长春奥林匹克公园体育场结构设计

  北京华清安地建筑设计有限公司、清华大学建筑设计研究院有限公司、中国航空规划设计研究总院有限公司、北京中元工程设计顾问有限公司

  建筑设计:杨洪生 林嵘 张冰冰 杨伯寅 胡鹏 周珏 钟凯 王丽娜 叶江山

  结构设计:蒋炳丽 杨霄 葛家琪 刘彦生 何晓洪 刘召军 庄艺斌 沈敏杰 刘丽颖 王力 董以强 王雷 李铠靖

  长春奥林匹克公园位于长春高新技术开发区北区,体育场位于整个用地的中间,总建筑面积54000m,观众坐席总数31,684座,比赛场地设有国际标准足球场和田径比赛场地。平面为直径为260m的圆,东西看台罩棚悬挑约42米;南北看台罩棚悬挑约25米。体育场立面设计采用“长白林海”的理念,并承托以森林之城的概念由体育场下层的树木质感的立面一直延伸到山形的屋顶。

  体育场罩棚采用内环-外环-径向索组成的整体张拉索膜结构,内环为一组拉索组成,外环为三角形钢结构空间环桁架,外环桁架仅通过40个径向滑动的铰支座与下部结构相连。形成“部分自平衡的结构体系”。

  下部结构采用现浇钢筋混凝土框架结构,充分利用建筑立面上的 “树枝”结构增加了下部结构的抗扭刚度。基础采用桩基,桩端持力层为泥岩。

  通过不同的支座类型和布置方式分别形成斜拉结构体系、完全自平衡结构体系及单向滑动的部分自平衡体系等,比较不同体系索的内力、刚度、钢桁架的用钢量、钢结构支座反力以及下部结构的内力分布,选择最优的结构体系,即仅在环桁架内侧布置单向(径向)滑动铰支座的部分自平衡的结构体系。

  钢结构环桁架作为压力环整体承受了巨大的压力、弯矩和扭矩。环桁架采用空间三角桁架,一根上弦,两根下弦。整体环桁架的复杂受力,对于环桁架弦杆为轴力和弯矩以及很小甚至可以忽略的扭矩,对于环桁架的腹杆仅为轴力。桁架上弦内力大且任何工况下均为压力,将上弦杆设计为内填高强混凝土的钢管混凝土组合截面,充分利用了混凝土抗压性能好、造价低的优点,降低了工程造价。

  体育场的上部外环桁架通过径向可滑动的铰支座与下部内环柱顶连接,支座环向不可滑动。下部结构承受上部结构传来的环向力以及径向的摩擦力。由于空间的马鞍形,这些荷载使内环梁部分跨段产生较大拉力,部分跨段产生较大压力。环梁不设永久缝,所在地区四季分明,温差较大,体育场作为一个环形结构,温度作用无处释放,使构件产生较大拉力。两者组合时,最大拉力达到10000kN多,且各跨段分布极不均匀,相比普通预应力混凝土梁,空间曲线预应力环梁受力状态复杂,内力重分布现象显著,设计应考虑不同施工次序下各工况荷载的组合,不同的跨段采用不同的预应力度,精确模拟施加预应力后的内力重分布,并考虑施工过程结构的安全性和影响,保证预应力的张拉过程中构件的内力在可控范围内。

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