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某膜结构看台结构浅识及找形分析

  某体育中心膜结构看台主体结构由上部屋盖结构及下部40个墩柱构成,其屋盖结构是为张拉式索膜结构,工程投影为环形,外环直径 310米,内环直径 125 米,投影面积为 53421平方米,展开面积为71000平方米。整个屋盖结构分为钢结构部分、钢索结构部分和膜结构部分。

  其中钢结构的部分是由上压环、下压环及连接两环的支撑腹杆构成,运用了钢管混凝土的结构,上、下压环的高差是为 20米;钢索结构的部分由内拉环索、脊索、谷索、分布索、分叉索、悬挂索、膜支撑索等组成,其中的内拉环索是由脊索与谷索、分叉索及上、下压环联系,脊索、谷索间由分布索连接成一个稳定的索网构造体系,构成了空间整体的预应力体系,并且经过其他钢索协同的作用,控制了膜结构于不同工况下的位移;膜结构部分由二十个单元膜片构成,膜片四周的边界分别与脊索、谷索、分叉索和钢结构的支撑腹杆连接。整个膜结构看台屋盖结构形成一个自平衡体系,其下压环节点与下部墩顶节点只有位移自由度的耦合,使得膜结构屋盖所受到的竖向自重以及横向风荷载传到下部结构。

  因索膜结构所运用的膜材与索材自身并未具备刚度与形状,只有将材料施加了预应力才能够获取结构承载所需的刚度和形状,因此在进行受力分析过程之前需要对结构进行找形分析。

  对于该结构而言,传统的找形方法是∶先将膜结构屋盖之中的索膜结构及钢结构交接的节点作为“固定位置”,单独对索膜结构进行了找形,求出节点反力后,将反力施加于钢结构部分和下部墩结构,再进行分析。为了更准确的建立模型,采用整体协同找型的分析方法,把膜结构屋盖结构的3个部位作为一个整体进行了找型,得到了结构成型的终端形状。

  找形后,膜结构看台各构件的内力状态如表1;经过分析,结构的前三阶模态频率和模态描述如表2。由此可以看出,此索膜结构的刚度相对较小,由于所模拟的脉动风速场的能量主要集中于 0~1Hz 范围内,结构易与气动力进行耦合而发生共振,致合结构破坏,因此需对其加以非线性动力时程的分析。