雙曲拋物面扭殼工程實例

1、雙曲拋物面扭殼工程實例華南理工大學(xué)體育館班級：10建筑學(xué)姓名：滕超學(xué)號：1041401073簡介： 華南理工大學(xué)體育館位于廣州大學(xué)城，總建筑面積12377平方米，設(shè)有坐席5632個，可作為大型運動會的乒乓球比賽館。在造型設(shè)計上，由四個扭殼組合而成的反曲屋面呈現(xiàn)出流暢的造型和蓬勃向上的生命力,2010廣州亞運會柔道和摔跤項目將在該場館舉行。區(qū)位圖：平面布局： 華南理工大學(xué)體育館作為體育場設(shè)施，其功能要求就是能滿足大量觀眾觀演大型體育競技運動的大空間和大跨度。因此屋蓋采用預(yù)應(yīng)力混凝土大斜柱和預(yù)應(yīng)力混凝土雙曲拋物面扭殼相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)平面被四組大斜柱劃分為4片扭殼，每塊扭殼水平投影均為平行四邊

2、形。造型： 華南理工大學(xué)體育館的造型奇特，線條優(yōu)美流暢，仿佛一只展翅欲飛的雄鷹。由于四組大斜柱以及薄板的厚度不均（薄板厚度為130mm，在距離邊緣構(gòu)件3m的范圍內(nèi)逐漸增厚至200mm），所以建筑的造型呈現(xiàn)左右對稱，前后不對稱的優(yōu)美曲線造型。造型： 整個立面由豎向的大立柱作為主要元素，柱與柱之間則通過玻璃連接，在滿足功能和采光要求的同時形成通透開敞的視覺效果，配合輕巧單薄的曲面屋板，使整棟建筑既輕巧靈活又不失穩(wěn)固。體育館夜景結(jié)構(gòu)分析： 華南理工大學(xué)體育館的結(jié)構(gòu)設(shè)計綜合了風(fēng)荷載、地震作用、溫度變化和使用荷載等因素，通過一系列模態(tài)分析，達(dá)到與施工相符合的程度，確保結(jié)構(gòu)的合理與穩(wěn)固。 主結(jié)構(gòu)為四根預(yù)應(yīng)

3、力大斜柱和預(yù)應(yīng)力混凝土雙曲拋物面扭殼相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，四根大斜柱在屋頂中央處與大橫梁連接，形成人字架，柱腳采用預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿連接，以承受水平推力。 四根主結(jié)構(gòu)的大斜柱在屋頂中央和大橫梁相連。殼中應(yīng)力控制 雙曲拋物面扭殼為負(fù)高斯曲率薄殼，其特點是殼體中存在拉應(yīng)力，由于混凝土抗拉能力差，如不加以控制，將存在產(chǎn)生裂縫的可能，影響結(jié)構(gòu)的耐久性及安全。殼體內(nèi)最大軸力約270 kN/m，為此，在殼體中面位置沿直母線布置雙向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋4 15 s15. 2 600，考慮30% 的預(yù)應(yīng)力損失后預(yù)應(yīng)力筋可提供213 kN/m 的壓力，基本可消除殼體內(nèi)的大部分拉應(yīng)力。殼體內(nèi)單位長度最大彎矩約9. 4 kNm

4、m 1，殼體中實配雙層雙向普通鋼筋10150，板厚130 mm，Mk = 20. 8 kNmm 1，安全系數(shù)為2. 2。距離邊緣構(gòu)件3. 6 m 范圍內(nèi)彎矩和拉應(yīng)力較大，最大彎矩為36. 8 kNmm 1 ，故輔以局部加強配筋10 150。殼體板厚漸加大至200 mm，Mk = 68. 4 kNmm 1，安全系數(shù)為1. 8。以上安全系數(shù)比規(guī)范要求略大。殼面混凝土收縮應(yīng)力控制： 殼體平面尺寸較大，達(dá)99. 8 m 70. 0 m。因現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)條件較差，施工過程混凝土不可避免地會產(chǎn)生收縮。為減少由此而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力，以及減少預(yù)應(yīng)力損失，結(jié)合殼體預(yù)應(yīng)力工程施工的需求，在支承殼體的空間拱架的跨中留設(shè)縱

5、橫向各二道施工縫兼后澆帶，待預(yù)應(yīng)力工程完成后再施工后澆筑混凝土部分，將結(jié)構(gòu)連成整體，以減少拱架對殼體收縮的約束作用。拱架內(nèi)力分析： 拱架作為彈性邊緣構(gòu)件對整個結(jié)構(gòu)的受力起著決定性的作用。拱架是典型的彎剪扭構(gòu)件，且上部受拉、下部受壓，需控制軸壓比。另外，拱架的交點附近一般都有比較大的內(nèi)力集中，宜在構(gòu)件端部加密箍筋。拱腳水平推力平衡： 屋蓋殼體較扁平，支承殼體的長向拱架與地面夾角僅為22. 37，短向拱架與地面夾角分別為27. 35、32. 68，落地點的水平推力約為11 000 kN。由于殼體及拱架內(nèi)力對支座位移比較敏感，平衡落地點的水平推力、控制支座位移成為殼體安全的關(guān)鍵。為此，在拱架落地點間

6、設(shè)置水平拉桿以平衡水平推力，使結(jié)構(gòu)成為自平衡體系。考慮到支座間距離達(dá)149. 33 m 和108. 95 m，對水平拉桿施加有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力，從而有效地控制支座的水平位移。預(yù)應(yīng)力拉桿截面為1 400 mm 1 000 mm，配置4 15 s15. 2 的低松弛高強度預(yù)應(yīng)力筋。殼體非對稱影響處理： 由于建筑平面布置非對稱，屋蓋殼體四片組合扭殼左右對稱、前后不對稱。在豎向荷載作用下引起殼體頂部水平位移，從而加大了拱架及殼面的撓度，構(gòu)件的內(nèi)力差異較大。為緩解這一不利因素的影響，利用天窗隔板設(shè)置聯(lián)系相鄰殼體的結(jié)構(gòu)板，增大拱架的側(cè)向剛度，并局部設(shè)置了兩片落地剪力墻，有效地減少了殼體頂部的水平位移以及殼面的撓度。地下室底板混凝土溫度及收縮裂縫控制： 地下室底板總長133 m，寬72 m，面積約8 500 m2。地下室地板長度、寬度均超過了混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范建議的結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距。為確保結(jié)構(gòu)的整體性，避免結(jié)構(gòu)分析的復(fù)雜性及由分縫造成建筑構(gòu)造處理的困難，采用了不分縫的方案。主要采取措施為:( 1) 適當(dāng)提高板的配筋率，板面鋼筋一半拉通，并采用控制裂縫性能較佳的HRB400 級變形鋼筋，板筋以“小直徑，小間距”為原則布置。局部應(yīng)力集中處予以特別加強。( 2) 嚴(yán)格控制混凝土