空间结构实例讲解.pdf

空间结构案例分析空间结构案例分析郭小农郭小农空间结构案例分析空间结构案例分析郭小农郭小农同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系同济大学建筑工程系 钢结构理论和施工技术研究室钢结构理论和施工技术研究室电子邮箱电子邮箱：：Guo-xiao-nong@tongji edu cn电子邮箱电子邮箱：：Guo-xiao-nong@ ：：13321969667 办公室：办公室：021-65980531空间结构案例集空间结构案例集空间结构案例集空间结构案例集【案例集】【案例集】1. 国家大剧院1. 国家大剧院 0209010209012. 上海国际会议中心2. 上海国际会议中心 0209210209213. 常州玫瑰园3. 常州玫瑰园 1207161207164. 江宁体育馆4. 江宁体育馆 030506030506同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农【案例集】【案例集】5. 上海南站5. 上海南站 0310280310286. Ben Aknoun 体育馆6. Ben Aknoun 体育馆 0605100605107. 千岛湖绸云7. 千岛湖绸云 1010251010258. 北京朝天轮8. 北京朝天轮 090101090101同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农【案例集】【案例集】9. 盐城体育场9. 盐城体育场 12031112031110. 大同美术馆10. 大同美术馆 11110511110511. 枣庄体育馆11. 枣庄体育馆 12051412051412. 嘉兴网球中心12. 嘉兴网球中心 070727070727同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农【案例集】【案例集】13. 东莞科技馆13. 东莞科技馆 03032003032014. 世博会民企馆14. 世博会民企馆 09060409060415. 西藏会展中心15. 西藏会展中心 12072812072816. 某储煤场网壳16. 某储煤场网壳 100123100123同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农案例案例8-北京朝天轮北京朝天轮提纲提纲 工程概况工程概况 工程概况工程概况  结构体系结构体系 结构体系结构体系 荷载计算荷载计算 荷载计算荷载计算结构选型结构选型结构选型结构选型 结构选型结构选型 结构选型结构选型 结构分析结构分析 结构分析结构分析 结构分析结构分析 结构分析结构分析 节点设计节点设计 节点设计节点设计 节点设计节点设计 节点设计节点设计 施施工工方案方案 施施工工方案方案同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农施方案施方案施方案施方案第第1 1节节第第1 1节节工程概况工程概况1.1 发展历史发展历史Ferris WheelFerris Wheel 费里斯大转轮费里斯大转轮1893年年世界首座世界首座芝加哥芝加哥芝加哥芝加哥直径直径76m直径直径总高总高80m同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.1 发展历史发展历史LdELondon Eye 伦敦眼伦敦眼1999年年直径直径128m总高总高135m同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.1 发展历史发展历史Sk DSky Dream天空之梦天空之梦2001年年直径直径112日本 福冈日本 福冈直径直径112m总高总高120m总高总高同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.1 发展历史发展历史南昌之星南昌之星2006年年直径直径153m总高总高160m同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.1 发展历史发展历史SiFlSingapore Flyer新加坡飞行者新加坡飞行者2008年年直径直径150m总高总高165m同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.1 发展历史发展历史Tit i ETientsin Eye 天津之眼天津之眼2009年年直径直径110m总高总高120m同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.2 工程概况工程概况北京朝天轮北京朝天轮？？年年直径直径193m总高总高208m轿厢轿厢48个个轿厢轿厢48个个同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农1.3 结构分类结构分类刚性轮辐刚性轮辐 轮辐结构轮辐结构刚性轮辐刚性轮辐柔性轮辐柔性轮辐柔性轮辐柔性轮辐塔架结构塔架结构支撑结构支撑结构塔架结构塔架结构单侧柱单侧柱 斜拉索斜拉索支撑结构支撑结构单侧柱单侧柱+斜拉索斜拉索侧柱侧柱 斜拉索斜拉索双双侧柱侧柱+斜拉索斜拉索同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农第第2 2节节第第2 2节节结构体系结构体系2.1 结构体系概览结构体系概览轮缘轮缘轮缘轮缘转轴转轴轮辐索轮辐索A架柱A架柱斜拉索斜拉索下下部支部支架架同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农部支部支2.2 轮辐结构轮辐结构轮辐结构轮辐结构：：轮缘轮缘+ +轮辐索轮辐索轮辐结构轮辐结构轮缘轮缘 轮辐索轮辐索同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农2.2 轮辐结构轮辐结构轮辐索轮辐索轮缘轮缘轮辐索轮辐索4848根根 Φ7x253Φ7x253轮缘轮缘三角形桁架三角形桁架平行钢丝束平行钢丝束【思考01】 估算平行钢【思考01】 估算平行钢 丝束的破断丝束的破断丝束的破断丝束的破断 荷载？荷载？同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农2.3 支撑结构支撑结构支撑结构支撑结构：：双侧柱双侧柱+ +斜拉索斜拉索【【思考思考0101】】支撑结构支撑结构双侧柱双侧柱 斜拉索斜拉索 平行钢丝束大钢管平行钢丝束大钢管【【思考思考0101】】 从图中判断 柱脚是铰接从图中判断 柱脚是铰接 还是刚接？ 柱顶是铰接还是刚接？ 柱顶是铰接 还是刚接还是刚接？？还是刚接还是刚接？？同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农2.4 转轴转轴转轴转轴：：轴心轴心+ +轴套轴套通过轴承连接通过轴承连接转轴转轴轴心轴心 轴套轴套通过轴承连接通过轴承连接同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农2.4 转轴转轴伦敦眼伦敦眼 轴承轴承同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农伦敦眼伦敦眼 轴承轴承2.5 下部支架下部支架同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农2.5 下部支架下部支架驱动装置驱动装置朝天轮朝天轮新加坡飞行者新加坡飞行者 录像录像【思考02】如何在计算模型中简 化驱动装置？【思考02】如何在计算模型中简 化驱动装置？同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农新加坡飞行者新加坡飞行者 录像录像2.5 下部支架下部支架新加坡飞行者新加坡飞行者录像录像同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农新加坡飞行者新加坡飞行者录像录像2.5 下部支架下部支架导向装置导向装置【【思考思考0303】】如何在计算模型中简如何在计算模型中简导向装置导向装置【【思考思考0303】】如何在计算模型中简如何在计算模型中简 化导向装置？化导向装置？新加坡飞行者朝天轮新加坡飞行者朝天轮同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农第第3 3节节第第3 3节节荷载计算荷载计算3.1 恒荷载恒荷载轮辐结构自重轮辐结构自重 + + 轿厢重量轿厢重量轮辐结构自重轮辐结构自重 轿厢重量轿厢重量【思考04】方案阶段如何估算大轮的总重？【思考04】方案阶段如何估算大轮的总重？搜集类似工程资料，重量基本和直径搜集类似工程资料，重量基本和直径2.0~2.5成正比成正比伦敦眼：伦敦眼：128m， 约， 约1500吨吨天津眼天津眼：：110m约约900吨吨天津眼天津眼：：110m，， 约约900吨吨朝天轮：朝天轮：193m， 约， 约3400~4000吨吨同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农3.2 风荷载风荷载基本风压基本风压：：wk=0.135 kN/m2运行工况运行工况7级风级风基本风压基本风压：：wk0.135 kN/m运行工况运行工况 wk=0.50 kN/m2暴风工况暴风工况7级风级风100年一遇年一遇体型系数：体型系数：构件挡风构件挡风 us=0.70~1.30高度系数：高度系数：C类地貌类地貌风振系数：风振系数：βz【思考05】和周期相近的高层建筑、普通高耸结构相比，风 振系数是更大还是更小？【思考05】和周期相近的高层建筑、普通高耸结构相比，风 振系数是更大还是更小？同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农3.2 风荷载风荷载【思考06】试估算总风荷载？风荷载作用下的总倾覆力矩？【思考06】试估算总风荷载？风荷载作用下的总倾覆力矩？中心标高中心标高108m 高度系数高度系数u =1 72高度系数高度系数uz1.72 体型系数体型系数us=1.0 风振系数风振系数β =2 0风振系数风振系数βz=2.0 风压标准值风压标准值wk=1.72 kN/m2 大轮轮廓面积大轮轮廓面积A 29240 m2大轮轮廓面积大轮轮廓面积A=29240 m2 挡风面积比率挡风面积比率17% 总风荷载标准值总风荷载标准值约约850吨吨总风荷载标准值总风荷载标准值约约850吨吨 总倾覆力矩总倾覆力矩 850*108=91800 吨米吨米同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农3.2 风荷载风荷载【思考06续】假设两边大轮风的方向不一致，试估算总扭矩？【思考06续】假设两边大轮风的方向不一致，试估算总扭矩？风压标准值风压标准值wk=1.72 kN/m2大轮轮廓面积大轮轮廓面积A=29240 m2挡风面积比率挡风面积比率17%总风荷载标准值总风荷载标准值约约425吨吨总风荷载标准值总风荷载标准值约约425吨吨力臂长度力臂长度2D/3=128米米总倾覆力矩总倾覆力矩 425*128=54400 吨米吨米同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农3.3 地震作用地震作用设防烈度：设防烈度：8度度计算方法：计算方法：振型分解反应谱振型分解反应谱 + 时程分析时程分析【思考07】试评估小震和暴风谁控制设计？【思考07】试评估小震和暴风谁控制设计？中心标高中心标高108m中心标高中心标高108m大轮总质量大轮总质量 约约4000吨吨地震影响系数地震影响系数αmax=0.16水平地震作用水平地震作用4000*0.16=640吨吨水平地震作用水平地震作用4000 0.16 640吨吨总倾覆力矩总倾覆力矩640*108=69120吨米吨米同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农同济大学 钢结构理论和施工技术研究室郭小农3.4 传力路径传力路径竖向竖向荷载传递路径荷载传递路径轮缘轿厢重量轮缘轿厢重量轮缘轿厢重量轮缘轿厢重量下半边轮辐索下半边轮辐索下半边轮辐索下半边轮辐索转轴转轴支撑系统支撑系统【思考08】 如何保证上【思考08】 如何保。