濟(jì)南奧體中心體育場(chǎng)為2009年第十一屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)的主賽場(chǎng)。該工程為一大型復(fù)雜的體育建筑，基礎(chǔ)為人工挖孔樁，下部為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，上部鋼結(jié)構(gòu)懸挑罩棚采用折板型懸挑空間桁架結(jié)構(gòu)受力體系，通過(guò)內(nèi)、外支座支承于下部混凝土結(jié)構(gòu)的型鋼混凝土柱.本文通過(guò)總裝模態(tài)分析確定下部混凝土結(jié)構(gòu)選型及分縫，針對(duì)混凝土超長(zhǎng)采取有效的技術(shù)措施和詳細(xì)的溫度應(yīng)力分析。并重點(diǎn)介紹了上部鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)成.對(duì)整體結(jié)構(gòu)在重力、風(fēng)、地震、溫度等多種荷載作用下的變形受力性能進(jìn)行了詳細(xì)分析，并進(jìn)行大跨空間結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌分析.總結(jié)了一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，特別是大跨結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可供同類(lèi)工程參考。

　　濟(jì)南奧林匹克體育中心位于濟(jì)南市東部新區(qū)，占地約75公頃，為2009年第十一屆全國(guó)運(yùn)動(dòng)會(huì)主會(huì)場(chǎng).體育中心分為東、西兩區(qū)，東區(qū)為體育館、游泳館及網(wǎng)球中心，體育場(chǎng)位于體育中心西側(cè)(圖1)。

　　主體育場(chǎng)建筑面積154323mz，規(guī)模為60000座，平面形狀近似橢圓，長(zhǎng)軸長(zhǎng)約360m，短軸長(zhǎng)約310m，結(jié)構(gòu)寬度約88m.在建筑造型上充分體現(xiàn)濟(jì)南市的地域、文化特色，以濟(jì)南市的市樹(shù)“柳樹(shù)”為主題，將垂柳柔美飄逸的形態(tài)固化為建筑語(yǔ)言，以“柳葉”為主題的結(jié)構(gòu)單元成組序列布置，韻律中富于變化。

　　該工程2006年8月通過(guò)初步設(shè)計(jì)審查，2006年10月通過(guò)全國(guó)抗震超限審查，2007年12月主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，中國(guó)建筑科學(xué)研究院進(jìn)行了總裝結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究和節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究驗(yàn)證。

　　基礎(chǔ)采用人工挖孔灌注樁;下部為看臺(tái)及各功能用房，采用鋼筋混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系;上部鋼結(jié)構(gòu)分為東西兩個(gè)獨(dú)立的、平面為月牙形的鋼結(jié)構(gòu)懸挑罩棚，采用折板型空間懸挑桁架結(jié)構(gòu)，通過(guò)內(nèi)、外支座支承于下部砼結(jié)構(gòu)的型鋼砼柱。

　　1、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

　　本工程擬建場(chǎng)地土層自上而下依次為黃土層、粘質(zhì)粉土層、卵石土層、石灰?guī)r層，其中黃土層為非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，濕陷等級(jí)為I級(jí).根據(jù)擬建場(chǎng)地土層分布、各土層力學(xué)性能及上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具體情況，本工程采用人工挖孔灌注樁，一柱一樁，樁端持力層為石灰?guī)r層，樁徑①800mm、∞1200mm、①1600mm、中2000mm四種，樁長(zhǎng)約18m.單樁豎向承載力特征值按樁端巖層的完整性及樁徑不同，最小3800kN，最大5700kN.樁端按下伏基巖的完整性不同，采用人巖500ram(完整、較完整)或樁端擴(kuò)底入巖(破碎、較破碎)處理。

　　2、下部混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　2.1結(jié)構(gòu)體系及選型

　　設(shè)計(jì)前期，結(jié)合工程實(shí)際情況及露天結(jié)構(gòu)的工程習(xí)慣做法，下部混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置8條永久縫劃分為8個(gè)結(jié)構(gòu)單元，如圖2(a)所示.每個(gè)獨(dú)立的混凝土結(jié)構(gòu)單元均采用約12m柱網(wǎng)的純框架結(jié)構(gòu).上部一片鋼結(jié)構(gòu)罩棚支撐于下部三個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)單元上.永久縫采用雙柱形式，以期減少下部結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力。

　　結(jié)構(gòu)總裝分析結(jié)果(表1、圖3)表明：

　　(1)下部混凝土結(jié)構(gòu)采用純框架，剛度偏差，扭轉(zhuǎn)剛度較弱，與上部鋼結(jié)構(gòu)剛度接近，上下部結(jié)構(gòu)平動(dòng)振型密集、豐滿;混凝土斜看臺(tái)平面內(nèi)較大的軸向、剪切剛度造成結(jié)構(gòu)剛度偏心，下部混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為第一振型。

　　(2)支承于上部鋼結(jié)構(gòu)的三個(gè)獨(dú)立混凝土結(jié)構(gòu)單元之間的相對(duì)振動(dòng)的振型對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)有較大不利影響。

　　(3)總裝分析第2振型為混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)主振型.上部鋼結(jié)構(gòu)主振型無(wú)法獨(dú)立體現(xiàn)，主要由于下部混凝土分縫后各結(jié)構(gòu)單元振型(周期大約為1.3s)與上部鋼結(jié)構(gòu)該振型(周期大約1.2s)相近，上、下部振型耦合;第3振型為下部?jī)蓚?cè)混凝土結(jié)構(gòu)單元相向振動(dòng)，第4振型為下部中間砼單元與兩邊砼單元的相對(duì)振動(dòng)，均對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)影響極為不利。

　　為解決以上問(wèn)題，下部混凝土結(jié)構(gòu)改為設(shè)置四條永久縫，劃分為四個(gè)結(jié)構(gòu)單元，東西兩個(gè)罩棚分別支承于東西兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元上，其分縫示意圖如圖2(b)所示，并利用建筑較均勻布置的兩側(cè)樓電梯間布置混凝土墻體，形成承載力及延性均較好的混凝土簡(jiǎn)體為混凝土結(jié)構(gòu)主抗側(cè)力構(gòu)件，結(jié)構(gòu)中部不布置混凝土簡(jiǎn)體，以利于減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，其模態(tài)如表2所示。

表2 四條縫方案整體結(jié)構(gòu)模態(tài)

　　由表2可知，整體結(jié)構(gòu)第1～10階振型質(zhì)量參與較少，主要為鋼結(jié)構(gòu)平動(dòng)以及扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，與單獨(dú)鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型基本相同，由于支座條件的改變，周期稍微有所增長(zhǎng).第11振型為整體混凝土結(jié)構(gòu)的環(huán)向平動(dòng)疊加扭轉(zhuǎn).第12振型為整體混凝土結(jié)構(gòu)的徑向平動(dòng)。

　　A區(qū)地上六層，C區(qū)地上五層，B、D區(qū)地上四層.土0.00以上最高36.07m.各區(qū)豎向構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C60～C40，梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C30;各區(qū)樓(屋)蓋均采用寬扁梁+大開(kāi)問(wèn)平板，砼看臺(tái)利用建筑踏步采用密肋梁樓蓋.A區(qū)結(jié)構(gòu)三維圖如圖4所示。

圖4 A區(qū)混凝土結(jié)構(gòu)三維模型

　　2.2主要計(jì)算內(nèi)容

　　應(yīng)用ETABS、SAP2000計(jì)算軟件進(jìn)行多模型(剛性、彈性樓蓋;單獨(dú)砼結(jié)構(gòu)、總裝結(jié)構(gòu))、多工況(重力施工模擬;風(fēng);單向偶然偏心小(中、大)震;雙向偶然偏心小(中、大震);小(中、大)震彈性時(shí)程分析;溫度)計(jì)算分析.計(jì)算結(jié)果表明下部混凝土結(jié)構(gòu)滿足相關(guān)規(guī)范、規(guī)程要求，可以滿足安評(píng)中震彈性的性能指標(biāo)。

　　2.3混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)針對(duì)性技術(shù)措施

　　2.3.1 減小上部鋼結(jié)構(gòu)與下部砼結(jié)構(gòu)振型耦合的技術(shù)措施

　　為避免下部混凝土結(jié)構(gòu)分縫過(guò)多(外露結(jié)構(gòu)的習(xí)慣做法)帶來(lái)的各混凝土結(jié)構(gòu)單元之間相對(duì)振動(dòng)的振型對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的不利影響，下部混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)置四條永久縫劃分為四個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元，東西兩個(gè)罩棚分別支承于東西兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元上.為避免下部混凝土結(jié)構(gòu)單元的基本振型與上部鋼結(jié)構(gòu)該方向上振型相近，上下結(jié)構(gòu)振型耦合、密集豐滿

　　帶來(lái)的不利影響，各結(jié)構(gòu)單元采用框架一筒體結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)下部結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，形成“上柔下剛”的結(jié)構(gòu)體系，有利于結(jié)構(gòu)抗震。

　　2.3.2減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的技術(shù)措施

　　(1)下部結(jié)構(gòu)選用框架一筒體結(jié)構(gòu)，且簡(jiǎn)體盡量布置在建筑的周邊，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭剛度;同時(shí)筒體的布置考慮斜看臺(tái)平面內(nèi)較大的軸向及剪切剛度帶來(lái)的結(jié)構(gòu)剛度偏心的影響。

　　(2)東西兩個(gè)結(jié)構(gòu)單元的中部不布置筒體，提高結(jié)構(gòu)抗扭性能。

　　(3)從嚴(yán)控制筒體墻在重力荷載作用下軸壓比<0.4。

　　(4)從嚴(yán)控制邊、角柱的軸壓比<0.5，提高邊、角柱構(gòu)造含鋼率(1.5%)。

　　(5)加大邊框架梁截面，提高周邊框架剛度。

　　2.3.3 減小A區(qū)頂層純框架剛度較弱帶來(lái)不利影響的技術(shù)措施

　　由于建筑功能的需要，A區(qū)建筑中部斜看臺(tái)沒(méi)有延伸到結(jié)構(gòu)頂層，而是通過(guò)砼斜折梁設(shè)立柱與鋼結(jié)構(gòu)上支座下的鋼管砼柱形成單跨框架支承上部鋼結(jié)構(gòu).該單跨框架剛度較弱.設(shè)計(jì)技術(shù)措施是，沿徑向在頂層每榀框架中加設(shè)250×800mm鋼筋混凝土斜撐，與斜看臺(tái)連成整體，結(jié)構(gòu)傳力更直接，增強(qiáng)該層結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，從而使上部鋼結(jié)構(gòu)受力更加均勻合理，有利于結(jié)構(gòu)抗震。

　　2.3.4減小超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)不利影響的技術(shù)措施

　　總裝結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力分析，加強(qiáng)配筋;留設(shè)后澆帶，從嚴(yán)控制后澆帶間距、低溫人模，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)、覆蓋;降低水泥用量，減小水灰比。

　　3、上部鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　3.1結(jié)構(gòu)體系及結(jié)構(gòu)構(gòu)成

　　鋼結(jié)構(gòu)罩棚采用了折板型懸挑空間桁架結(jié)構(gòu)體系，由環(huán)向間距6m的64榀徑向主桁架和9榀環(huán)向次桁架組成，落地墻面結(jié)構(gòu)為屋面折板結(jié)構(gòu)的延伸，屋面罩棚的前端根據(jù)建筑功能要求，由折板屋面改為平屋面.罩棚中部最大懸挑長(zhǎng)度約53m，根部桁架高度7m，兩側(cè)最小懸挑長(zhǎng)度約28m，根部高度5m;中間高、兩邊低，高差14m，最高點(diǎn)離地面約52m.主桁架采用圓管菱形組合截面，主桁架的斜腹桿布置為拉桿，直腹桿為壓桿，以減小桿件截面，節(jié)省用鋼量。

　　單片罩棚理論用鋼量2562.9t，按其覆蓋面積19000m2計(jì)134.9kg/m2;按屋面墻面展開(kāi)面積32000 m2計(jì)80kg/m2，其構(gòu)成如圖5所示，桿件截面見(jiàn)表3。

表3 桿件截面匯總

（a）平面圖

（b）立面圖

（c）剖面圖

圖5 鋼結(jié)構(gòu)罩棚平面、立面和剖面圖

　　為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定和側(cè)向抗扭剛度，除沿環(huán)向設(shè)置次桁架外，在桁架下弦平面設(shè)置了6道直徑50mm的預(yù)應(yīng)力棒鋼水平支撐.棒鋼初始預(yù)拉

　　力值以盡量減少預(yù)拉力并且確保結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度為原則，控制最不利工況時(shí)棒鋼的應(yīng)力水平‰amax<0.5f，amin>0.1 fy，fy為棒鋼強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值.經(jīng)反復(fù)調(diào)試，初始預(yù)應(yīng)力取0.2fy時(shí)，受力狀態(tài)最優(yōu)。

　　整個(gè)上部鋼結(jié)構(gòu)共64榀主桁架，支承于下部混凝土看臺(tái)32個(gè)柱.如果將上部6m間距鋼結(jié)構(gòu)直接落于下部混凝土結(jié)構(gòu)(柱網(wǎng)12m)，需要設(shè)置混凝土梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換.由于混凝土梁的彎曲剛度是有限的，這種結(jié)構(gòu)布置將造成上部結(jié)構(gòu)受力不均勻，桿件截面利用不充分.設(shè)計(jì)巧妙地采用了外支座外包混凝土的鋼結(jié)構(gòu)圓鋼管組合倒三角支承，與下部型鋼混凝土柱相連;內(nèi)支座四根圓鋼管組合成V形叉柱匯交于下部型鋼混凝土柱頂，如圖6所示，解決了這一問(wèn)題，同時(shí)提供了上部鋼結(jié)構(gòu)平面外抗側(cè)、抗扭剛度，且建筑造型優(yōu)美。

圖6 鋼結(jié)構(gòu)罩棚內(nèi)外支座

　　3.2荷載和計(jì)算模型

　　3.2.1荷栽取值及工況組合

　　(1)附加恒載：0.50kN/m2(金屬屋面+檁條+天溝、防水等)，懸掛荷載根據(jù)強(qiáng)弱電、暖通專(zhuān)業(yè)提供的設(shè)備重量及布置位置及馬道的平面布置確定。

　　(2)屋面活荷載：0.5kN/m2.

　　(3)雪荷載：S。=O.35kN/m2(100年重現(xiàn)期)。

　　(4)風(fēng)荷載：根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)范風(fēng)荷載取值雙控.W。=0.50 kN/m2(100年重現(xiàn)期).依據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)參考以往相關(guān)工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，屋蓋體型系數(shù)肫偏安全取一1.3(上吸風(fēng))和+0.5(下壓風(fēng))，風(fēng)振系數(shù)口=2.0。

　　(5)地震作用：工程抗震設(shè)防烈度6度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地為II類(lèi).考慮三向地震和單向偶然偏心影響.地震波按照《濟(jì)南奧林匹克體育中心工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告》[3]提供的結(jié)果輸入。

　　(6)溫度作用：依據(jù)業(yè)主提供的濟(jì)南市195l～1980年歷月氣溫統(tǒng)計(jì)材料，結(jié)合結(jié)構(gòu)自重、剛度生成的全過(guò)程，同時(shí)考慮砼的收縮、徐變，進(jìn)行全過(guò)程的施工模擬分析。

　　上述荷載工況，按照現(xiàn)行荷載規(guī)范相應(yīng)的規(guī)定進(jìn)行組合，共計(jì)48種組合.

　　3.2.2 計(jì)算模型

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用兩種計(jì)算模型：?jiǎn)为?dú)鋼結(jié)構(gòu)模型、總裝模型，鋼結(jié)構(gòu)與下部混凝土結(jié)構(gòu)連接采用剛接、鉸接兩種連接，均包絡(luò)控制。

　　構(gòu)件采用Frame單元，棒鋼水平支撐采用Cable單元.其中弦桿連續(xù)，腹桿、支撐均采用剛接、鉸接兩種連接.利用Membrane單元施加屋面荷載，該膜單元的質(zhì)量、重量及剛度均退為0。

　　3.3 主要計(jì)算結(jié)果

　　3.3.1 模態(tài)分析

　　表4、表5為上部鋼結(jié)構(gòu)單體分析、總裝分析的模態(tài)主要結(jié)果。

　　特點(diǎn)：

　　(1)結(jié)構(gòu)的第一周期1.198s，振型表現(xiàn)為Y向水平振動(dòng)，同時(shí)有局部扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。

　　(2)結(jié)構(gòu)第二周期0.735s，振型表現(xiàn)為X向水平振動(dòng)，同時(shí)罩棚中部豎向局部震蕩。

　　(3)從第三周期開(kāi)始，振型較為密集，表現(xiàn)為懸挑罩棚前段豎向振動(dòng)由單波向多波發(fā)展，豎向振動(dòng)頻率>1Hz。

　　3.3.2位移分析

　　各種組合工況下，上部結(jié)構(gòu)單體分析、總裝分析的結(jié)構(gòu)最大位移如表6所示.結(jié)構(gòu)的最大位移發(fā)生在罩棚中部最前端，節(jié)點(diǎn)最大向下位移306mm

　　3.3.3桿件內(nèi)力分析

　　上部鋼結(jié)構(gòu)單體分析、總裝分析桿件內(nèi)力、應(yīng)力及控制工況如表7、表8，圖7～圖9所示。

表7 單體分析桿件最大內(nèi)力

表8 總裝分析桿件最大內(nèi)力

圖7 單體分析桿件應(yīng)力比

圖8總裝分析桿件應(yīng)力比

圖9 桿件設(shè)計(jì)控制工況

　　分析：

　　(1)整個(gè)結(jié)構(gòu)除了支座及屋面、墻面弧線轉(zhuǎn)折區(qū)桿件存在較大彎矩外，其它桿件均以軸向受力為主，截面利用率高，結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)較好.

　　(2)桿件應(yīng)力比在0.1～O.3的桿件數(shù)量較多，基本為桁架的腹桿，由長(zhǎng)細(xì)比控制，其截面尺寸為①95×6和①127×6，占用鋼量比例很小，其余桿件應(yīng)力比集中在0.4～O.7之間，結(jié)構(gòu)的桿件應(yīng)力水平分布較為合理。

　　(3)根據(jù)桿件位置的不同，總裝分析桿件軸力相比單體分析有不同程度的增大，主桁架弦桿增大約15%"-,25%，其中轉(zhuǎn)折處弦桿增大40%～50%，平板、折板次桁架下弦桿件增大約15%.上部鋼結(jié)構(gòu)總裝分析得到的桿件內(nèi)力大于單獨(dú)鋼結(jié)構(gòu)分析。

　　3.4整體穩(wěn)定分析

　　本工程計(jì)算了線性屈曲及幾何非線性屈曲兩類(lèi)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問(wèn)題，考慮了(1)恒+活、(2)恒+負(fù)風(fēng)兩種不利標(biāo)準(zhǔn)組合工況。

　　上部鋼結(jié)構(gòu)線性屈曲模態(tài)如圖10所示.

圖10 各工況結(jié)構(gòu)一階線性屈曲模態(tài)

　　(1)工況下，其一階線性屈曲模態(tài)的特征值14.59，屈曲模態(tài)表現(xiàn)為懸挑長(zhǎng)度最大部位的主桁架下弦桿件發(fā)生面外屈曲，反算桿件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為0.9，設(shè)計(jì)時(shí)取1;

　　(2)工況下，結(jié)構(gòu)中部墻體構(gòu)件發(fā)生面外屈曲，線性屈曲臨界荷載系數(shù)12.85，構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)為1.8，設(shè)計(jì)時(shí)取2。

　　本工程按《網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程》[5]的要求，還進(jìn)行了幾何非線性穩(wěn)定分析.利用SAP2000和AN—SYS兩種有限元分析軟件，分析時(shí)通過(guò)修改單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)的方式來(lái)考慮初始幾何缺陷對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性承載力的影響.初始幾何缺陷按線性屈曲分析中第一階模態(tài)分布，最大缺陷值取位移最大點(diǎn)桁架懸挑長(zhǎng)度的1/150.經(jīng)計(jì)算，結(jié)構(gòu)的幾何非線性屈曲系數(shù)6.95>5，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求。

　　3.5節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　本工程鋼結(jié)構(gòu)大部分節(jié)點(diǎn)采用鋼管相貫焊接節(jié)點(diǎn).為滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)思想，確保節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)安全、可靠，節(jié)點(diǎn)應(yīng)力水平按以下兩個(gè)原則控制：

　　(1)匯交桿件應(yīng)力水平較高(>0.7fy)的匯交節(jié)點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)應(yīng)力水平(最不利工況下)不超過(guò)匯交桿件最高應(yīng)力水平的0.8倍;

　　(2)匯交桿件應(yīng)力水平較低(<0.7f,)的匯交節(jié)點(diǎn)，滿足節(jié)點(diǎn)極限承載力為最不利工況受力的2.4倍。

　　通過(guò)ANSYS分析，對(duì)節(jié)點(diǎn)區(qū)采取擴(kuò)大相貫節(jié)點(diǎn)區(qū)、節(jié)點(diǎn)板加強(qiáng)等措施，滿足塑性鉸發(fā)生發(fā)育在桿端內(nèi)0.5D～D區(qū)域(D管徑)或滿足彈性大震性能指標(biāo)，符合“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)理念。

　　由于建筑造型的需要，部分相貫節(jié)點(diǎn)因相貫角度較小、相貫線較長(zhǎng)而采用鑄鋼節(jié)點(diǎn).鑄鋼節(jié)點(diǎn)與圓鋼管熔透焊的典型示意如圖11所示。

　　由于鑄鋼鋼材強(qiáng)度一般略低于相連構(gòu)件強(qiáng)度，且鑄鋼材質(zhì)差異性較大，為保證鑄鋼節(jié)點(diǎn)焊接區(qū)的安全，提高整體結(jié)構(gòu)抗震延性，參考“水立方”相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)鑄鋼與圓鋼管的連接節(jié)點(diǎn)提出如圖11所示貼板加強(qiáng)措施——瓦片內(nèi)襯，以降低鑄鋼焊接區(qū)應(yīng)力，迫使塑性鉸外移，通過(guò)了中國(guó)建筑科學(xué)研究院的試驗(yàn)研究驗(yàn)證。

圖11 下支座鑄鋼節(jié)點(diǎn)連接示意圖

　　4、整體結(jié)構(gòu)溫度作用分析

　　(1)對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的影響.最不利組合時(shí)，正溫作用，有42根桿件應(yīng)力比0.9～1，負(fù)溫作用，有22根桿件應(yīng)力比0.9～1，考慮到風(fēng)與溫度效應(yīng)已組合，同時(shí)出現(xiàn)最大值的概率很小，現(xiàn)設(shè)計(jì)有足夠的安全度。

　　(2)對(duì)下部混凝土結(jié)構(gòu)的影響.溫度變化時(shí)，結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別向內(nèi)收縮或向外膨脹，在結(jié)構(gòu)的平面剛心附近會(huì)形成一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)，離不動(dòng)點(diǎn)越遠(yuǎn)，樓蓋變形越大，梁柱剪力、彎矩越大，而對(duì)于樓蓋則是越靠近不動(dòng)點(diǎn)受力越大，同時(shí)由于首層受到基礎(chǔ)的約束，內(nèi)力較其他樓層大.邊柱溫度作用下彎矩最大值為1108kN·m，剪力最大值為232kN，在有溫度參與組合作用下，邊柱縱筋配筋率0.6 O%～1%.溫差使結(jié)構(gòu)兩側(cè)產(chǎn)生較大變形，兩端筒體約束了變形，故筒體在溫度作用下將產(chǎn)生較大應(yīng)力.溫度作用組合下，兩端筒體墻配筋加大至壬Θ18@100.筒體墻配筋設(shè)計(jì)需考慮溫度作用及其組合。

　　(3)對(duì)鋼、混凝土連接界面構(gòu)件的影響.溫度作用下，上部鋼結(jié)構(gòu)、下部混凝土結(jié)構(gòu)以各自平面內(nèi)抗側(cè)力剛心為不動(dòng)點(diǎn)收縮或膨脹，由于上部鋼結(jié)構(gòu)與下部砼結(jié)構(gòu)的溫度作用不動(dòng)點(diǎn)的位置不同，上部鋼結(jié)構(gòu)與下部砼結(jié)構(gòu)將發(fā)生相對(duì)差異變形，鋼、砼連接界面構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)將受到局部溫度應(yīng)力，設(shè)計(jì)予以適當(dāng)加強(qiáng).減小溫度、收縮效應(yīng)的措施：混凝土低溫入模合攏、鋼結(jié)構(gòu)低溫合攏、設(shè)后澆帶及溫度構(gòu)造筋。

　　5、整體結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌分析

　　鑒于本工程的重要性，進(jìn)行三種情況的連續(xù)倒塌分析：鋼結(jié)構(gòu)下支座失效、鋼結(jié)構(gòu)上支座失效及上部鋼結(jié)構(gòu)外支座落地型鋼混凝土柱失效.各計(jì)算模型如圖12所示.荷載組合參考美國(guó)有關(guān)抗連續(xù)倒塌的規(guī)定采用1.05自重+1.05附加恒荷載+O.35活荷載。

圖12 連續(xù)倒塌計(jì)算模型

　　計(jì)算分析表明，鋼結(jié)構(gòu)下支座破壞對(duì)整體結(jié)構(gòu)承受重力荷載的性能影響較小，結(jié)構(gòu)具有較好的抗連續(xù)倒塌的能力;鋼結(jié)構(gòu)上支座破壞對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能有一定影響，主要體現(xiàn)在與破壞支座相連的腹桿承受較大的彎矩，應(yīng)力水平有一定的提高，考慮到偶然荷載下材料強(qiáng)度的提高，整體結(jié)構(gòu)仍有較好的抗連續(xù)倒塌能力;落地型鋼砼柱破壞對(duì)結(jié)構(gòu)有較大影響，與破壞柱相鄰的柱軸力增大，與破壞柱相連的框架梁遠(yuǎn)端支座負(fù)彎矩有較大增加，梁的承載力不能滿足基本彈性要求，需適當(dāng)加強(qiáng)，同時(shí)需加強(qiáng)梁柱鋼筋的錨固搭接，以滿足抗連續(xù)倒塌要求。

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　(1)大跨空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行總裝分析至關(guān)重要.總裝分析能夠正確揭示上下部結(jié)構(gòu)在重力、風(fēng)、地震、溫度等多種荷載作用下的變形受力性能，確保結(jié)構(gòu)安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

　　(2)單片罩棚理論用鋼量2562.9t，按其覆蓋面積19000m2計(jì)134.9kg/m2，按展開(kāi)面積32000 m2計(jì)80kg/m2.

　　(3)本工程采用的折板型懸挑空間桁架結(jié)構(gòu)體系抗連續(xù)倒塌性能較好。

　　(4)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)溫度收縮效應(yīng)影響存在，混凝土低溫入模合攏、鋼結(jié)構(gòu)低溫合攏、設(shè)后澆帶、溫度構(gòu)造筋等技術(shù)措施十分必要。

　　(5)復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)十分關(guān)鍵，應(yīng)通過(guò)有限元分析，精心設(shè)計(jì)。

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