哈爾濱速滑館

哈爾濱速滑(sùhuá)館工程力學(xué)吳飛宇(fēiyǔ)精品資料精品資料1.工程概況2.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)形式支承結(jié)構(gòu)主要(zhǔyào)構(gòu)造主要(zhǔyào)受力性能3.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及趨勢(shì)精品資料工程(gōngchéng)概況：哈爾濱速滑館于1995年11月18日竣工。該館占地面積(miànjī)33000平方米，建筑面積(miànjī)22000平方米，跨度86．3米，長(zhǎng)190米，大廳凈高24米，照度1500LUX。設(shè)有座席2000個(gè)，其中主席臺(tái)150個(gè)座席。比賽大廳面積(miànjī)16123平方米，其中，冰道面積(miànjī)5124平方米。冰場(chǎng)中央為旱冰場(chǎng)，面積(miànjī)3800平方米。旱冰場(chǎng)外圈為塑膠跑道，面積(miànjī)1200平方米。精品資料網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(jiégòu)形式：哈爾濱速滑館用以復(fù)蓋400m速滑跑道(pǎodào),主體結(jié)構(gòu)采用由中央圓柱面殼和兩端半球殼組成的巨型雙層網(wǎng)殼,其輪廓尺寸為86.2x191.2m.如果包括下部支承框架在內(nèi),則地面標(biāo)高處的輪廓尺寸達(dá)到101.2x206.2m.精品資料網(wǎng)殼的中央柱面殼部分采用正放四角錐體系,兩端球面殼部份采用三角錐體系;一律(yīlǜ)采用螺栓球節(jié)點(diǎn).網(wǎng)格尺寸為3m左右.整個(gè)網(wǎng)殼有16000多根桿件和近4000個(gè)節(jié)點(diǎn),桿件和節(jié)點(diǎn)種類較多.結(jié)構(gòu)施工圖和零件加工圖全部由計(jì)算機(jī)完成.雙層網(wǎng)殼厚度取為2.1m,使構(gòu)成四角錐或三角錐的腹桿與殼面之間的傾角不致太小,便于構(gòu)造,也比較美觀.按照網(wǎng)殼剛度或總穩(wěn)定性的要求,網(wǎng)殼厚度其實(shí)并不需要這么大.網(wǎng)殼的總用鋼量為745t,折算到單位水平面積的用鋼指標(biāo)為50kg/m2.精品資料支承(zhīchénɡ)結(jié)構(gòu)：

網(wǎng)殼支承在由環(huán)梁和一系列三角形框架組成的下部結(jié)構(gòu)上.環(huán)梁采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),其矩形截面尺寸為1450x770mm,斜置在間距為6~9m的一系列三角形鋼筋混凝土框架上.框架斜柱截面1200x600mm,立柱截面600x600mm.由于地基條件較差,為平衡三角形框架傳下的水平推力和有效地控制基礎(chǔ)(jīchǔ)位移,在中央圓柱面殼部位,在-6.45m標(biāo)高處設(shè)置了預(yù)應(yīng)力混凝土拉桿在兩端球面殼部位,因拉桿設(shè)置不便,考慮其推力稍小,采用樁基來承擔(dān)水平推力.精品資料矩形(jǔxíng)截面的環(huán)梁以45度的傾角斜置在三角形框架的頂端節(jié)點(diǎn)上,其截面主軸與網(wǎng)殼支承處的切線方向一致,也與三角形框架斜柱的方向一致.根據(jù)計(jì)算,在不同工況的荷截作用下,網(wǎng)殼支承反力相對(duì)于水平面的傾角在39~50度之間變化.所以當(dāng)環(huán)梁按45度布置時(shí),其所受的扭矩和橫向彎矩相對(duì)較小.環(huán)梁由兩個(gè)各長(zhǎng)105m的直線段和兩個(gè)各長(zhǎng)135m的半圓周組成,總周長(zhǎng)480.8m.鑒于環(huán)梁的巨大截面,為了避免(bìmiǎn)溫度變化在環(huán)梁和支承框架之間可能產(chǎn)生的巨大溫度內(nèi)力,本工程將環(huán)梁分成十段,相互獨(dú)立,每個(gè)梁段的工作猶如支承在若干個(gè)框架上的多跨連續(xù)梁.可以看到,整個(gè)屋蓋結(jié)構(gòu)體系的傳力路線十分明確、簡(jiǎn)捷.精品資料精品資料主要(zhǔyào)構(gòu)造:網(wǎng)殼桿件采用由76x3.8mm至219x8.5mm六種不同(bùtónɡ)截面考慮不同(bùtónɡ)長(zhǎng)度,共791種桿件規(guī)格.螺栓球d=130,150,180,220mm四種直徑;考慮孔的不同(bùtónɡ)位置和大小,共計(jì)589種規(guī)格.桿件總數(shù)16016根,節(jié)點(diǎn)總數(shù)3908個(gè).在現(xiàn)場(chǎng)利用拆遷式腳手架進(jìn)行安裝,由一端向另一端前進(jìn),用90天時(shí)間安裝完畢,環(huán)梁受力很大,中央圓柱面殼部份每個(gè)支承節(jié)點(diǎn)傳給環(huán)梁的作用力最大達(dá)1000KN.環(huán)梁處于雙向彎曲加扭轉(zhuǎn)的復(fù)合受力狀態(tài),受到很大的彎矩和扭轉(zhuǎn)作用。為了使截面不致過大,環(huán)梁采用勁性混凝土構(gòu)造方案,由四肢角鋼（如上圖）作為弦桿組成箱形的勁性鋼骨架。在連續(xù)梁支座附近剪力較大的區(qū)段,鋼骨架兩側(cè)采用t=8mm的鋼腹板;在跨中剪力較小的區(qū)段,則以單角鋼作為弦桿之間的連接綴條.精品資料環(huán)梁與三角形框架的連接節(jié)點(diǎn)需保證將梁的巨大反力(包括扭矩),可靠地傳給框架.將框架頂部尺寸(chǐcun)適當(dāng)擴(kuò)大,留出矩形凹槽以放入環(huán)梁的鋼骨架.凹槽兩側(cè)壁予以可靠配筋,并預(yù)先用串連鋼筋將梁的鋼骨架與兩側(cè)壁的鋼筋骨架拉接起來,在上方再用連接鋼板把梁頂鋼板與兩側(cè)壁頂端預(yù)埋板焊接在一起.精品資料由于建筑的要求,環(huán)梁斷開處不能設(shè)雙柱,兩個(gè)相對(duì)的梁端只能(zhīnénɡ)同時(shí)支承在一個(gè)框架上,此處支承節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)保證環(huán)梁與支承框架之間可相對(duì)滑動(dòng).為此框架頂部預(yù)先澆注好,在預(yù)留凹槽內(nèi)設(shè)置薄鋼板襯套,在襯套上敷設(shè)3mm厚的聚四氟乙烯.梁端部也用薄鋼板包裹,放入凹槽后即可作一定的滑動(dòng).為可靠傳遞梁端扭矩,凹槽兩側(cè)壁的頂部也設(shè)有埋件,通過連接件相互拉接.精品資料主要(zhǔyào)受力性能:設(shè)計(jì)該網(wǎng)殼采用的標(biāo)準(zhǔn)荷載值為:屋面恒載1.2KN/m2,懸掛荷載(按均布考慮)0.8KN/m2,屋面活載0.7KN/m2,風(fēng)荷載0.5KN/m2.地震作用按7級(jí)考慮.溫度變化按±30℃考慮.考慮地震或風(fēng)作用一般不起控制作用,網(wǎng)殼的幾乎所有桿件均受壓,大部份上、下弦(xiàxián)桿在滿跨荷載時(shí)內(nèi)力最大腹桿內(nèi)力較小,且往往在半跨活荷時(shí)達(dá)最大值.由于網(wǎng)殼的曲面形體對(duì)溫度變形的約束不大,溫度變化在這樣巨大的完整網(wǎng)殼內(nèi)引起的內(nèi)力一般不到總內(nèi)力的十分之一。顯然無需為網(wǎng)殼設(shè)置溫度縫。圖示表示網(wǎng)殼上、下弦(xiàxián)桿各自最大內(nèi)力的分布,圖中涂黑寬度表示內(nèi)力的大小,其中最大桿力為960KN.精品資料厚度為0.9m的方案(fāngàn)進(jìn)行非線性全過程分析,對(duì)屈曲后的荷載一位移曲線進(jìn)行跟蹤.所得到的網(wǎng)殼中央頂點(diǎn)的荷載一位移全過程曲線示于圖.所分析的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的臨界荷載為12.4KN/m2,約為設(shè)計(jì)荷載一位移的5倍.所采用的非線性分析方法是比較精確的,所以5倍的“安全系數(shù)”是可以滿足實(shí)用要求的。精品資料網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)(jiégòu)的發(fā)展及趨勢(shì)：1.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)型式的發(fā)展開始階段的網(wǎng)殼型式多為半球形,這是因?yàn)榘肭蛐途W(wǎng)殼為同向曲率,易于(yìyú)設(shè)計(jì)、制造和施工,且可以封閉沒有支柱的最大空間,尤其是此種造型看起來雄偉、高大、美觀?？v觀網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展歷程,其結(jié)構(gòu)型式大致可分為以下幾種類型:(1)肋環(huán)型和施威德勒型球面網(wǎng)殼(2)聯(lián)方型球面網(wǎng)殼(3)凱威特型球面網(wǎng)殼(又稱平行聯(lián)方型網(wǎng)殼)(4)短程線型球面網(wǎng)殼(也稱測(cè)地線穹頂網(wǎng)殼)(5)格子型球面網(wǎng)殼(6)柱面網(wǎng)殼及雙曲拋物面型網(wǎng)殼精品資料2.網(wǎng)殼計(jì)算方法的發(fā)展網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法大致有兩類:基于連續(xù)化擬殼理論的擬殼法和基于桿系有限元分析理論的離散結(jié)構(gòu)法。擬殼法的基本假設(shè)是,用一等效的勻質(zhì)連續(xù)體來代替由鉸接或剛接桿件組成的實(shí)際構(gòu)架體系。該法是一種近似方法,可近似算出桿件的內(nèi)力、節(jié)點(diǎn)的位移和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,適合于中小跨度的網(wǎng)殼計(jì)算。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,桿系結(jié)構(gòu)的有限元方法已被廣泛應(yīng)用在網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)計(jì)算上,用該法可以精確的計(jì)算出網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和撓度。而且還編制了通用或?qū)Ｓ玫挠?jì)算機(jī)程序,進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算,并繪出彎矩、剪力和變形圖,甚至進(jìn)行自動(dòng)(zìdòng)設(shè)計(jì),選出桿件截面和節(jié)點(diǎn)規(guī)格。精品資料3.網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)因?yàn)榫W(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn),世界上許多國家都在研究和發(fā)展這種結(jié)構(gòu)。其中美國、日本(rìběn)等國無論是規(guī)模還是技術(shù)方面都處于領(lǐng)先地位。中國的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)雖然起步較晚,但發(fā)展異常迅速,已取得豐碩成果。綜合分析國內(nèi)外網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的研究成果與發(fā)展勢(shì)態(tài),可預(yù)見其發(fā)展趨勢(shì)主要在以下幾個(gè)方面:(1)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的跨度將越來越大。(2)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的型體會(huì)更加合理。(3)可開閉的網(wǎng)殼