寶安體育場(chǎng)顯示屏鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、 工程設(shè)計(jì)索采用D26高強(qiáng)鋼絞線,前側(cè)固定鋼索采用D32高強(qiáng)鋼絞線。 3計(jì)算結(jié)果3.1顯示屏模型計(jì)算結(jié)果使用有限元軟件MIDAS/GEN對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模分析,并使用板單元模擬主柱與鋼架間的鋼板受力。軟件中板單元基于MindlinReissnerPlateTheory理論開(kāi)發(fā),考慮了局部橫向剪切應(yīng)力的影響,因而結(jié)果較精確。D26與D32高強(qiáng)拉索定義為只受拉單元,索單元的彈性模量取為1.35X圖1結(jié)構(gòu)軸測(cè)布置105MPa o主柱與鋼架間鋼管斜桿由于主要受軸力,可定義為桁架單元。主柱下端為剛性支座,上端為柱與鋼架間采用鋼板連接,顯示屏鋼架與鋼板焊接三向固定鉸支座。的連接部位需要加強(qiáng),因此本工程中使用兩

2、個(gè)普通圖2為結(jié)構(gòu)在地震作用下的振型反應(yīng),可以看槽鋼14a背對(duì)背焊接于鋼板兩側(cè)。鋼柱與顯示屏出,結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗側(cè)剛度較大。第一振型并鋼架連接斜桿尺寸從上至下分別為￥133×65、未出現(xiàn)扭轉(zhuǎn),證明外部拉索有效地限制了顯示屏結(jié)￥108X 6及￥76×5熱軋無(wú)縫鋼管。顯示屏后側(cè)4根鋼構(gòu)在地震下的扭轉(zhuǎn)。 a-1階振型,T一0.273s;b一2階振型.T=0.168sC-3階振型,T=0.129s;d-4階振型,T一0.120s圖2鋼結(jié)構(gòu)在地震作用下的前4階振型如圖3所示,在包含正面風(fēng)荷載的組合工況作用下,顯示屏鋼結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出良好的抗側(cè)剛度,位移得到了很好的控制,且最大位移出現(xiàn)在靠

3、近兩側(cè)的下端構(gòu)件,這也體現(xiàn)出添加主柱與鋼架間鋼管斜桿的優(yōu)點(diǎn),即能夠有效地限制斜桿端部鋼架結(jié)構(gòu)的位移。 圖3風(fēng)載控制組合作用下結(jié)構(gòu)的位移mm在上述工況作用下的構(gòu)件應(yīng)力分布云圖如圖4所示,可以看出,結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布較為均勻,構(gòu)件應(yīng)力的極大值出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的邊角處,這種現(xiàn)象在鋼板的上下端附近更為明顯。在鋼架內(nèi)部合理區(qū)域?qū)摪逖由熘龄摷芮皞?cè)的處理方法,可以有效地削弱應(yīng)力集中的趨勢(shì),使得鋼架與主柱形成整體,更好地共同抵抗外界荷載作用嘲。圖4風(fēng)載控制組合作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力云圖MPa圖5為位移統(tǒng)計(jì)圖的節(jié)點(diǎn)分布,各節(jié)點(diǎn)在4種風(fēng)荷載控制組合作用下的位移統(tǒng)計(jì)如圖6所示?？芍?在不同風(fēng)荷載組合作用下,結(jié)構(gòu)各構(gòu)件位移分布42鋼

4、結(jié)構(gòu)2010年第12期第25卷總第140期崔燦,等:寶安體育場(chǎng)顯示屏鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均勻,且由位移差求得的撓度滿足文獻(xiàn)63的要求。 4030E 20旨、簿IIl g(1擔(dān)一lf20-30圖5位移控制點(diǎn)分布辱:瓜I :i/.鼻一-5/壓I弋l/gLCB4黼gLCB“娥B(yǎng)QV/衙載工況心V、1一節(jié)點(diǎn)56012一節(jié)點(diǎn)556;3一節(jié)點(diǎn)537;4一節(jié)點(diǎn)452;5一節(jié)點(diǎn)549;6一節(jié)點(diǎn)558注:gl,CB4對(duì)應(yīng)工況為1.2DL+I.4WI。F;gLCB5對(duì)應(yīng)工況為1.2DI.+1.4WLB;gLCB8對(duì)應(yīng)工況為1.oDL+1.4WLFlgLCB9對(duì)應(yīng)工況為1.ODL+1.4WI。B;DL為恒荷載;WEE為正面風(fēng)

5、荷載;wIB為背面風(fēng)荷載。圖6不同工況節(jié)點(diǎn)位移統(tǒng)計(jì)表1為主柱下端剛性連接固定點(diǎn)支座反力。由表1可知,在風(fēng)載控制組合工況作用下,主柱的下端固定點(diǎn)支座反力較大,由于整體結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載的作用非常敏感,顯示屏有可能對(duì)體育場(chǎng)主體結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生較大的影響。因此,有必要將顯示屏鋼架模型加入到體育場(chǎng)整體模型中,進(jìn)而對(duì)整體結(jié)構(gòu)的受力進(jìn)行更深入的研究探討。表1主柱下端固定點(diǎn)支座反力衙載Fx/Fv/Fz/J喙/腳/Mz/節(jié)點(diǎn)組合kNkNkN(kN.t11(1【N.蚰(¨.1113.2體育場(chǎng)整體模型計(jì)算結(jié)果使用大型有限元軟件STRAND 7將顯示屏鋼架模型加入體育場(chǎng)整體模型中,并對(duì)鋼架的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,采用單一

6、平面內(nèi)的框架進(jìn)行模擬,為使計(jì)算結(jié)果更加精確,將鋼框架組成構(gòu)件的彈性模量適當(dāng)加大,以模擬在荷載作用下的鋼架變形。并且將恒載、活載及風(fēng)衙載與原體育場(chǎng)整體模型的荷載工況進(jìn)行統(tǒng)一。計(jì)算得到風(fēng)荷載控制荷載組合下,鋼架以及與鋼架發(fā)生聯(lián)系的主體鋼結(jié)構(gòu)的位移等值線如圖7所示。圖7整體分析結(jié)構(gòu)位移mill由位移等值線可知,原體育場(chǎng)主體鋼結(jié)構(gòu)與顯示屏鋼結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載組合工況下的位移疊加,導(dǎo)致局部主體結(jié)構(gòu)位移增大,結(jié)構(gòu)最大位移為56mm,撓度為L(zhǎng)/680,仍處于文獻(xiàn)-63規(guī)定的撓度容許值L/400以內(nèi),結(jié)構(gòu)位移滿足要求。表2為主柱上下端支座在控制荷載組合作用下的支座反力,在該工況下,顯示屏鋼架對(duì)整體結(jié)構(gòu)的受力影響十分

7、明顯。此時(shí)主柱的柱腳支座反力已經(jīng)接近其正常使用極限狀態(tài)。由于柱腳節(jié)點(diǎn)荷載較大且是受力復(fù)雜的關(guān)鍵部位,其可靠性直接關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全,故有必要對(duì)主柱柱腳進(jìn)行強(qiáng)度復(fù)核7|。3.3柱腳模型計(jì)算結(jié)果由于在以上計(jì)算模型中該主柱下端均考慮為半剛性連接,為保證計(jì)算結(jié)果的精確性,柱端錨栓的設(shè)計(jì)必須按接近剛接的形式進(jìn)行節(jié)點(diǎn)計(jì)算,而不宜僅作簡(jiǎn)化計(jì)算鄧。因此,需要對(duì)接近實(shí)際受力狀況的柱腳模型進(jìn)行分析,以判定其能否保持較為良好的半剛性連接。使用有限元軟件STRAND 7建立柱腳的有限元模型,并采用表2中所列支座反力作為柱腳模型的外荷載。經(jīng)計(jì)算分析,柱腳在最不利荷載工況下的VonMises應(yīng)力云圖及位移云圖如圖8及圖

8、9所示。Steel Construction.2010(12。V01.25。No.14043工程設(shè)計(jì) 圖8柱腳VonMises應(yīng)力云圖MPa 圖9柱腳位移云圖mm如圖8所示,鋼柱柱腳整體受力性能良好,僅在加勁肋與柱交界處局部出現(xiàn)應(yīng)力集中,其他部分應(yīng)力值均較小,結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。由圖9可以看出,鋼柱柱腳在最不利荷載組合作用下僅發(fā)生微小位移,整體位移分布均勻,且柱腳底板的位移均接近于零。對(duì)應(yīng)表2中下端支座的支座反力,在最不利荷載工況下,柱腳錨栓的最大拉應(yīng)力為194.9MPa,小于錨栓材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。綜上所述,柱腳能較好地滿足與下部混凝土結(jié)構(gòu)剛性連接的要求,且本文所取模型能夠精確模擬結(jié)構(gòu)在荷載作用

9、下的真實(shí)反應(yīng)。4結(jié)論1在大型建筑物中添加受風(fēng)面積較大的構(gòu)筑物時(shí)(如大型顯示屏,宜考慮包含風(fēng)荷載組合工況下構(gòu)筑物對(duì)整體結(jié)構(gòu)受力的影響。2建筑物結(jié)構(gòu)中柱腳節(jié)點(diǎn)是受力復(fù)雜且荷載較大的關(guān)鍵部位,對(duì)于類似本文討論的大型顯示屏鋼結(jié)構(gòu)支撐柱的柱腳,應(yīng)對(duì)其受力進(jìn)行細(xì)致的驗(yàn)算分析。3鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視結(jié)構(gòu)選型。寶安體育場(chǎng)LED顯示屏鋼結(jié)構(gòu)采用了較為合理的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系,且在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分利用了鋼架周邊結(jié)構(gòu)的輔助受力作用,使得由安裝方式所帶來(lái)的低效傳力形式問(wèn)題得到有效解決,最終得出了符合結(jié)構(gòu)安全、實(shí)用性以及外觀需求的設(shè)計(jì)方案。參考文獻(xiàn)計(jì)J.鋼結(jié)構(gòu),2009,24(10:3638.2GB 500092001建

10、筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范S.E33馮振宇,趙振宇,賀宏斌,風(fēng)荷載作用F高速公路廣告牌的力學(xué)分析J.建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2009.26(4:100107.4Sehueller W.The Design of Building StructuresM.PearsonEducation,1996:330.5FormesM.Dunod Presses。Paris:1983:57.E6GB 500172003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范Is.7-1劉沈如。張其林.軸心受拉柱腳節(jié)點(diǎn)受力性能有限元分析J.建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展.2008。10(4:5055.8-1周學(xué)軍。張祥龍.半剛性連接鋼框架結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用J.山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2

11、003,18(2:8588.深圳將辦鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)交流會(huì)由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部科技發(fā)展促進(jìn)中心主辦的多層.高層(超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅暨配套技術(shù)交流會(huì)于2010年11月1921日在深圳召開(kāi)。本次會(huì)議的主要內(nèi)容為:鋼結(jié)構(gòu)住宅的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì).鋼結(jié)構(gòu)住宅技術(shù)規(guī)程,鋼結(jié)構(gòu)住宅焊接及防火技術(shù)應(yīng)用。多、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)應(yīng)用,多層及高層鋼結(jié)構(gòu)房屋抗震設(shè)計(jì)規(guī)范淺析,超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn),多層、高層(超高層鋼結(jié)構(gòu)住宅的抗震構(gòu)造措施,鋼結(jié)構(gòu)住宅的工程案例,新產(chǎn)品、新技術(shù)、新設(shè)備廠家的演示交流等。44鋼結(jié)構(gòu)2010年第12期第25卷總第140期 寶安體育場(chǎng)顯示屏鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作者:崔燦, 孫文波,

12、 周偉星, 朱昊梁, Cui Can, Sun Wenbo, Zhou Weixing, ZhuHaoliang作者單位:崔燦,周偉星,朱昊梁,Cui Can,Zhou Weixing,Zhu Haoliang(華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院,廣州,510640;華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院,廣州,510640, 孫文波,Sun Wenbo(華南理工大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院,廣州,510640刊名:鋼結(jié)構(gòu)英文刊名:STEEL CONSTRUCTION年,卷(期:2010,25(12參考文獻(xiàn)(8條1.周學(xué)軍;張祥龍半剛性連接鋼框架結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用期刊論文-山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào) 2003(022.劉沈如;張其林軸心受拉柱腳節(jié)點(diǎn)受力性能有限元分析期刊論文-建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展 2008(043.GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范4.Mimram,Marc Structures et F