貴州省亞高原體育訓(xùn)練基地攀巖館結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計(jì)

劉 洪，張林峰，徐競(jìng)雄，周定松，周 佳，常 亞，馬克儉，李正農(nóng)

(1 中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司， 成都 610081； 2 貴州大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心， 貴陽(yáng) 550003；3 湖南大學(xué)建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 長(zhǎng)沙 410082)

1 工程概況

貴州省亞高原體育訓(xùn)練基地位于貴州省清鎮(zhèn)市，項(xiàng)目建設(shè)用地面積約62 038m2，一期總建筑面積26 000m2，由攀巖館、射擊館、槍彈庫(kù)和運(yùn)動(dòng)員康復(fù)辦公樓組成。其中攀巖館建筑面積約6 000m2，可容納觀眾1 200人，屋蓋造型為兩個(gè)有高差的半邊橢圓球，其下部為一個(gè)完整的半邊橢圓球，上部為一個(gè)完整的半邊橢圓球加3.4m長(zhǎng)的延伸段，高差為11m；攀巖館建筑高度為31.7m，平面為直徑67m的圓形平面，屋蓋跨度為46.2m；地上共3層，其中1層為活動(dòng)坐席區(qū)、裁判室、訓(xùn)練室等功能用房，層高7.6m；2層及以上為固定坐席區(qū)、新聞辦公等功能用房，攀巖壁貫穿整個(gè)建筑高度，2,3層層高分別為4.5，10m；地下1層主要功能為停車(chē)庫(kù)及設(shè)備用房，層高5m，建筑效果圖如圖1所示，剖面圖如圖2所示[1]。攀巖館下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，屋蓋采用橢球形凱威特K6單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)+立體拱架+豎向平面交叉桁架組合的雜交結(jié)構(gòu)[2]。

圖1 建筑效果圖

圖2 建筑剖面圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及荷載

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)攀巖館的使用功能和重要性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，建筑抗震設(shè)防分類(lèi)為丙類(lèi)；設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，特征周期0.35s；下部混凝土框架及剪力墻抗震等級(jí)為三級(jí)[3]。

2.2 恒載和活載

結(jié)構(gòu)構(gòu)件自重由程序MIDAS Gen自動(dòng)計(jì)算，屋頂附加恒載取1.0kN/m2，屋面活載取0.5kN/m2；吊掛荷載中，吊頂取0.5kN/m2，馬道取2.5kN/m；屋蓋對(duì)雪荷載敏感，重現(xiàn)期為100年的基本雪壓取0.25kN/m2，高低屋面處積雪分布系數(shù)按2.2考慮；溫度作用考慮升降各25℃,風(fēng)荷載按照風(fēng)洞試驗(yàn)取值[4]。

2.3 風(fēng)荷載

攀巖館外形為橢圓形，兩個(gè)半圓屋面高差達(dá)11m，且為大跨度的鋼屋蓋結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的基頻較低，這類(lèi)柔性結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)荷載的靜力和動(dòng)力都較敏感；另外無(wú)類(lèi)似的工程風(fēng)荷載取值作為參考；因此有必要通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載，以研究其風(fēng)致振動(dòng)的特性，做出合理可靠的設(shè)計(jì)。

2.3.1 風(fēng)洞試驗(yàn)

風(fēng)洞試驗(yàn)由湖南大學(xué)建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。根據(jù)攀巖館所處的位置和周邊地形情況，采用擋板、尖塔、粗糙元等裝置，在風(fēng)洞試驗(yàn)段內(nèi)產(chǎn)生與現(xiàn)場(chǎng)情況相當(dāng)?shù)拇髿膺吔鐚?。試?yàn)風(fēng)向角為0°～360°，風(fēng)向角間隔15°，共24個(gè)風(fēng)向角。攀巖館模型為縮尺比1/250的剛體模型，模型與實(shí)物建筑在外形上保持幾何相似，將模型固定在風(fēng)洞的轉(zhuǎn)盤(pán)上，通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)來(lái)模擬不同風(fēng)向，風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?jiàn)圖3。通過(guò)電子壓力掃描閥系統(tǒng)采集剛體模型表面的平均壓力及脈動(dòng)壓力特性。為了測(cè)量攀巖館屋蓋及側(cè)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓分布，在模型屋蓋上布置了82個(gè)測(cè)點(diǎn)，在外側(cè)墻體上布置了180個(gè)測(cè)點(diǎn)；另外將屋蓋分成29個(gè)區(qū)(圖4)，便于設(shè)計(jì)使用。

圖3 風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D

圖4 鋼屋蓋分區(qū)示意

通過(guò)24個(gè)不同風(fēng)向角下的模型試驗(yàn)，獲得了全風(fēng)向角下攀巖館的風(fēng)壓分布及體型系數(shù)，限于篇幅，圖5僅給出了0°,9°,180°風(fēng)向角下的各分區(qū)體型系數(shù)。由圖5可知，同一分區(qū)在不同風(fēng)向角下的體型系數(shù)均不相同，不僅數(shù)值上有較大的差異，風(fēng)壓力的方向還有可能相反，所有分區(qū)最大體型系數(shù)在不同的風(fēng)向角下產(chǎn)生。因此對(duì)攀巖館進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)是非常必要的[5]。

圖5 鋼屋蓋在不同風(fēng)向角下的體型系數(shù)

2.3.2 風(fēng)荷載體型系數(shù)取值及等效風(fēng)荷載計(jì)算

根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析24個(gè)風(fēng)向角下的體型系數(shù)，間隔30°選取12個(gè)風(fēng)向角下的體型系數(shù)包絡(luò)值作為風(fēng)荷載計(jì)算依據(jù)，每個(gè)風(fēng)向角作為一種荷載工況，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2012)[4](簡(jiǎn)稱(chēng)荷載規(guī)范)，求得每個(gè)風(fēng)向角下的等效風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，將所得各風(fēng)荷載與其他荷載組合，作為攀巖館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載。

3 屋蓋結(jié)構(gòu)體系確定

選擇體育場(chǎng)館屋蓋體系應(yīng)遵循的原則是：體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的力學(xué)優(yōu)勢(shì)，使其結(jié)構(gòu)構(gòu)件為拉壓構(gòu)件而非受彎構(gòu)件；結(jié)構(gòu)破壞準(zhǔn)則由強(qiáng)度控制而非穩(wěn)定控制；充分發(fā)揮高強(qiáng)材料的優(yōu)勢(shì)，提高經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)還應(yīng)能滿足建筑空間視覺(jué)和美觀要求?；谝陨显瓌t，對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行選型。

該項(xiàng)目屋蓋內(nèi)表面直接位于攀巖壁和觀眾席上部，暴露在觀眾的視線內(nèi)，建筑師要求屋蓋結(jié)構(gòu)盡量輕盈美觀。根據(jù)上述原則，在比較了雙層網(wǎng)殼、管桁架、單層網(wǎng)殼等結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上，最后屋蓋的結(jié)構(gòu)體系定為橢球形凱威特K6單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)+立體拱架+豎向平面交叉桁架組合的雜交結(jié)構(gòu)。網(wǎng)殼曲面能提供結(jié)構(gòu)剛度，通過(guò)殼面內(nèi)薄膜應(yīng)力傳力；在外荷載作用下，拱桁架結(jié)構(gòu)主要產(chǎn)生壓力，彎距效應(yīng)相對(duì)較??；單層網(wǎng)殼矢跨比小時(shí)，需增大其構(gòu)件截面尺寸，才能滿足網(wǎng)殼穩(wěn)定計(jì)算要求，結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)[5]；因此提高網(wǎng)殼矢高至11m，矢跨比為0.24，使結(jié)構(gòu)桿件截面主要由構(gòu)件本身內(nèi)力控制而非網(wǎng)殼穩(wěn)定控制；單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)空間桿件少，避免了屋蓋桿件繁多而影響建筑美觀，能滿足建筑輕盈、通透的視覺(jué)效果[6]。

不同的網(wǎng)格布置形式和網(wǎng)格大小對(duì)網(wǎng)殼受力性能和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)均有較大的影響；結(jié)合下部混凝土柱網(wǎng)布置，單層網(wǎng)殼的網(wǎng)格形式采用凱威特K6網(wǎng)格，一個(gè)橢球半圓即為一個(gè)K3扇形三向網(wǎng)格；通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能、經(jīng)濟(jì)性分析，結(jié)合屋面檁條系統(tǒng)布置及建筑效果，最終確定環(huán)向桿件長(zhǎng)度3～3.5m，徑向桿件長(zhǎng)度3.5～4.5m。為了增強(qiáng)網(wǎng)殼的邊界剛度，將上部屋蓋3.4m延伸段做成一個(gè)3.4m寬的立體拱架，并結(jié)合馬道的設(shè)置(馬道設(shè)置在立體拱架高度范圍內(nèi))，拱架的高度為2m，跨度為46.2m；同時(shí)，在屋蓋下部相應(yīng)位置設(shè)置一個(gè)相同的拱架。為提高結(jié)構(gòu)的整體性，同時(shí)考慮側(cè)立面幕墻龍骨設(shè)置，用豎向的平面交叉桁架將上部和下部立體拱架聯(lián)系在一起，使得上部和下部屋蓋結(jié)構(gòu)一起協(xié)同受力(圖6)。

圖6 屋蓋結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

鋼屋蓋桿件采用Q345無(wú)縫鋼管，主要桿件截面如表1所示。攀巖館屋蓋共設(shè)置了28個(gè)支座節(jié)點(diǎn)，其中15個(gè)支座節(jié)點(diǎn)設(shè)置在22.700m標(biāo)高處的混凝土柱頂，13個(gè)支座節(jié)點(diǎn)設(shè)置在12.000m標(biāo)高處的混凝土柱頂。

鋼屋蓋主要桿件截面 表1

4 屋蓋結(jié)構(gòu)靜力分析及對(duì)比分析

4.1 屋蓋結(jié)構(gòu)靜力分析

根據(jù)項(xiàng)目結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，共選擇了3個(gè)計(jì)算模型：下部混凝土結(jié)構(gòu)單體模型，上部鋼結(jié)構(gòu)單體模型，上下部結(jié)構(gòu)組裝的整體模型(圖7)。下部混凝土結(jié)構(gòu)單體模型用于計(jì)算下部混凝土結(jié)構(gòu)的指標(biāo)、構(gòu)件截面及配筋；鋼結(jié)構(gòu)單體模型主要用于計(jì)算鋼屋蓋桿件的內(nèi)力、截面、變形和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；

圖7 整體結(jié)構(gòu)模型

整體模型用于分析上下部結(jié)構(gòu)的相互作用、結(jié)構(gòu)指標(biāo)，校核鋼屋蓋桿件的內(nèi)力、變形、網(wǎng)殼穩(wěn)定以及考慮下部混凝土彈性約束影響下的支座反力，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性[7]。荷載組合：鋼屋蓋荷載組合根據(jù)各種工況共有230個(gè)組合，混凝土結(jié)構(gòu)的荷載組合由程序MIDAS Gen根據(jù)荷載規(guī)范自動(dòng)組合。采用MIDAS Gen 軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

在恒載+活載作用下，結(jié)構(gòu)各點(diǎn)最大豎向位移為70mm，撓跨比為1/660，小于規(guī)范限值1/400，滿足規(guī)范要求。網(wǎng)殼的應(yīng)力比：關(guān)鍵構(gòu)件控制在0.75以下，一般構(gòu)件控制在0.85以下，單元應(yīng)力比分布如圖8所示。

圖8 單元應(yīng)力比分布圖

4.2 屋蓋結(jié)構(gòu)對(duì)比分析

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的造型為兩個(gè)有高差的半邊橢圓單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，為對(duì)比半邊橢圓網(wǎng)殼和完整單層網(wǎng)殼受力性能的差異，將該工程的半邊橢圓網(wǎng)殼模型和完整單層網(wǎng)殼模型進(jìn)行對(duì)比分析。兩者網(wǎng)格形式、網(wǎng)格大小、徑向和環(huán)向桿件截面均相同，矢高均為11m，跨度均為46.2m，屋頂附加恒載均取1.0kN/m2，屋面活載均取0.5kN/m2；在兩者周邊底部，每間隔兩個(gè)網(wǎng)格，在相同位置設(shè)置一個(gè)固定鉸支座，使其支座約束條件相同。

恒載作用下桿件的軸力見(jiàn)圖9。由圖9可以看出，半邊橢圓網(wǎng)殼模型桿件受力不均勻，第4～8圈環(huán)向桿件受壓，第1～3圈環(huán)向桿件受拉，同一圈不同位置處環(huán)向桿件軸力值變化較大；大多數(shù)徑向桿件受壓，不同區(qū)域的徑向桿件內(nèi)力相差較大；在靠近半圓邊界附近的徑向桿件受拉。與半邊橢圓網(wǎng)殼模型中桿件軸力相比，完整單層網(wǎng)殼模型桿件第2，3圈環(huán)向桿件軸向拉力較大，對(duì)網(wǎng)殼環(huán)向約束作用強(qiáng)；完整單層網(wǎng)殼模型徑向桿件受壓，各區(qū)域桿件受力均勻?qū)ΨQ(chēng)。在節(jié)點(diǎn)集中力作用下，完整單層網(wǎng)殼模型桿件以承受軸力為主，彎矩和剪力很??；半邊橢圓網(wǎng)殼模型彎矩和剪力分布情況類(lèi)似，剪力和彎矩相對(duì)較大的桿件為分布在最外圈環(huán)向與支座相連的桿件；由于半邊橢圓網(wǎng)殼將力傳給拱桁架，從遠(yuǎn)離拱桁架支座處到靠近拱桁架支座，桿件剪力和彎矩逐漸變??；與半邊橢圓網(wǎng)殼模型支座相比，完整單層網(wǎng)殼模型最外圈環(huán)向與支座相連桿件的彎矩和剪力對(duì)稱(chēng)均勻。

圖9 模型構(gòu)件軸力云圖/kN

恒載作用下結(jié)構(gòu)的豎向位移見(jiàn)圖10。由圖10可以看出，半邊橢圓網(wǎng)殼模型豎向位移最大點(diǎn)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的第7圈環(huán)向桿件區(qū)域內(nèi)，最大位移為55mm，沿著網(wǎng)殼的環(huán)向逐漸減??；與半邊橢圓網(wǎng)殼模型豎向位移相比，完整單層網(wǎng)殼模型豎向位移最大點(diǎn)出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的第5圈環(huán)向桿件區(qū)域內(nèi)，最大位移為21mm，沿著網(wǎng)殼的環(huán)向逐漸減??；由于完整單層網(wǎng)殼形成各向拱作用相比半邊橢圓網(wǎng)殼更強(qiáng)，所以位移較小。

圖10 模型結(jié)構(gòu)豎向位移/mm

恒載作用下半邊橢圓網(wǎng)殼模型不同支座的水平和豎向反力相差較大；由于立體拱架的單向拱作用，在靠近半圓邊界附近的水平和豎向支座反力大；與半邊橢圓網(wǎng)殼模型支座相比，完整單層網(wǎng)殼模型不同位置支座反力對(duì)稱(chēng)均勻。

在恒載+活載組合作用下，采用MIDAS Gen 軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，半邊橢圓網(wǎng)殼模型、完整單層網(wǎng)殼模型第一階屈曲模態(tài)荷載系數(shù)分別為11.8，6.3，考慮初始缺陷、材料非線性和幾何非線性影響的彈塑性全過(guò)程安全系數(shù)分別為2.28，1.7，屈曲模態(tài)如圖11所示。由圖11可以看出，半邊橢圓網(wǎng)殼模型在靠近拱桁架的第2，3個(gè)網(wǎng)格發(fā)生屈曲，完整單層網(wǎng)殼模型在網(wǎng)殼的中部發(fā)生屈曲。由此可見(jiàn)，由于中部拱桁架的支撐，兩種類(lèi)型網(wǎng)殼屈曲安全系數(shù)相差較大，屈曲的位置也有較大不同。

圖11 模型屈曲模態(tài)

對(duì)于活載布置，半邊橢圓網(wǎng)殼模型考慮上側(cè)滿載下側(cè)空載、上側(cè)空載下側(cè)滿載兩種情況，并與上下側(cè)同時(shí)滿布活載情況進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)以上兩種情況相比上下側(cè)同時(shí)滿布活載時(shí)，結(jié)構(gòu)受力大小有差別，但內(nèi)力的分布模式相同，屈曲位置相同，屈曲安全系數(shù)差別不到8%。由此可見(jiàn)，半邊橢圓網(wǎng)殼模型由于中部拱桁架的支撐，活載布置對(duì)其屈曲模態(tài)和屈曲安全系數(shù)大小的影響沒(méi)有完整單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)敏感。

從上述對(duì)比分析可知，半邊橢圓網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由于只有半圓網(wǎng)殼，沒(méi)有形成完整的傳統(tǒng)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，故受力性能與完整單層網(wǎng)殼有較大的不同。

5 屋蓋結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析及極限承載力分析

對(duì)于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性分析是非常重要的內(nèi)容。在恒載+活載工況下，全過(guò)程分析按照滿跨均布荷載進(jìn)行分析，分析時(shí)考慮了初始缺陷分布模態(tài)，取結(jié)構(gòu)最低階模態(tài)作為初始缺陷分布模態(tài)，即采用一致模態(tài)法進(jìn)行缺陷分析，缺陷的最大值按網(wǎng)殼短跨的1/300取值。計(jì)算考慮幾何非線性和材料非線性[8]。計(jì)算采用位移法求解后屈曲問(wèn)題，收斂的標(biāo)準(zhǔn)是同時(shí)要求位移增量和不平衡力都小于給定的精度范圍。采用ANSYS和MIDAS Gen軟件進(jìn)行屈曲分析。

初次線性屈曲分析結(jié)果表明，屋蓋結(jié)構(gòu)前4階屈曲模態(tài)均在單層網(wǎng)殼頂部較為平坦區(qū)域先屈曲，結(jié)構(gòu)第一階屈曲系數(shù)為8.2。為此，采用將單層網(wǎng)殼的矢高抬高1m，增大較為平坦區(qū)域桿件截面的措施，重新進(jìn)行線性屈曲分析。結(jié)果表明，該單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)不考慮初始缺陷時(shí)，特征值穩(wěn)定系數(shù)為11.8。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行全過(guò)程整體穩(wěn)定性分析，考慮初始缺陷和幾何非線性的影響，非線性穩(wěn)定分析所得屋蓋結(jié)構(gòu)的荷載-位移曲線如圖12所示。由圖12可知，幾何非線性全過(guò)程安全系數(shù)為4.8，滿足《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ 7—2010)[8]對(duì)網(wǎng)殼穩(wěn)定要求?？紤]初始缺陷、材料非線性和幾何非線性的影響，材料進(jìn)入塑性，彈塑性全過(guò)程安全系數(shù)為2.28；此時(shí)鋼屋蓋豎向位移為180mm，表明網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的平面外剛度和整體性均處于良好狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)問(wèn)題。

圖12 非線性穩(wěn)定分析荷載-位移曲線

6 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的分析設(shè)計(jì)

考慮到屋蓋結(jié)構(gòu)支座節(jié)點(diǎn)內(nèi)力傳力復(fù)雜，荷載較大，支座如果采用剛接，支座將承擔(dān)彎矩，特別是在溫度作用和水平荷載作用下彎矩更大，構(gòu)件中也會(huì)產(chǎn)生附加彎矩。為避免連接支座的桿件受彎，設(shè)計(jì)中采用了成品鑄鋼固定鉸支座和帶一定剛度的成品鑄鋼滑動(dòng)鉸支座，如圖13所示。在溫度作用和豎向荷載作用下，立體拱架兩端的支座會(huì)承受很大的水平推力，若這些支座采用沿屋蓋徑向和環(huán)向皆帶一定剛度的成品鑄鋼滑動(dòng)鉸支座，該水平推力會(huì)大幅降低，支座、預(yù)埋件和下部混凝土構(gòu)件也會(huì)更容易設(shè)計(jì)；其余位置支座采用成品鑄鋼固定鉸支座。采用鉸支座能將計(jì)算分析模型節(jié)點(diǎn)鉸接和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的約束情況吻合，計(jì)算結(jié)果更真實(shí)。

圖13 成品鉸支座節(jié)點(diǎn)詳圖

鋼屋蓋桿件相交節(jié)點(diǎn)為相貫節(jié)點(diǎn)，部分節(jié)點(diǎn)交匯處內(nèi)力傳遞復(fù)雜，荷載較大，《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50017—2017 )中相貫節(jié)點(diǎn)的計(jì)算公式?jīng)]有此類(lèi)型節(jié)點(diǎn)的驗(yàn)算方法，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有限元分析才能判定節(jié)點(diǎn)的安全性[9]。

采用ANSYS軟件建立三維實(shí)體模型對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析。節(jié)點(diǎn)分析采用Solid187單元，該單元具有良好的彈塑性分析特性，為帶中間節(jié)點(diǎn)的四面體網(wǎng)格。鋼材彈性模量E=2.06×105MPa，泊松比v=0.3，為理想彈塑性材料，屈服強(qiáng)度取345MPa。分析模型均采用簡(jiǎn)化的邊界約束方式，其主管一端施加固定支座約束，其余端為懸臂，荷載施加在懸臂端。節(jié)點(diǎn)荷載取整體模型在最不利工況下的各桿件內(nèi)力，分別考慮最大軸壓、軸拉及最大剪力所對(duì)應(yīng)的工況。圖14為典型支座節(jié)點(diǎn)von Mises應(yīng)力云圖。由圖14可以看出，節(jié)點(diǎn)一至三的最大應(yīng)力分別為288，316，264MPa，均小于鋼材的屈服強(qiáng)度，3個(gè)節(jié)點(diǎn)均處于彈性工作狀態(tài)，滿足設(shè)計(jì)要求[10]。

圖14 典型支座節(jié)點(diǎn)的von Mises應(yīng)力云圖/MPa

7 結(jié)語(yǔ)

(1)根據(jù)攀巖館建筑外形的獨(dú)特形式，在設(shè)計(jì)中，充分利用建筑的外形條件，采用橢球形凱威特K6單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)+立體拱架+豎向平面交叉桁架組合的雜交結(jié)構(gòu)體系，有效地解決了屋面、立面一體化的建筑設(shè)計(jì)要求。

(2)立體拱架的設(shè)置，解決了單層網(wǎng)殼邊界約束薄弱和剛度低的問(wèn)題。利用豎向平面交叉桁架將上下兩個(gè)獨(dú)立的半橢圓網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)連為一體，既提高了屋蓋的整體性和抗變形能力，也利用其作為側(cè)立面幕墻龍骨。

(3)帶高差的兩個(gè)半邊橢圓球屋蓋的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果，可為類(lèi)似屋面造型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載取值提供參考。