广州2010亚运网球中心结构设计

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哈尔滨工业大学深圳研究生院:顾磊教授
 
顾磊：汇报的内容是工程概括、混凝土结构设计、钢结构设计、可呼吸结构、屋面体系，这个工程是位于广东省奥林匹克体育中心西北角，中央湖面东北侧，占地56398.66m2，西邻新建游泳跳水馆，东邻已建曲棍球场，北面是乡村俱乐部，南面是体育中心主场馆。网球中心总建筑面积21405.71m2，分主赛场和副赛场。主赛场有10139座观众席位，副赛场有1962座观众席位，设计单位：深圳市建筑设计总院。我这边主要是负责它的钢结构设计，我这边主要负责混凝土设计是和另外一个同志完成的，我们这边看到一个主场和一个副场，我们再看一下它的里面图。半径是52米，混凝土结构是在20米，由于我们这个平面完全采用框架结构就会扭转成这样，同时有楼梯的地方设计，我们实际上用的是外观的协助，中间的支柱，和斜的形成这样一个机构体系，用的混凝土墙所有的构建基本上是我们常用的构建体系，这就是我们的结构的计算模型，主要来看一下我们的东西，我们来看一下这个协助的模型，同时也可以能看到这一块我们故意做的一块，协助的空袭来看，这是两个修筑的图，也是我们经常结构设计的人员，做结果分析的时候比较头疼的事情，也就是说里只有用力怎么去配，我们这里是这样来做的，把这个应力想办法合成构建的内力，我们这个合成的轴力，就可以通过一些指标来控制，我们这个是9843，我们算出来是0.49，同时我们也可以合成出它的剪力，你也可以进行验算，同时我们也合成了它的弯矩，我们没有留缝的，要进行一些温度的计算，我们考虑了正35度，两项的就是这两块斜板的，还有一个特点，是什么呢？因为我们是采用了这样一个斜柱，这个地方会产生推力，而且装的水平的承载力还要通过实验来验证，在结构中把它解决掉，于是我们在基础上以推力和双向的，你看这些比较大的受力都在这儿了，于是我们这些地梁要配备足够的钢筋来减少基础设施的作用。这张图片是我专门请建筑师给我做了一个表现图，它是非常简单的一个形势规模也不大，我们确实是用了一个非常简单的形势来完成它，实际上它的外表是斜着切去了一个圆柱体，它的底面是一个椭圆，有一些不对称，对于这个主管的剖面它就是西部，西部小一些，东部大一些，这有什么好处呢？也就是说对于主要的这一块我们遮的多一点，最大的长度也不大，最不是17.8米，西部是11.5米，应该叫做乐环性型的，每隔15有一道，内测中间和外侧，然后我们还有一块，你看我们这一块我们把它做了一个制作环，我们是利用双层网壳的方式构成。因为我们在这些地方没有布置的，它还是一个非常简洁的构造。另外您看这个为什么要加它，因为我们15度一个，这个跨度有点大了，有15米了，不管怎么样也会在这里。于是我不如在结构中把这一根管加上。好，这就是我们主桁架和次桁架一个构成的形式。
　　下面这张图，是主桁架的支柱，这个节点是我们正常的网架结构里都会推荐的，它的好处是没有任何焊接，主要是抗拉，我们使用是这种，我们把它改用了可以改动的，可以有一个微微转动的线型的，首先我们增加了制作高度。同时还有一个所顾虑的，我一个结构设计中最关键的一个安全性把它交给了厂家，我们没有办法控制这个产品的安全性，但是很多工程部给我们做了，我们在我们设计文件中对这一块特别提出来，还要买合格的产品。这张表我给出了一个量，我们可以看到，这一个量，目前来说广州是区，我们是做到每平米42，为什么这么低，因为很多工程大家看到了基本上都在100公斤以上，因为采取的结构形式没有那么复杂，是单纯的结构形式，另外我们的模型采用了这几个软件，整个分析模型，也就是说我们不能用网架的结构，于是我们桁架的，然后覆盖和网，就是周边的环的，制作环这一块采用这种。为什么中间会设计这样一个环，也是为了整体要求，因为我们的制作方式采用了三项约束和放松水平约束两种来做的。也就是说我即使将来施工中出现了某些，就是说不可碰的因素，或者说低下的混凝土出现一些问题，我们还是可以把这个结构给稳住，我们不会让它直接划掉的，这是我们精密计算的。
后面我们也进行了一些周期，它的第一周期是0.426，也不是很大，空间结构非常密集，到第6个的时候，X的参数才达到3.48%，开始的都是一些局部的。同时这样的结构总的来说还是比较轻巧的，轻巧的话我们特别关注它的屈曲，我们判断它的局部桁架的一个测向。同时做完这个以后我们也进行几何和材料的分析，我们可以看到铰，同时我们也会看到在中间环的地方也会出现，这些都是比较初级的，这个说明我们这个不是全条结构，而是一个空间的大开口的结构，于是这个受压很明显的。我们得到了荷载技术是在4.25倍，这个稳定性是非常良好的。
下面简单介绍一下副馆屋盖体系，东部最大悬挑长度11.8m，西部最小悬挑长度6.8m，主要受力构件均采用实腹式H型钢梁。其中径向主梁为变截面梁，共24榀，环向次梁为等截面梁均匀设3道。对称布置6组钢斜撑，形成屋面水平支撑体系。为什么要放这张表，虽然很小，它的量刚才是42，现在已经涨到了88你看到了某一个结构，就意味着肯定用的量比较大，如果你看到这个结构利用了空间利用了几何而不是用到材料的时候，它的机构效率往往是比较高的。这个只所以选择用单量是因为它的覆盖面积很小。这是它的做法。我们这里引用了钢结构柱脚的做法，把它理解成一个钢柱下来。
下面我们来介绍一下，可呼吸结构的概念，肋环型空间梁系结构，具有开孔壳体的受力特点，支座为刚接支座，支座反力包含力和力矩，若采用放松支座水平约束的方式来释放温度内力，则刚接支座构造难以实现，而且结构刚度大幅降低。同时，还要采取措施保证结构具有良好的抵抗风和地震等水平荷载的能力，支座费用较高，针对这个副馆，因为它也不是特别大，最多也就是11米多，具有开孔的特点，因为它是钢铁制作在温度的作用下它会产生很大的制作反力，同时会产生很大的轴力，有各种方法，有一种方法制作，但是这个采用可滑移的构造是很复杂的，而且对于抗震抗风大家有担心同时制作费用也很高，我们直接放这个图，这边是制作，由于这个环梁的产生，如果没有环梁，这样在温度可以自由伸缩的，不产生任何温度内心的，为什么产生温度内心我们让它成为一个空间结构，所以空间结构并不是都有好处的，我们把空间结构办成一个空间结构的壳力以后，它的受力确实是好的，我们进一步对比。就是说北京的奥运，我当时是用悬挑结构，正常的荷载情况下是这样的，但是在温度的作用下不能够自动变形，会在这个里面产生轴力，同时在支座会产生轴向的推力和弯矩。往下是正弯矩，当时我是没有用这个方法，我就开始画图了，就会发现为了传递温度产生的这一个轴力的话，在这里的螺栓已经布置的密密麻麻，后来想到是否可以把环向的放松掉，但是如果放松掉，用单量会增大，那么这样也不对，怎么办呢？我们想到这样一个解决方法，也就是我们这里螺旋型的，这里是我们的一个支撑，在每一个支撑架的下面我们在这几个地方，我们采用了长圆孔，这个摩擦性的靠这个摩擦力就可以产生这么大的轴力，如果这个温度超过了这个摩擦力，我们就可以上它进行滑动，也就是说这样一个构造，正常的情况下这几个螺栓是可以的，但是如果温度升温后的降温就可以滑过来滑过去，我们来看这样一个表格，我没有进行呼吸的时候，原结构的内环和中环，也就是这两个环，它的轴力是多少。大家可以看一下，圆结构它的轴力是非常大的，我另外一个对比，也就是说这个是固定基数的弯具，我们就想到了如果把这件这一环释放掉，那么中间环释放了以后我们看到制作弯矩，我们就可以理解它在温度作用下就变成了一个禁闭结构，你看它的制作弯矩都完全释放掉了，用了这一点点技术就解决了，很多工程我们可以看到为了抵抗温度这一个作用用了抗的方法，还是很浪费的，我的想法如果施工队那个时候偷工减料了，少放了几个螺丝，如果精度不够，就可以释放很大的温度，也没准没有出现问题，如果我们在设计中间就可以设计好而不是碰到死耗子了。

　　另外解释一下这个，这个体系是采用银灰色的，主要是阳光板和阳光板之间的用的是辅浮起来的一个，这个可以防水，同时阳光板的比我们钢铁的要大，比如说下面是铝条，我们看的更清楚一点，这里是固定键，这个是阳光板，是很容易抗热胀冷缩的，防水和热胀冷缩都可以解决的。好，下面再用一分钟时间做一个广告，因为我前几年在做设计现在做教学工作了，我花了这两年的时间，把所有的这次奥运场馆，好好的学习了一下，进行了一个总结，于是我做和我们学校的培训中心一起做了一个课程，做了一天的课程，包括12个兴建的场馆，我学习的内容总结了一下，同时把我自己亲自做的国家游泳中心等5个奥运场馆都在这个课程里面有，还包括刚才讲的北京新建奥运场馆，国家游泳中心、天津奥林匹克水上中心，广州2010亚运会网球中心等等一些场馆，如果大家感兴趣可以和我联系，谢谢大家！