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1、 第二章 工程概况及特点分析 2.1 工程整体概况 2.1.1 工程基本情况 名 称 内 容 工程名称 绍兴县体育中心体育场钢结构工程 建设地点 绍兴县柯北新城 建设规模 总建筑面积：77640㎡； 建筑高度：固定屋盖顶部高度47.107m，活动屋盖顶部标高为57.456m； 建筑层数：地上3层； 观众席数量：40000座； 比赛场地：包括径赛周长400m的标准环形跑道、标准足球场和各项田赛场地； 设计单位 北京市建筑设计研究院 建设单位 绍兴县体育中心投资开发经营有限公司 招标单位 浙江中兴工程项目管理有限公司 2.1.2
2、 建筑概况 绍兴县体育中心位于绍兴市西北的柯北新城,东临会展中心和水务大厦,北侧华齐路\南侧，钱陶公路与南北城市中心的主干线--金柯大道相连,笛扬路\育才路贯穿用地南北,形成棋盘格。总用地约24万平方米。绍兴体育场位于体育中心东南角。体育场设有开合屋盖，可以满足全天候使用要求，开启面积12350平方米，建成后将成为目前国内可开启面积最大的开闭式体育场。 本体育场主体建筑由现浇钢筋混凝土看台、固定屋盖和活动屋盖组成。体育场固定屋盖投影接近椭圆形，长轴方向长度为267m,短轴方向长度为206m，屋盖外边缘为四心圆，体育场基地占地面积9.4262万㎡，总建筑面积为77640㎡，观众席共有400
3、0座。固定屋盖顶部高度47.107m，活动屋盖顶部标高为57.456m。 本工程结构为可开合屋盖空间钢管桁架体系。在沿活动屋盖运行轨道方向布置长向主桁架,在与长向主桁架垂直的方向布置短向主桁架,从而形成"井"字型双向立体主桁架。在固定屋盖周边布置环向桁架以增加屋盖结构的整体刚度，在整个屋盖结构面内布置次桁架与交叉支撑体系，以增加屋盖结构的面内刚度。活动屋盖通过小车将荷载传到长向主桁架，固定屋盖的荷载通过次桁架传递到主桁架及环桁架上，主桁架通过八个混凝土筒传递至基础。环桁架通过周圈的混凝土柱传至基础。 体育场 绍兴县体育中心效果图 本工程 体育中心及周边平面图
4、 体育场闭合状态建筑正立面图 体育场开启状态建筑正立面图 体育场闭合状态建筑侧立面图 体育场钢结构结构轴侧图（未显示围护膜钢骨架） 体育场钢结构鸟瞰图 2.2 钢结构工程概况及特点分析 2.2.1 钢结构概况 体育场钢结构从总体上可分成主体钢结构屋盖和围护膜系统钢骨架两大部分，主体屋盖可再次分成固定屋盖、台车轨道和活动屋盖三部分相对独立的结构。 固定屋盖实体图 体育场屋盖实体图 围护膜系统钢骨架 体育场屋盖组成：可以分解成固定屋盖、台车轨道和活动屋盖三大部分 固定屋盖实体图 体育场
5、屋盖实体图 固定屋盖： 固定屋盖的几何形状为双曲面，平面形状接近椭圆形，其中长轴跨度为260m，短轴跨度为200m。由4榀主桁架、28榀次桁架、四周一圈环向桁架、水平支撑体系及固定屋盖支座五部分组成 轨道局部 台车轨道实体图 活动屋盖实体图 台车轨道： 台车轨道共两组，布置在长向主桁架上部，每组轨道长236米。每组轨道由两根箱形截面B650X180X20X28组成，在主体结构卸载完成后安装就位。 活动屋盖： 活动屋盖由两个单元块组成，在中间直线相交，活动屋盖主桁架跨度为93.6m。每个单元块由7榀横向主桁架、两侧边桁架和支撑体系组成。 2.2.2 钢结构构件及
6、材料选用 2.2.2.1 固定屋盖构件组成 主桁架实体图 主桁架： 主桁架共有4榀组成，在沿活动屋盖运行轨道方向布置长向主桁架,在与长向主桁架垂直的方向布置短向主桁架,从而形成"井"字型双向立体主桁架。长向主桁架长度为226米，短向主桁架长度为168米。主桁架的8个端部固定于环桁架侧面的上弦杆和下弦杆，端部采用相贯焊形式连接固定。 次桁架： 次桁架共有28榀，长度从24~54米不等、宽度从4.350~5.1米不等。次桁架一端垂直固定于主桁架侧面的上弦杆和中弦杆,另一端固定于环桁架侧面的上弦杆和下弦杆。次桁架两端均采用相贯焊形式连接固定。 次桁架实
7、体图 固定屋盖实体图 环桁架实体图 次结构实体图 环桁架： 环桁架平面形状为一个接近椭圆的封闭环状结构，桁架周长735米。环桁架由上部矩形格构式桁架和下部76个黄金束组成。黄金束上部与格构式桁架下弦杆相贯焊接，下部与抗震球铰制作焊接固定。 次结构： 固定屋盖次结构主要由水平支撑、系杆以及屋盖洞口造型构架组成。水平支撑和系杆布置在屋盖桁架的上弦层处，屋盖洞口造型构架布置在短边洞口、主桁架侧面的上弦和中弦杆。次结构与桁架均采用相贯焊形式连接固定。 2.2.2.1 主桁架构件特点 主桁架组成： 红色部分为环桁架 红色部分为环桁架 短向主桁架实
8、体图 长向主桁架 短向主桁架 长向主桁架 短向主桁架 井字形主桁架实体图 短向主桁架： 短向主桁架长度为168米，整榀重量约为1200吨，断面形式为鱼腹形空间桁架跨中部位高部位高度约为19米、端部高度逐渐过渡到5m，共由上、中、下3个弦层和4个腹杆层组成，上弦层宽度约为12.9米、中弦层宽度约为7.6米，下弦层宽度约为1.7米。 红色部分为环桁架 红色部分为环桁架 长向主桁架实体图 长向主桁架： 长向主桁架与活动屋盖运行轨道方向一致,长度为226米，整榀重量约为1500吨，断面形式为鱼腹形空间桁架跨中部位高部位高度约为19米,端部高度逐渐过渡到5m，共由上、
9、中、下3个弦层和4个腹杆层组成，上弦层宽度约为12.9米、中弦层宽度约为7.6米，下弦层宽度约为1.7米。 单榀主桁架实体图 上弦杆 上弦层腹杆 上中弦间腹杆 中弦杆 中下弦间腹杆 中弦层腹杆 下弦杆 主桁架A-A断面图 主桁架杆件截面统计： 上弦杆截面为：P1000X45、P1000X40、P1000X36、P630X28、P630X25； 上弦层腹杆截面为：P813X32、P630X25、P500X20、P457X20、P351X16、P299X14； 上中弦间腹杆截面为：P630X30、P560X25、P500X28、P500X2
10、5、P457X20、P402X20、P402X18、P402X16、P351X16、P299X16、P299X14、P245X12、P203X10； 中弦层腹杆截面为：P457X20、P402X18、P351X20、P351X16、P299X14、P245X12、P203X10； 中弦杆截面为：P630X30、P560X25、P500X28、P500X25、P457X20、P402X20、P402X18、P402X16、P351X16、P299X18、P299X16、P299X14、P45X12、P203X10、P146X8； 中下弦间腹杆截面为：P560X30、P500X28、P500
11、X25、P457X30、P457X22、P457X18、P457X16； 下弦杆截面为：4根D200高强合金钢拉杆。 A A 主桁架典型段局部放大实体图 4根D200高强合金钢拉杆 主桁架下弦节点实体图 下弦铸钢节点实体图 2.2.2.2 次桁架构件构件组成 次桁架实体图 B B 次桁架典型段局部放大实体图 上弦杆 上弦层腹杆 上下弦间腹杆 下弦杆 次桁架B-B断面图 次桁架杆件截面统计： 上弦杆截面为：P813X32、P500X20； 上弦层腹杆截面为：P457X20、P457X16、P 351X16、
12、P 351X12、P 299X14、P 245X12、P203X10、P146X8； 上下弦间腹杆截面为：P299X14、P245X12、P203X10、P146X8； 下弦杆截面为：P813X32、P500X28、P500X25、P500X22、P500X20。 2.2.2.3 环桁架构件组成 环桁架实体图 C C 环桁架典型段局部放大实体图 球铰支座 上弦杆 上弦层腹杆 上下弦间腹杆 下弦杆 黄金束杆 铸钢节点 （仅主桁架处） 下弦层腹杆 环桁架C-C断面图 环桁架杆件截面统计： 上弦杆截面为：P630
13、X30、P630X25； 上弦层腹杆截面为：P630X30、P500X28、P402X16、P299X14、P245X12、P203X10、P146X8； 上下弦间腹杆截面为：P457X20、P402X16、P351X16、P299X18、P299X14、P245X12、P203X10、P146X8； 下弦杆截面为：P1000X50、P1000X60、P813X50、P711X60、P711X50、P630X32、P630X28、P630X25。 下弦层腹杆截面为：P500X28、P351X20、P351X16、P351X12、P299X14、P245X14、P245X12、P203X
14、10； 黄金束杆截面为：P630X30、P560X25、P500X28、P500X25、P457X20、P402X16、P351X16、P299X20、P299X16、P299X14、P245X12、P203X10、P146X8。 2.2.2.4 次结构构件组成 水平支撑系统局部放大实体图 水平支撑系统实体图 屋盖洞口造型构架部放大实体图 次结构实体图 水平支撑系统杆件截面统计： P500X40、P500X30、P500X20、P457X22、P457X20、P457X18、P457X16、P351X16、P351X14、P351X12
15、P299X16、P299X14、P245X12、P203X10、P146X8。 屋盖洞口造型构架实体图 屋盖洞口造型构架杆件截面统计： P711X60、P711X50、P630X30、P630X25、P402X16、P630X50、P457X20、P351X16、P351X12、P299X14、P245X12、P203X10、P146X8。 2.2.2.5 活动屋盖构件组成 端部桁架： 端部桁架位于每个活动屋盖的端部，每个活动屋盖均有1榀端部桁架。桁架断面为三角形，长93.6米，最宽5.4米，最高6.8米。整榀桁架有上弦、下弦、腹杆和支座杆四部分组成，杆件之间均采用相贯
16、焊形式连接。 端部桁架杆件截面统计： 上弦杆：口650~300X300X20X30 下弦杆：P500X20、P245X8； 上下弦间腹杆：P351X20、P245X12、P203X10、P146X8； 下弦层腹杆：P500X20、P245X8； 支座杆：P457X25 中部桁架杆件截面统计： 上弦杆：口650~300X300X20X30 下弦杆： P500X22、P500X20、P351X18、P351X12； 腹杆：P351X20、P245X12、P203X10、P146X8； 支座杆：P500X25、P457X25 中部桁架： 中部桁架每个活动屋盖均有6榀，两个屋
17、盖共12榀，为平面桁架形式，长93.6米，最宽5.4米，最高6.8米。整榀桁架有上弦、下弦、腹杆和支座杆四部分组成，杆件之间均采用相贯焊形式连接。 端部桁架实体图 活动屋盖实体图 中部桁架实体图 边桁架实体图 部分支撑系统实体图 边桁架： 边桁架位于滑移轨道正上方，每榀中部桁架、端部桁架间均设置一榀，共24榀。桁架断面为倒三角形，长约9米，宽2.3米，高1.8米。整榀桁架有上弦、下弦、上弦层腹杆和上下弦间腹杆组成，杆件之间均采用相贯焊形式连接。 边桁架杆件截面统计： 上弦杆：P245X8； 下弦杆：P351X14、P351X12；
18、 上弦层腹杆：P146X8； 上下弦间腹杆：P146X8。 支撑系统杆件截面统计： P299X14、P245X12、P245X8、P203X10、P146X8。 支撑系统： 活动屋盖支撑支撑系杆由44个垂直支撑、224根水平支撑斜杆和176根水平系杆组成。 2.2.2.6 围护膜钢结构骨架构件组成 围护膜系统钢骨架组成：可以分解成菱形边框、前联系杆和内环管三种结构形式。立面部分的菱形边框与混凝土看台结构连接固定，其余屋面结构均通过连接支座与固定屋盖连接固定。 菱形边框 围护膜系统钢骨架实体图 菱形边框： 整合体育场围护膜系统钢结构共有420个菱形边框，每个菱形
19、边框由边框管和中拱管组成。边框管截面为B400X400X10、P450X10，中拱管截面为B240X240X8、B330X330X10、、B380X380X12 前联系杆实体图 内环管实体图 前联系杆： 前联系杆成径向布置，共24根，截面全部为P351X12。 内环管： 内环管位于固定屋盖洞口处，形成一个封闭的环，截面为P245X8。 2.2.3 主要节点概况 主次桁架中弦交叉铸钢节点 固定屋盖支座及预埋件 活动屋盖主桁架上弦节点 活动屋盖主桁架 与边桁架上弦节点 轨道梁与固定屋盖节点 主桁架下弦铸钢节点 长短主桁架交
20、叉铸钢节点 活动屋盖主桁架下弦端部节点 2.2.4 钢结构特点分析 绍兴县体育中心体育场屋盖钢结构工程总用钢量约11000余吨，为可开合屋盖空间钢管桁架体系。在沿活动屋盖运行轨道方向布置长向主桁架,在与长向主桁架垂直的方向布置短向主桁架,从而形成"井"字型双向立体主桁架。在固定屋盖周边布置环向桁架以增加屋盖结构的整体刚度，在整个屋盖结构面内布置次桁架与交叉支撑体系,以增加屋盖结构的面内刚度。活动屋盖通过小车将荷载传到长向主桁架，固定屋盖的荷载通过次桁架传递到主桁架及环桁架上，主桁架再传递到环桁架上，环桁架通过周圈锥形黄金束撑杆传递到混凝土看台结构。 活动屋盖由两个相互独立的单
21、元块组成，在中间直线相交，闭合时可与固定屋盖完全吻合。每个活动屋盖沿跨度方向设置7道主桁架，并沿纵向两端轨道处布置两条边桁架，跨中出布置11道支撑及系杆，以增强主桁架的侧向稳定性。活动屋盖主桁架端部各装有1个台车，共28个台车支承整个活动屋盖，并将力传递给下部固定屋盖主桁架。 钢结构荷载传递路径： 活动屋盖上的荷载通过主桁架传到支座杆，支座杆将力传递给台车，台车再将力传递给轨道梁，轨道梁将力传递给下方固定屋盖的主桁架。 次桁架将部分荷载传给主桁架，部分荷载传给环桁架；主桁架将自身荷载及活动屋盖轨道梁和次桁架传来的荷载传给环桁架；环桁架将荷载传递给球铰支座，球铰支座最终将荷
22、载传递给混凝土看台结构。 2.3 开闭系统概况及特点分析 2.3.1 开闭系统概述 绍兴县体育场采用开合屋盖结构形式，活动屋盖由两个单元块组成，每片屋盖沿两条平行的圆弧轨道移动，活动屋盖采用平面桁架结构,屋面周圈设置水平支撑保证活动屋盖的整体性.每片活动屋盖通过14台小车支撑，闭合时可与固定屋盖完全吻合。 驱动系统包括移动活动屋盖的各种组件。本工程活动屋盖驱动系统的基本方式是活动屋盖沿着圆弧形轨道从两侧向屋盖中心移动闭合或反向移动开启,驱动系统须保证结构的可靠性与经济性。 主要由三个部分组成：1、固定屋盖钢结构；2、活动屋盖钢结构；3、机械开、闭系统。 本系统采用钢
23、缆绳牵引和自驱台车的组合驱动方式,通过卷扬机,钢缆绳牵引活动屋盖。 每片活动屋盖两侧各有7个台车,活动屋盖通过台车\轨道等部件将活动屋盖的荷载传至固定屋盖。 活动屋盖 固定屋盖 1、最大开启面积：10828.32m*m ； 3、活动屋盖主桁架跨度：97.636m； 5、活动屋盖开启状态重心偏角：8.534 O 7、运行噪音指标：65dB； 2、单片活动屋盖自重(不含膜)：550吨； 4、活动屋盖关闭状态重心偏角:3.935O； 6、额定运行速度: 3m/min； 8、总工作时间: 12000小时； 机械开闭系统 看台 a. 每片活动屋盖由14套台
24、车支撑，沿弧形轨道移动，其中6套为自驱动台车，8套为从动台车； a、 采用2套双输出绳卷扬机系统和6套自驱动台车，牵引550吨的单片活动屋盖闭合或打开，两片活动屋盖共采用4套卷扬系统和12套自驱动台车进行驱动。 b、 单片屋盖上的2套卷扬驱动系统布置在水平投影为直线的2条拱型桁架的拱脚和桁架上，每套驱动系统设置由两根钢丝绳牵引。 c、 每套卷扬驱动系统主要由卷筒驱动机构、下部转向滑轮、上部转向滑轮、导向滑轮、托辊导向轮及均衡梁组成。两根钢丝绳通过均衡梁作用在活动屋盖上，在卷筒的驱动下牵引活动屋盖行走。活动屋盖的开启是在钢丝绳的牵引下，由自驱台车提供驱动转矩下滑。 2.3.2 开闭系统
25、特点分析 （1）综合性系统工程，跨学科合作项目 ①钢结构设计、制作与施工； ②起重机械、液压设计、加工与安装； ③电气、自动控制安装与调试 三部分必须联合设计、联合制定制作和施工方案，联合交叉施工。共同调试，才能取得最后的成功。 （2）工程特点是：载着活动屋盖重量的承载系统，在牵引系统的驱动下，沿弹性固定屋盖结构上一定的轨迹行驶；在活动屋盖打开时，由驱动台车驱动活动屋盖下移，同时卷扬机钢丝绳同步牵引。 钢结构与开闭系统的适应性（适应性自适应与补偿调整能力） 钢结构的稳定性 机械液压系统的可靠性、耐久性 控制系统的协调性 牵引
26、系统的同步性 （3）适应性： 内力不超限 变形能力相协调 （4）适应性设计 钢结构之间的刚度匹配 钢结构与开闭系统之间的性能匹配 （5）适应性施工 消除、降低结构变形量，减少卡轨力 阶段试验及现场安装调试 钢结构制作安装精度控制 验收标准制订 上车挡4件 2.3.3 开闭系统组成结构 均衡梁 4件 卷扬机 数量：4台 驱动力：>2000KN 卷扬机制动力：3000KN 托辊导向轮 104件 高强度耐磨轨道1200m 下车挡缓冲器 8件 上部转向滑轮8件 从动台车
27、 数量：16台 承载力：>2000KN 制动力：>50KN 驱动台车 数量：12台 承载力：>2000KN 驱动力：>1000KN 制动力：>50KN 插销 4件 下部转向滑轮 数量：8台 抗拉力：>300吨 2.4 围护膜系统概况及特点分析 2.4.1 围护膜系统工程概况 本工程屋面采用空间桁架体系上覆盖PTFE膜材，整个膜结构屋盖充分利用了结构基础的整体承载能力，最大限度的发挥了材料力学的效能，具有设计新颖、结构独特、造型美观、雄伟壮观等特点。 体育场围护膜系统
28、闭合状态效果图 体育场围护膜系统开启状态效果图 体育场围护膜系统室内效果图 体育场围护膜轴侧图 体育场围护膜闭合状态平面图 体育场围护膜开启状态平面图 体育场围护膜侧立面图 体育场围护膜侧正立面图 体育场围护膜系统主要实物工程量 序号 名称 规格 数量 1 不锈钢张拉螺杆 M10×150 25911套 2 不锈钢张拉螺杆 M10×200 20856套 3 不锈钢张拉螺杆 M10×200带球形垫片 146111套 4 铝合金卡具 45×26 63.116吨 5 铝合扣件 96×30 5.994吨
29、 6 铝合金夹板 40x8 7.103吨 7 不锈钢螺栓 M10×55 2145套 8 不锈钢螺栓 M10×55沉头 5921套 9 自攻钉 M8 77924套 10 橡胶棒 Φ12 41372米 11 橡胶条 60x2 16443 12 PTFE膜 共约89404㎡ 532单元 2.4.2 围护膜系统特点分析 按膜类型及现场施工方式，PTFE膜分为四部分，分别为：活动屋盖膜部分；放射线屋盖膜部分；双层菱形膜部分；单层菱形膜部分。 活动屋盖膜部分共有28个膜单元，最大单元面积约450㎡，最小单元面积约280㎡，活动屋盖膜单元分片
30、示意图如下： 活动屋盖膜单元分片图 放射性屋盖膜部分共有84个膜单元，最大单元面积约150㎡，最小单元面积约85㎡，放射性屋盖膜单元分片示意图如下： 双层菱形膜部分共有210个膜单元，每个膜单元分为上下两层，最大单元面积约125㎡，最小单元面积约40㎡，双层菱形膜单元分片示意图如下： 单层菱形膜部分共有210个膜单元，最大单元面积约150㎡，最小单元面积约100㎡，单层菱形膜单元分片示意图如下： 膜材选用：双层菱形膜单元下层采用内膜（PTFE网格膜），其他膜单元均为外膜。PTFE外膜材料选择计划：圣戈班的SF-Ⅱ型；中兴化成的FGT-800;杜肯的B18079;此三种膜材的性能相似，都能满足工程需要；PTFE内膜材料选择杜肯的B18651，此种膜材的性能满足工程需要。 2.5 工程施工环境及场地条件分析 工地主入口处 现场施工场地入口，交通通畅方便 土建单位正在紧张施工基础部分，现场场地平坦开阔 体育场东边施工道路较为狭窄，钢构吊装时需另行处理 体育场北边有一水沟，距建筑物较远
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