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      大型場館河南省體育館罩棚設計介紹

      來源:中國幕墻網收集整理  作者:*  日期:2008-5-5
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        一、 簡介
        河南省體育中心體育場位于河南鄭州市綜合投資區,系河南省重點工程,建筑面積46301m2。
        體育場罩棚為螺栓球和焊接球點網架結構。跨度:前面273.016m。后面251.678m。高度:前面51.486m,后面33.918m。如此大跨度的體育罩棚,在目前國內尚屬首例。本屋面罩棚體系不同于常規

        一、 簡介
        河南省體育中心體育場位于河南鄭州市綜合投資區,系河南省重點工程,建筑面積46301m2。

        體育場罩棚為螺栓球焊接球點網架結構。跨度:前面273.016m。后面251.678m。高度:前面51.486m,后面33.918m。如此大跨度的體育罩棚,在目前國內尚屬首例。本屋面罩棚體系不同于常規屋面體系,是一種特殊屋面體系,相當于幕墻體系,需要有工藝設計環節,參照幕墻設計管理規定。

        二 、工程特征:

        該工程地區粗糙度為B類,抗震設防烈度按7級設計。建筑耐火等級為I級。設計荷載下壓Wk1=1.35KN/m2。雪荷載Sk=0.27 KN/m2。該工程氣勢宏偉,造型別具一格,外裝飾效果整齊統一,充分體現出強大的生機和活力。

        針對該工程的特點,設計時采用浮動連接方式,定距壓緊式結構,巧妙的解決了適應主體結構變形、結構排水等問題,而且安裝方便。

        三、工況分析
        本工程屋面系統是以球網架及鋼龍骨做為承,網架與主體結構連接,罩面鋁板系統通過次龍骨與主龍骨連接,從而實現外立面造型。從受力角度講,屋面板受重力荷載、風荷載、雪荷載、地震作用、溫差作用以及各種聲波輻射等綜合作用,其受力復雜,這些荷載均通過次龍骨傳遞到主龍骨,再由主龍骨傳到網架系統,由網架系統傳到主體結構支座上。

        四、模型建立
        由于本工程屬于大型空間設計,與普通幕墻設計有本質區別,設計過程由建模開始。對網架、網架支座、主龍骨、次龍骨、屋面鋁板系統整體建立三維模型,利用有限原理對其進行實物與力學模型的轉換,將其轉化為梁單元,從而確立計算模型,并將周邊約束施加到作用點上,進行力學、變形及穩定性計算。通過計算確定允許的變形量,根據模型受到全部荷載而變形后的形狀和尺寸,進行屋面板塊的分格設計及系統結構設計,從而確保板塊分格尺寸準確以及正常施工和使用功能。

        五、變形量分析
        根據計算,本工程網架系統最大位移接近正負80mm,(位于網架拱形前端中間位置)。由于此變形導致整體幾何形狀下沉,使原設計幾何輪廓變化。我們的分格設計是根據變形后的尺寸進行的分格。從而保證加工出的板塊能夠順利地安裝到相應位置上。如果分格設計不考慮此變形,則設計出的板塊尺寸將比實際需要尺寸略大,造成板塊間預留變形縫被占用,無法實現溫差變形,造成功能喪失。為此,網架整體的變形分析計算對本工程設計極為重要。

        六、分格設計
        立面分格設計以建筑師的思路和外裝飾效果為原則,充分融合我司的產品特點,在立面分格上進行了仔細的構思,該罩面工程外形由于是球體的一部分,按常規考慮會使異型板材的數量巨大,不但加工、施工不便,而且會增加成本。在設計分格時采用計算機三維繪圖方法,對屋面進行了模擬分析,利用地理學中的經、緯線原理,使分格尺寸在球形屋面上保證了最大限度的一致性,不但方便了生產加工,而且滿足了外裝飾效果;另外我們對球形屋面按排水溝位置進行了分區編號,使安裝工人很容易找到板塊的對應位置,極大地方便了施工。從內視效果看,次龍骨的布置整齊而有規律,在空間上與主龍骨縱橫交錯,使交流、開放的時代主題得到體現,增強了其觀賞性。

        本工程典型分格主要有以下幾種:

        (1)屋面罩面鋁板局部分格。異型板材規格少,按排水溝位置將屋面分區,安裝方便,外視效果整齊、美觀。

        (2)屋面鋁板、格柵局部分格。鋁板與格柵的分格相協調,與總體建筑風格相統一,觀賞性強。

        七、結構及功能設計
        1.鋁板罩面系統選型依據 具有優良的水密性能,具有良好的適應變形性能和整體強度、保證內外視效果并降低工程造價是本次罩面系統選型的依據。

        2.鋁板罩面系統的主要結構形式及特點
        本工程屋面鋁板系統采用C型鋼做龍骨。鋼龍骨與副框之間有彈性膠墊相隔,橫豎龍骨之間、豎龍骨與次龍骨之間的連接實現了三維調整,有效地適應了主體結構的變形。優良的內外視效果:設計時使分格尺寸在球形屋面上盡量達到一致,減少異形板的數量,方便了生產加工,降低成本,這樣使整個建筑在外視效果上整齊劃一,美觀大方。通過巧妙地布置次龍骨及屋面龍骨,使龍骨分布均勻、整齊,得到了較好的內視效果。

        3.鋁板格柵的結構形式
        鋁板格柵根據其在裝飾面上的位置采用了兩種不同的結構形式:

        (1)大面格柵:將雙面噴涂的弧形穿孔鋁板同加強鋁型材緊固,形成弧形格柵頁片,頁片的兩端同次龍骨連接,形成格柵整體。

        (2)后檐口處格柵:

        后檐口裝飾格柵采用了50槽鋼鋼板制成鏤空的變截面裝飾鋼架,不同寬度的頁片通過裝飾鋼架同次龍骨連接,保證了此處獨特的裝飾效果。

        4.排水天溝的設計
        做為屋面排水的重要設施,如何既有效地完成排水功能,又得到良好的裝飾效果,是我們設計要重點解決的問題。根據這個思路,我們設計了暗藏式排水天溝系統。

        5.防雷設計
        按照《建筑防雷設計規范》(GB50057-93)要求,建筑物防雷設計,不僅要考慮頂層雷擊,還要考慮側向雷擊。由于本工程大面積使用鋁板,屬重要防雷建筑。合理的防雷措施將使外飾面免受雷擊,達到安全使用功能。在設計中,采用防雷電纜將面材——鋁單板同龍骨導通,龍骨同網架通過連接件連通,形成10米×10米的避雷網絡,屋面體系通過網架體系可靠接地,不但可以有效地避免雷電對屋面自身的損害,從而保證建筑的安全,而且可以避免鋁板表面積累靜電吸附灰塵從而影響外視效果。

        幕墻形成了自身的防雷體系,并與主體結構可靠接地,共同形成防雷體系,接地電阻小于4歐姆。

        6、內視效果的工藝設計:

        罩棚幕墻的內視不同于其它幕墻,而有著嚴格的要求。由于罩棚最低點與看臺最高點有兩米之差。主次龍骨的排布,鋁單板加強筋的排布等都會對內視效果造成舉足輕重的影響。設計時,主龍骨排布延緯線方向連續。用球點托盤擋住伸縮間隙。次龍骨與橫框均采用不銹鋼螺栓連接。次龍骨間距4米均勻排布。橫框800mm均勻排布。內視呈800×4000網格形狀,龍骨表面均涂防火漆處理,與網架金屬表面處理協調一致。

        由于罩面工程宏大,受形狀影響,每榀間距約12米。呈近似梯形,且上下邊界處會出現三角形、梯形、五邊形板塊。如果每塊板加強筋自行均布,則安裝后整體板塊加強筋不對線,左右錯位,內視非常混亂。設計時,充分考慮以上問題,從分格圖入手,每榀的三個分格,中間分格為4米,呈矩形,兩邊呈直角梯形,矩形板加強筋距均布。直角梯形從直角邊開始,按矩形板加強筋距離向邊側排布。這樣,整體安裝時,每榀板加強筋全部對線,內視效果非常漂亮,實現了內視的設計要求。

        八、設計選材:

        1. 鋼材

        實現罩棚幕墻連接的主次龍骨的鋼材選擇有著嚴格的要求。主龍骨既能滿足大跨度的強度、撓度要求,又要滿足網架變形的要求,以實現在網架變形時對次龍骨不造成破壞性擠壓

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