空间结构案例分析
同济大学建筑工程系 钢结构理论和施工技术研究室
空间结构案例集
【案例集】
1. 国家大剧院 020901
2. 上海国际会议中心 020921
3. 常州玫瑰园 120716
4. 江宁体育馆 030506
郭小农
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【案例集】
5. 上海南站 031028
6. Ben Aknoun 体育馆 060510
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3.3 地震作用
➢设防烈度： 8度 ➢计算方法： 振型分解反应谱 + 时程分析
【思考07】试评估小震和暴风谁控制设计？
中心标高 108m 大轮总质量 约4000吨 地震影响系数 αmax=0.16 水平地震作用 4000*0.16=640吨 总倾覆力矩 640*108=69120吨米
➢暴风挡板
✓切向： 简化为自由
✓大轮平面外： 较大间隙 非线性弹簧
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5.2 计算模型
➢ 有限元模型：
➢ 结构方位：
➢ 两个模型：运营状态，暴风状态
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5.3 静力性能
➢构件应力比
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4.1 支架选型
➢A架柱壁厚：局部稳定承载力，经济性
【思考14】已知A架柱直径5m，材质Q390，选取壁厚30mm， 是否合理？有什么构造措施防止局部失稳？
圆管： 100 235 f y 60
方管： 40 235 f y 工字形翼缘：13 235 f y
5000/ 30 167 70
设置加劲肋
14. 世博会民企馆 090604
15. 西藏会展中心 120728 16. 某储煤场网壳 100123
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案例8-北京朝天轮
提纲
➢ 工程概况 ➢ 结构体系 ➢ 荷载计算 ➢ 结构选型 ➢ 结构分析 ➢ 节点设计
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第1节 工程概况
选型原则：长细比 圆管 L / 0.34d
支撑：80~120 钢柱：40~80 网架：150
方管 L / 0.4d
直径 d=5m 长细比 λ=70
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4.1 支架选型
整体稳定分析
直径4m 第1阶
屈曲模态 稳定系数
5.25
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3.2 风荷载
➢基本风压： 运行工况 wk=0.135 kN/m2 7级风
暴风工况 wk=0.50 kN/m2 100年一遇
➢体型系数： 构件挡风 us=0.70~1.30
➢高度系数： C类地貌
➢风振系数： βz
【思考05】和周期相近的高层建筑和普通高耸结构相比，风 振系数是更大还是更小？
郭小农
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5.1 边界条件
➢导向装置
✓切向： 无约束
✓大轮平面外： 带间隙 非线性弹簧
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5.1 边界条件
➢暴风锚具
✓切向： 弹簧
✓大轮平面外： 弹簧 油缸锁定力
✓非运营状态
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5.1 边界条件
郭小农
✓参数： 不圆度
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4.2 轮辐索选型
无重状态初始预拉力：N=3200kN 大轮（含轿厢）总重：G=4000T
48N/G = 3.84
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4.3 轮缘选型
➢轮缘结构的尺寸
轿厢尺寸 抗弯刚度 抗压刚度 连接轮辐索
外轮缘直径 D=190m 轮缘宽度 B=9m
D/B=21
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4.3 轮缘选型
➢轮缘构件的截面
内轮缘：钢管 Φ1120*30 外轮缘：组合截面 Φ660x25+□400x400
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第5节 结构分析
5.1 边界条件
➢驱动装置
✓切向： 非线性弹簧 摩擦系数 运行速度
✓大轮平面外： 无约束
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3.2 风荷载
【思考06】试估算总风荷载？风荷载作用下的总倾覆力矩？
中心标高 108m 高度系数 uz=1.72 体型系数 us=1.0 风振系数 βz=2.0 风压标准值 wk=1.72 kN/m2 大轮轮廓面积 A=29240 m2 挡风面积比率 17% 总风荷载标准值 约850吨 总倾覆力矩 850*108=91800 吨米
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4.2 轮辐索选型
➢轮辐索的预拉力
最小索力
✓预拉力下限：由 0度索控制，防止 松弛 ✓预拉力上限：由 180度索控制，满 足安全系数
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最大索力
轮辐索拉力分布
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4.2 轮辐索选型
✓预应力取值原则：不松弛，尽量小
✓加大轮辐索安全系数的恶性循环
第4节 结构选型
4.1 支架选型
➢支架形式：建筑造型，场地限制，用钢量
【思考11】下列支架形式中，哪些是错误的？
郭小农
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4.1 支架选型
➢A架柱直径：建筑造型，整体稳定承载力
【思考12】已知A架柱长度为120m，截面采用圆钢管，试选 取A架柱的外径？如何验证截面的合理性呢？
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4.1 支架选型
局部稳定分析
加劲肋构造
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无加劲肋
有加劲肋
第1阶屈曲模态
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4.2 轮辐索选型
➢轮辐索的布置
✓ 数量：48根（对应 轿厢位置）
✓ 面外两侧布置 ✓ 面内偏心布置
【思考15】两侧布置 的目的是什么？
郭小农
两侧布置 同济大学 钢结构理论和施工技术研究室
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3.2 风荷载
【思考06续】假设两边大轮风的方向不一致，试估算总扭矩？
风压标准值 wk=1.72 kN/m2 大轮轮廓面积 A=29240 m2 挡风面积比率 17% 总风荷载标准值 约425吨 力臂长度 2D/3=128米 总倾覆力矩 425*128=54400 吨米
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3.4 传力路径
横向扭矩传递路径
【思考10】 暴风锚具能 否抗扭？为 何分别设置 暴风挡板和 导向轮，各 自起作用的 工况？
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3.4 传力路径
纵向水平荷载传递路径
纵向风和地震 左半边轮辐索
转轴
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支撑系统
基础
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加大轮辐索 截面
防止松弛 预拉力变大
180度索拉 力变大
✓最终取值：2.5
轮缘压力变 大，变重
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4.2 轮辐索选型
✓参数：180度索安全系数 ✓控制工况：暴风STC+自重+预应力
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4.2 轮辐索选型
✓参数：0度索拉力 ✓控制工况：暴风STC+自重+预应力
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1.1 发展历史
Tientsin Eye 南昌之星 2006年 直径153m 总高160m
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1.1 发展历史
Singapore Flyer 新加坡飞行者 2008年 直径150m 总高165m
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4.2 轮辐索选型
【思考16】偏心布置的目的是什么？
北侧：逆时针偏心
郭小农
南侧：顺时针偏心
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4.2 轮辐索选型
中心布置
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偏心布置
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4.2 轮辐索选型
偏心距的确定： ✓偏心距过小：抗扭刚度不足 ✓偏心距过大：轴套受扭过大
d=700 =D/250
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4.2 轮辐索选型
✓参数：顶点侧移 ✓控制工况：暴风STC+自重+预应力
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4.2 轮辐索选型
✓参数：90度索悬垂 ✓控制工况：自重+预应力
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4.2 轮辐索选型
✓参数： 压缩变形
4.1 支架选型
整体稳定分析
直径5m 第1阶
屈曲模态 稳定系数
6.775
郭小农
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4.1 支架选型
【思考13】为了提高A架柱的整体稳定承载力，减小长细比 ，把柱脚改为刚接是否合理？
斜拉索作用 桁架杆件的刚接 格构柱的缀条
基础
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郭小农径
竖向荷载传递路径
轮缘轿厢重量
下半边轮辐索