趙劍麗，周觀根

（1.浙江東南網(wǎng)架股份有限公司，杭州 311209；2.浙江交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，杭州 311112）

1 工程概況

杭州奧體博覽中心主體育場主體結(jié)構(gòu)由空間管桁架加弦支單層網(wǎng)殼體系所構(gòu)成的懸挑罩棚，整個(gè)鋼罩棚由28片主、次花瓣形成的花瓣組構(gòu)成，如圖1所示。鋼罩棚由上部、下部支座支撐在鋼筋混凝土看臺(tái)或平臺(tái)上，罩棚外邊緣南北向長約333 m，東西向約285m，罩棚最大寬度68m，懸挑長度52.5m，罩棚最高點(diǎn)標(biāo)高59.4m。

如圖2所示，體育場主體鋼結(jié)構(gòu)安裝：在非開合區(qū)域，主桁架立面段和肩部段可以利用看臺(tái)結(jié)構(gòu)內(nèi)的鑄鋼節(jié)點(diǎn)、剛性拉桿和支撐桿固定桁架吊裝單元；在開和區(qū)域，由于缺少非開合區(qū)域的拉桿和支撐，這對罩棚施工帶來了較大的麻煩，故在開合區(qū)域采用了必要的穩(wěn)定措施——組合式格構(gòu)支架。

圖1 奧體博覽中心主體育場效果圖

圖2 主體結(jié)構(gòu)完工前后示意圖

2 支撐方案與數(shù)值分析

2.1 支撐方案

支架的支撐點(diǎn)平面布置見圖3，采用該種布置方式一方面能夠保證上部罩棚主桁架主桿的位置，另一方面可以使荷載通過轉(zhuǎn)換桁架傳遞于混凝土結(jié)構(gòu)柱上。

圖3 支撐架布置圖

臨時(shí)支撐架均采用Q235鋼，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f＝215N／mm2。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)尺寸為2.0m×2.0m×1.5m，其中立桿鋼管規(guī)格：Φ89×4，腹桿鋼管規(guī)格：Φ60×3.5。支撐架中心加設(shè)通高鋼管Φ180×10加強(qiáng)，每間隔3m與四周支撐架節(jié)點(diǎn)做拉結(jié)支撐 （Φ60×3.5），見圖4。支撐架環(huán)向與徑向的中部和上部均用水平桁架連成一體，上部和下部設(shè)置米字形斜撐，斜撐采用Φ203×10的圓鋼管，雙層布置。

2.2 有限元模型參數(shù)

截面尺寸：支撐架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)系桿采用Φ89×4，腹桿采用Φ60×3.5；上部支撐架中心加強(qiáng)圓鋼管采用Φ159×8、下部支撐架中心加強(qiáng)圓鋼管采用Φ180×10，轉(zhuǎn)換層的工字鋼采用400×380×30、其它部位工字鋼采用900×310×30。

圖4 支撐架構(gòu)造圖

結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)：1.00；荷載信息：恒載；支撐架自重 （工況號：0）活載：400kN （工況號：1）。荷載組合 ①1.35恒載 ＋1.40×0.70活載工況1；②1.20恒載 ＋1.40活載工況1；③1.00恒載 ＋1.40活載工況1；④1.20恒載。

2.3 開口處支撐架內(nèi)力分析

本節(jié)采用ANSYS對開口處支撐架進(jìn)行內(nèi)力分析，參考同類型項(xiàng)目支撐架有限元分析計(jì)算時(shí)的分析要點(diǎn)、荷載組合、邊界條件確定了本項(xiàng)目的有限元分析模型[2－4]。

由有限元分析結(jié)果可知，上部支撐變形最大的位置位于支撐頂部，其中x軸方向最大位移為4 mm、y軸方向的最大位移為0.14mm、z軸方向的位移為13.8mm，見圖5－a～5－d所示。

圖5 上部支撐計(jì)算結(jié)果

下部支撐的位移主要表現(xiàn)為工字型鋼梁跨中的撓度和支撐上部的轉(zhuǎn)角，其中工字型鋼梁的最大撓度為3.8mm，遠(yuǎn)小于跨度的1／1000，見圖6－a～6－d所示。短柱z向最大壓縮量約為1.9mm。長柱z向最大壓縮量約為2.8mm，與短柱相比兩位移差為0.9mm。由模型應(yīng)力云圖，應(yīng)力最大的部位位于支撐腹桿，應(yīng)力大小為139MPa，小于215 MPa，滿足要求。

該方案目前已通過專家論證并順利實(shí)施，現(xiàn)場開口部位主桁架吊裝已完成。通過模擬分析和實(shí)際數(shù)據(jù)的對比，發(fā)現(xiàn)模擬分析結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果具有很高的吻合度，故該有限元設(shè)計(jì)方法可以對該類支撐架的設(shè)計(jì)工作提供具有指導(dǎo)性的方案。

圖6 下部支撐計(jì)算結(jié)果

2.3 風(fēng)荷載作用分析

本節(jié)采用MIDAS GEN對支撐架的抗風(fēng)性能進(jìn)行了研究分析?；撅L(fēng)壓取0.45，風(fēng)荷載直接作用在支撐架上。支撐架在環(huán)向風(fēng)與徑向風(fēng)作用下的彎矩分布值見圖7所示。

圖7 風(fēng)荷載驗(yàn)算圖

支撐架驗(yàn)算結(jié)果如下表1所示，各支撐架的應(yīng)力比均小于1，說明在軸壓和環(huán)向風(fēng)荷載作用下開口處支撐架的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

表1 開口處支撐架在外荷載作用下的應(yīng)力表

3 結(jié) 語

杭州奧體主體育館項(xiàng)目結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝難度大，在開口區(qū)域采用了東南網(wǎng)架的專利產(chǎn)品組合式格構(gòu)支架，本文通過ANSYS有限元軟件對該支架進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，模擬分析結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測結(jié)果具有很高的吻合度；采用MIDAS GEN對支撐架進(jìn)行了抗風(fēng)性能的數(shù)值模擬，支撐架的抗風(fēng)性能滿足我國規(guī)范要求。綜上所述，本文提出的有限元設(shè)計(jì)方法在實(shí)際支撐架的設(shè)計(jì)和施工中具有很高的實(shí)用價(jià)值。

[1]周觀根，何挺，虞崇鋼，等.山西體育中心三館新型弦支結(jié)構(gòu)施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2012，41（369）：73－76.

[2]李毅，楊正軍，呂黃兵，等.建筑施工中大型塔吊支撐架的設(shè)計(jì)及驗(yàn)算[J].鋼結(jié)構(gòu)，2013，（1）：42－45.

[3]王玉生，吳偉杰，邢遵勝.北戴河火車站臨近營業(yè)線雨篷滑移支撐架設(shè)計(jì)與施工[J].施工技術(shù)，2011，40（347）：23－25.

[4]范海雄，韓華亭，王崴.一種支撐架的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010，（5）：9－11.