宝安体育场显示屏钢结构设计.docx
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宝安体育场显示屏钢结构设计
工程设计
索采用D26高强钢绞线,前侧固定钢索采用D32高强钢绞线。
3计算结果
3.1显示屏模型计算结果
使用有限元软件MIDAS/GEN对结构进行建模分析,并使用板单元模拟主柱与钢架间的钢板受力。
软件中板单元基于Mindlin—Reissner
Plate
Theory理论开发,考虑了局部横向剪切应力的影响,因而结果较精确。
D26与D32高强拉索定义为只受拉单元,索单元的弹性模量取为1.35
X
图1结构轴测布置
105MPao主柱与钢架间钢管斜杆由于主要受轴力,
可定义为桁架单元。
主柱下端为刚性支座,上端为
柱与钢架间采用钢板连接,显示屏钢架与钢板焊接三向固定铰支座。
的连接部位需要加强,因此本工程中使用两个普通图2为结构在地震作用下的振型反应,可以看槽钢[14a背对背焊接于钢板两侧。
钢柱与显示屏出,结构在地震作用下的抗侧刚度较大。
第一振型并钢架连接斜杆尺寸从上至下分别为￥133×6・5、
未出现扭转,证明外部拉索有效地限制了显示屏结￥108X6及￥76×5热轧无缝钢管。
显示屏后侧4根钢
构在地震下的扭转。
a--1阶振型,T一0.273s;b一2阶振型.T=0.168s}C--3阶振型,T=0.129s;d--4阶振型,T一0.120
s
图2钢结构在地震作用下的前4阶振型
如图3所示,在包含正面风荷载的组合工况作用下,显示屏钢结构显现出良好的抗侧刚度,位移得到了很好的控制,且最大位移出现在靠近两侧的下端构件,这也体现出添加主柱与钢架间钢管斜杆的优点,即能够有效地限制斜杆端部钢架结构的位移。
图3
风载控制组合作用下结构的位移mm
在上述工况作用下的构件应力分布云图如图4所示,可以看出,结构应力分布较为均匀,构件应力
的极大值出现在结构的边角处,这种现象在钢板的上下端附近更为明显。
在钢架内部合理区域将钢板延伸至钢架前侧的处理方法,可以有效地削弱应力集中的趋势,使得钢架与主柱形成整体,更好地共同抵抗外界荷载作用嘲。
图4风载控制组合作用下结构的应力云图
MPa
图5为位移统计图的节点分布,各节点在4种风荷载控制组合作用下的位移统计如图6所示。
可知:
在不同风荷载组合作用下,结构各构件位移分布
42钢结构
2010年第12期第25卷总第140期
崔灿,等:
宝安体育场显示屏钢结构设计
均匀,且由位移差求得的挠度满足文献[63的要求。
4030E20
旨、
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一lf—20-30
图5位移控制点分布
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\V/衙载工况心
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、
1一节点56012一节点556;3一节点537;
4一节点452;5一节点549;6一节点558
注:
gl,CB4对应工况为1.2DL+I.4WI。
F;
gLCB5对应工况为1.2DI.+1.4WLB;
gLCB8对应工况为1.oDL+1.4WLFl
gLCB9对应工况为1.ODL+1.4WI。
B;
DL为恒荷载;WEE为正面风荷载;wI』B为背面风荷载。
图6不同工况节点位移统计
表1为主柱下端刚性连接固定点支座反力。
由表1可知,在风载控制组合工况作用下,主柱的下端固定点支座反力较大,由于整体结构对风荷载的作用非常敏感,显示屏有可能对体育场主体结构的受力产生较大的影响。
因此,有必要将显示屏钢架模型加入到体育场整体模型中,进而对整体结构的受力进行更深入的研究探讨。
表1主柱下端固定点支座反力
衙载
Fx/Fv/Fz/J喙/
脚/
Mz/
节点
组合
kN
kN
kN
（kN.t11（1【N.蚰（¨.111
3.2体育场整体模型计算结果
使用大型有限元软件STRAND7将显示屏钢架模型加入体育场整体模型中,并对钢架的模型进
行简化,采用单一平面内的框架进行模拟,为使计算结果更加精确,将钢框架组成构件的弹性模量适当加大,以模拟在荷载作用下的钢架变形。
并且将恒载、活载及风衙载与原体育场整体模型的荷载工况进行统一。
计算得到风荷载控制荷载组合下,钢架以及与钢架发生联系的主体钢结构的位移等值线如图7所示。
图7整体分析结构位移mill
由位移等值线可知,原体育场主体钢结构与显示屏钢结构在风荷载组合工况下的位移叠加,导致局部主体结构位移增大,结构最大位移为56mm,
挠度为L/680,仍处于文献[-63规定的挠度容许值
L/400以内,结构位移满足要求。
表2为主柱上下端支座在控制荷载组合作用下的支座反力,在该工况下,显示屏钢架对整体结构的受力影响十分明显。
此时主柱的柱脚支座反力已经接近其正常使用极限状态。
由于柱脚节点荷载较大且是受力复杂的关键部位,其可靠性直接关系到整个结构的安全,故有必要对主柱柱脚进行强度复核‘7|。
3.3柱脚模型计算结果
由于在以上计算模型中该主柱下端均考虑为半刚性连接,为保证计算结果的精确性,柱端锚栓的设计必须按接近刚接的形式进行节点计算,而不宜仅作简化计算邓]。
因此,需要对接近实际受力状况的柱脚模型进行分析,以判定其能否保持较为良好的半刚性连接。
使用有限元软件STRAND7建立柱脚的有限元模型,并采用表2中所列支座反力作为
柱脚模型的外荷载。
经计算分析,柱脚在最不利荷载工况下的Von—Mises应力云图及位移云图如图8
及图9所示。
SteelConstruction.2010（12。
V01.25。
No.140
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工程设计
图8柱脚Von—Mises应力云图MPa
图9柱脚位移云图mm
如图8所示,钢柱柱脚整体受力性能良好,仅在加劲肋与柱交界处局部出现应力集中,其他部分应力值均较小,结构强度满足要求。
由图9可以看出,钢柱柱脚在最不利荷载组合作用下仅发生微小位移,整体位移分布均匀,且柱脚底板的位移均接近于零。
对应表2中下端支座的支座反力,在最不利荷载工况下,柱脚锚栓的最大拉应力为194.9MPa,小于锚栓材料的强度设计值。
综上所述,柱脚能较好地满足与下部混凝土结构刚性连接的要求,且本文所取模型能够精确模拟结构在荷载作用下的真实反应。
4结论
1在大型建筑物中添加受风面积较大的构筑物时（如大型显示屏,宜考虑包含风荷载组合工况下构筑物对整体结构受力的影响。
2建筑物结构中柱脚节点是受力复杂且荷载较大的关键部位,对于类似本文讨论的大型显示屏钢结
构支撑柱的柱脚,应对其受力进行细致的验算分析。
3钢结构在设计中应充分重视结构选型。
宝安体育场LED显示屏钢结构采用了较为合理的抗侧力结构体系,且在设计过程中充分利用了钢架周边结构的辅助受力作用,使得由安装方式所带来的低效传力形式问题得到有效解决,最终得出了符合结构安全、实用性以及外观需求的设计方案。
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深圳将办钢结构住宅技术交流会
由住房和城乡建设部科技发展促进中心主办的多层.高层（超高层钢结构住宅暨配套技术交流会于2010年11月19—21日在深圳召开。
本次会议的主要内容为:
钢结构住宅的发展现状及趋势.钢结构住宅技术规程,钢结构住宅焊接及防火技术应用。
多、高层建筑钢结构节点连接技术应用,多层及高层钢结构房屋抗震设计规范浅析,超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点,多层、高层（超高层钢结构住宅的抗震构造措施,钢结构住宅的工程案例,新产品、新技术、新设备厂家的演示交流等。
44
钢结构
2010年第12期第25卷总第140期
宝安体育场显示屏钢结构设计
作者:
崔灿,孙文波,周伟星,朱昊梁,CuiCan,SunWenbo,ZhouWeixing,Zhu
Haoliang
作者单位:
崔灿,周伟星,朱昊梁,CuiCan,ZhouWeixing,ZhuHaoliang（华南理工大学建筑设计研究院,广州,510640;华南理工大学土木与交通学院,广州,510640,孙文波,SunWenbo（华南理工
大学建筑设计研究院,广州,510640
刊名:
钢结构
英文刊名:
STEELCONSTRUCTION
年,卷（期:
2010,25（12
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