》：此文是一篇钢结构设计论文范文,为你的毕业论文写作提供有价值的参考。
工程概况
深圳湾体育中心位于深圳市深圳湾滨海休闲带中段,南山后海中心区东北角,深圳湾后海填海区内,毗邻香港,是2011年第26届世界大学生夏季运动会的开幕式场馆,也是深圳重点城市景观和公共活动空间.整个项目占地约30.74hm2,总建筑面积达25.6万m2,建成后便成为深圳市的又一座标志性建筑.该项目包括体育场、体育馆、游泳馆、运动员接待服务中心、体育主题公园及商业运营设施.体育场作为 预赛场,可容纳观众2万人(固定席),体育馆为乒乓球决赛场,可容纳观众1.3万人(固定席1万个),游泳馆为游泳训练池,可容纳观众2000(固定席500个).
深圳湾体育中心将3个主要设施“一场两馆”进行了一体化紧凑设计,寓意“春茧”的钢结构单层空间网壳,将体育场、体育馆、游泳馆三大设施覆盖在同一屋面下,整合出一种动态的体育建筑空间.最东端(体育场一边)结合深圳湾靠海的特点,大胆地“切”出了一个通透的剖面,横跨100多米,像一个开放的“落地窗”,让观众坐在体育场里就可以看到大海,而在这个剖面上设计的观景桥则是为了更加突出这种景观.
钢结构体系及特点
为便于理解,这里首先对树形柱的结构组成约定以下名称：①主干；②分叉(或分叉点、分叉位置)；③分枝.
1屋盖钢结构体系
深圳湾体育中心钢结构属超大跨度复杂空间结构,钢结构屋盖由单层网壳(体育场、大树广场及其他公共区域)、双层曲面网架(体育馆和游泳馆)及竖向支撑系统构成.
单层网壳为复杂的空间曲面网格结构,平面长532.7m,宽240.4m,相对落地点的最大高度为42.3m(落地点标高+6.000m).除大树广场外,整个屋面网壳由箱形截面构件(高700mm,宽450mm)直接“编织”而成的四边形网格构成,网格的平均尺寸约为4050mm.体育场开口范围长191.2m,宽147.4m,网壳最大悬挑跨度为38.71m(从树形柱分叉点算起的水平投影尺寸),位于体育场西侧.大树广场在落地点的直径为20.6m,花篮状编制的菱形网格(箱形截面构件的轮廓尺寸为400mm×300mm～500mm×350mm)和屋面网格自然衔接,网格平均尺寸为1550mm.由于曲面的复杂性和网格的生成机理,所有箱形截面构件都具有不同程度的空间弯扭特征.
双层网架为曲面形式的正交斜放四角锥网架,平面投影均为椭圆形.体育馆椭圆短轴104.3m,长轴116.9m,游泳馆短轴77.6m,长轴98.6m,网架高度分别为4.5m和3.5m.网架通过上弦环梁和单层网壳连接在一起.
竖向支撑系统包括四个部分,分别是：①支撑网壳的31棵4分枝树形柱,其中体育场西侧看台上的8棵树形柱主干为φ1500的钢管混凝土柱,分枝为φ900的钢管,其余位置的树形柱主干为φ600的4钢管柱,分枝为φ600的钢管；②支撑网架和网壳的V形柱(位于网架上弦环梁下),其中体育馆周边分布40个,游泳馆周边分布30个；③观景桥两侧的桥塔立柱；④下沉广场西立面幕墙柱.观景桥采用桁架结构(扁拱形,和上弦网壳对应),上下弦之间通过V形布置的腹杆连接.桥净跨102.8～107.3m,桁架最小高度11.2m,下弦距地最大高度30.4m.单层网壳除上述支撑体系外,周边及大树广场共分布125个落地支座,其中大树广场38个,其余位置87个.
体育馆和游泳馆 采用空腹桁架柱支撑的玻璃幕墙围护.幕墙柱间距为8.4m,除下沉广场西立面幕墙柱外,其余桁架柱柱顶通过长圆孔销轴和网壳相连(只传递水平荷载).幕墙柱之间通过竖向间距为6m的水平拉索联系,同时在幕墙的拐角及变形缝两侧分别设置了水平连系梁.水平连系梁和桁架柱形成一稳定体系.用来承受水平拉索的拉力.
2结构特点及设计难点
(1)整体结构尺度大,网壳局部悬挑大
由于结构双向尺度都较大,因此必然导致温度作用将对结构设计起主要控制.体育场周边网壳的最大悬挑跨度约为38.71m,而网壳面外刚度较小,导致该处向下(恒、风压)和向上(风吸)的位移都较大,成为整个网壳设计的关键位置.
(2)大量的箱形弯扭构件
单层网壳是基于复杂曲面生成的四边形网格结构,由于所有网壳构件均为箱形截面.为保证构件的中线位于曲面内,同时构件的截面方向垂直曲面,则导致大部分成为弯扭构件,即构件在弯曲的同时,还存在扭转,这给构件的设计,加工和安装均带来了很大困难和挑战.
(3)支撑种类多,结构各部分相互联系
31棵树形柱用来支撑网壳,减小网壳跨度：体育馆和游泳馆网架上弦和网壳相连,周圈的V形柱用来支撑网架和网壳；下沉广场幕墙柱用来支撑其上的网壳,而网壳则作为幕墙柱的侧向支撑；采用桁架形式的观景桥,上弦由网壳构件来充当.整个结构通过网壳相互联系,受力非常复杂.
(4)观景桥跨度大、刚度小,需进行舒适度设计
观景桥本身刚度不大,自振频率较低(1.65Hz),和人行频率(1.5～2.5Hz)较为接近,在人行激励下,可能引起桥的较大振动,从而导致行人的不舒适.因此应对其进行行人激励作用下的舒适度评估,必要的情况下采取适当的减振措施来提高观景桥的舒适度.另外,由于观景桥跨度较大,且呈扁拱形,对桥塔形成很大的侧向推力,也给观景桥的设计带来一定难度.
(5)节点类型多,关键节点设计复杂
由于整体结构的复杂性,深圳湾体育中心钢结构的节点类型多达十几种,其中主要的节点类型包括：网壳节点、网壳落地节点、树形柱柱脚节点、树形柱分叉节点、树形柱分枝和网壳连接节点,V形柱柱脚节点、V形柱柱顶节点,观景桥和网壳连接节点等.对于一些关键节点,由于汇交杆件较多,构件之间的空间关系复杂,节点受力较大,导致节点设计难度很大.
钢结构方案设计历程
针对最初的设计方案,根据结构的静力分析结果,体育场网壳西侧悬挑端是整个单层网壳变形(主要为竖向变形)最大的地方,而结构模态分析和屈曲分析的结果也表明这里也是整个结构最薄弱的位置,且该位置的变形和构件承载力均无法满足设计要求.因此,如何减小此位置的结构变形,降低此区域构件的内力,成为设计中面临的一个关键问题.
对于所面临的问题,首先需要对结构的受力有一个定性的判断,分析导致出现问题的基本原因.体育场西侧网壳悬挑端成为结构的薄弱区域,有以下两个方面的原因：①此位置网壳悬挑跨度较大,由于结构本身为单层网壳,且为四边形网格,在悬挑跨度较大时,必然导致不合理的变形和内力结果；②树形柱位于看台范围,由于看台限制,分叉位置较高,导致分枝和水平面的夹角较小,且分枝长度较大；而若减小分枝长度,增大分枝和水平面的夹角,则又导致单层网壳的纯悬挑跨度(从分枝和网壳连接点算起的跨度)更大.
根据上述分析,要解决体育场网壳西侧悬挑端太过薄弱这一问题,需要从两个方面着手：①调整支撑体系；②调整屋面网壳.
1树形柱支撑体系
钢结构设计论文参考资料：
结论：钢织春茧深圳湾体育中心钢结构设计为关于钢结构设计方面的论文题目、论文提纲、钢结构设计图和施工图论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文。
