数值曲面建筑结构体系优化设计

第40卷 第 7期 建 � 筑 � 结 � 构 2010年 7月 数值曲面建筑结构体系优化设计 丁洁民1 , � 陈 � 侃2 , � 赵 � 昕1 ( 1 同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海 200092; 2同济大学建筑工程系,上海 200092) [摘要] � 西班牙国家馆是 2010 年上海世博会场馆之一, 总建筑面积为8 482m2 , 建筑高度 20m, 地上 3 层 (局部 4 层)。该馆建筑 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现效果要求高, 立面形态复杂,存在多片水平和竖向的空间扭转数值曲面,对结构设计提出了极大 的挑战。从立面结构选型入手,提出正交、斜交、蜂窝三种立面杆系布置 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,以结构受力和变形为量化指标进行分 析 评价 LEC评价法下载LEC评价法下载评价量规免费下载学院评价表文档下载学院评价表文档下载 ,选取最优方案。对类似复杂数值曲面建筑结构体系的设计有较好的参考价值。 [关键词] � 数值曲面建筑; 世博会; 西班牙馆; 优化设计 Optimization design of numerical curved surface structure system Ding Jiemin 1 , Chen Kan 2 , Zhao Xin 1 ( 1 The Architectural Design and Research Institute of Tongji University, Shanghai 200092, China; 2 Department of Building Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China) Abstract: The Spanish Pavilion is one of the national pavilions of the Expo 2010 Shanghai. With 7 081m2 of site area, 8 482m2 of total floor area, 4 628m2 of building coverage area, the Spanish Pavilion is 20 meters high with 3 levels ( locally 4 levels) above ground. Because of high building representation effects request, the Spanish Pavilion includes horizontal and vertical numerical curved surfaces. The complicated morphology is a great challenge for structure design. Starting with structure selection, orthogonal, oblique and honeycomb members layout scheme were advanced, then the best scheme by the parameters of structure stress and displacement was selected. The structure selection and analysis results of the Spanish Pavilion can be used as reference for the projects with similar complicated numerical surface structure system. Keywords: numerical curved surface building ; Expo 2010; Spanish Pavilion; optimization design 作者简介:丁洁民,博士,教授, Email: djm@ tjadri. com。 0 � 引言 由于建筑师的浪漫主义观念和人们不断追求新奇 的感官要求, 建筑结构的形式也愈发多种多样。规整 四方的建筑造型已经无法吸引人们的眼球,越来越多 的建筑追求其立面表现上的流动和跳跃, 因此复杂曲 面造型受到了建筑师的青睐。传统的曲面造型方法往 往采用解析的手法,而约束这些曲面和曲线的数学公 式同样束缚着建筑师的想象力。因此,随着计算机技 术的发展,越来越多的建筑师可以通过构造数值曲面 来实现其对建筑空间和尺度上更加淋漓尽致的把握。 数值曲面建筑以其造型的独一无二性使得此类建 筑标新立异, 在视觉上冲击人们的眼球。但在另一方 面,该类建筑平面的不规整性和立面的不规则性,给结 构设计提出了难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。不可否认,结构体系的选择对建 筑结构的构筑、建筑功能的实现有着举足轻重的作用。 因此结构设计不能拘泥于常规的思路, 一个合理的结 构体系的选择不仅能够满足总体力学性能的要求,更 能够丰富和延伸建筑造型,实现建筑师的意图,以达到 结构与建筑的和谐统一。 图 1 � 西班牙馆立面效果图 � 图 2� 西班牙馆室内效果图 � 1 � 工程概述 本文是以 2010年上海世博会西班牙国家馆为工程 背景。该馆位于上海世博会浦东 C片区 C09地块,其用 地面积7 081m2 ,总建筑面积为8 482m2 , 建筑占地面积 4 628m2 ,建筑高度20m,地上 3层(局部 4层)。根据建筑 功能的划分包括西侧的展厅、餐厅、观众厅,东侧的办公 和辅助用房以及中部一个联系建筑内外的下沉式广场, 建筑立面效果如图 1 所示。西班牙国家馆立面外墙采 用双层表皮体系。外层为装饰层,建筑师采用了中国与 西班牙共有的传统工艺 � � � 藤编,在该建筑立面呈现出 柳条编织的篮子形状;内层为围护层,采用不透明的幕 墙和玻璃幕墙组织成特有的光影效果(图 2)。 1 结构主体采用钢结构。考虑到建筑立面呈现出柳 条编织的篮子形状,形态较复杂,存在多片水平和竖向 的空间扭转曲面,结构形式采用与立面形态相适应的 空间双层框架结构。合理选择立面杆系布置方案,成 功设计该数值曲面墙体,成为该项目成功建设的关键。 2 � 结构分析模型与分析方法 结构主要承重钢构件采用 Q345钢, 次要构件采用 Q235钢。为了便于结构整体分析比较,在有限元建模 中将双层框架围护结构分为内层、外层和内外层水平 连杆三个部分,分别采用 �200 25, �150 20 和 �150 8三种规格的圆钢管。其中根据建筑师的要求,竖 向构件内层落地,外层不落地。 考虑立面建筑装饰材料,墙体恒荷载取 0�15kN�m。 活荷载根据!世博会临时建筑物、构筑物设计标准(结 构专篇) ∀[ 1] 及设计任务书提供的资料取值,平面标高 为 3�4, 6�4, 8�4, 11�5, 12�4, 13�1, 14�0, 16�1m处楼板活 荷载分别为 5, 5�5, 5, 4�5, 4, 1�5, 1, 1�5kN�m2。该结构 基本风压取为 0�55kN�m2 ,地面粗糙度为 B类。根据规 范[ 2, 3] ,按丙类建筑进行抗震设计, 抗震设防烈度为 7 度,基本地震加速度值为 0�1g , 设计地震分组为第一 组,建筑场地类别为#类,场地特征周期为 0�9s。 空间结构计算采用SAP2000,对于立面杆件采用框 架单元 Frame Element进行模拟。在结构计算中采用线 性和几何非线性两种方法, 并综合考虑不同的结构因 素,以结构的受力和变形这两个指标进行评判比较。 3 � 三种墙体杆件体系布置方案介绍 根据建筑立面造型, 将整个立面结构划分成 8块 墙体,建筑师对每片墙体的柱点进行了定位,根据这些 定位点,结合建筑的立面造型选取了双层空间框架结 构体系。而如何更加合理地布置框架杆件,使之与建 筑造型和表现力更加契合, 是结构师需要着重考虑的 一个问题。因此在结构设计方案设计阶段提出了如下 三种立面结构杆系布置方案。 3�1 正交杆系布置方案 正交杆系布置方案如图 3所示。根据建筑的造型 和定位的要求, 在正交杆系布置方案中西班牙国家馆 的竖向构件的轴线与由建筑轴线在建筑立面上形成的 竖向线条重合。竖向杆件间距的大小随着立面形态的 转折而产生变化, 但基本上控制在 2~ 3m之间。所有 同层水平杆件轴线均在同一水平面内, 水平面层间距 为 1�2m。结构内外层立面杆件通过水平连杆相连。 3�2 斜交杆系布置方案 斜交杆系布置方案如图 4所示。斜交杆系结构体 系是用双向交叉的斜柱组成结构立面。这里的斜柱不 仅起到柱的作用,而且还起到梁的作用。目前斜交网 图 3 � 正交杆系布置方案 � 格体系的理论成果相对较少, 在工程中也主要运用在 高层筒体中, 在多层钢结构建筑中应用得不多。该方 案根据建筑立面定位, 从起始高度水平面与建筑竖向 轴线的交点向下一高度水平面和相邻建筑竖向轴线交 点连线形成杆件,循环重复组成斜交网格杆系。每根 斜杆的水平投影即为竖向建筑定位轴线间距, 垂直投 影为建筑水平层间距 1�2m。结构的内外层杆件在对 应的斜交点处用水平连杆相连。 图 4 � 斜交杆系布置方案 � 3�3 蜂窝杆系布置方案 蜂窝杆系布置方案如图 5 所示。蜂窝状结构的理 论研究较少,对其能否在建筑立面中成立缺乏实际经 验,因此在工程应用中并不多见。在西班牙国家馆杆 系布置中,该方案结合了前两种方案的建模方式,使竖 杆和斜杆在不同的水平层间交替出现,并在竖杆层等 间距地减少一半杆件量,构成了蜂窝杆系布置方案。 4 � 三种杆系布置方案结构性能比较 4�1 结构变形性能 表 1和图 6分别显示了楼板和外部立面框架水平 和竖向位移分析结果,可以得到以下结论和建议。 ( 1)由表 1可知, 在结构的长边 X 方向,结构的最 大位移量由大到小依次为正交、蜂窝、斜交方案, 在结 构短边 Y方向,结构的最大位移量由大到小依次为蜂 窝、正交、斜交方案,斜交方案和蜂窝方案在材料用量 较少的情况下,整体抗侧性能要优于正交方案。究其 2 图 5 � 蜂窝杆系布置方案 � 原因,从传力路径上来讲,斜杆能够把大部分水平荷载 以斜向轴力的形式传至基础,使得受力更加合理,传力 路径更加明确。而这一特点是传统正交布置方案中的 水平构件所无法满足的,因此斜交方案和蜂窝方案增 大了传递荷载时杆件的利用率。从单一杆件上来讲, 斜交方案和蜂窝方案的侧向剪切刚度主要取决于斜柱 轴向刚度的水平分量, 弯曲刚度主要取决于斜柱轴向 刚度的竖向分量。西班牙馆结构高宽比较小,主要体 现出剪切变形的特点, 柱子的斜交角度增加了其剪切 刚度,故提高了结构的抗侧性能。 风荷载作用下立面框架及楼板最大变形 表 1 风荷载 方向 最大X 向水平位移�mm 最大 Y 向水平位移�mm 正交 斜交 蜂窝 正交 斜交 蜂窝 立面 X 向 10�3 5�0 7�9 13�0 19�6 29�0 框架 Y 向 13�0 5�2 8�2 24�9 19�7 28�7 楼 X 向 3�8 2�5 4�5 2�9 2�0 3�3 板 Y 向 4�1 2�8 2�3 5�4 3�0 6�4 ( 2)从图 6竖向位移计算结果来看,在抵抗竖向荷 载的能力上正交方案要明显优于蜂窝方案和斜交方 案。这主要是因为在斜交方案和蜂窝方案中,由于杆 件的斜置把一部分竖向刚度分配给了水平刚度,且这 两种方案材料用量相对较小,故竖向位移明显大于正 交方案。而蜂窝方案在材料用量较少的情况下竖向位 移仍略小于斜交方案, 说明竖向杆件抵抗竖向荷载的 作用非常明显。 ( 3)综合水平位移和竖向位移的计算结果,不难发 现,结构的侧向刚度以斜交方案最优,而结构的竖向刚 度又以正交方案最优。 4�2 结构受力性能 对三种立面杆系布置方案施加恒荷载、活荷载和 风荷载进行内力分析, 从三方案的应力比分布可以得 到以下结论和建议。 ( 1)正交方案的整体应力比是较小的,说明在目前 的杆件尺寸下, 结构是较安全的, 有进一步优化的空 间。斜交方案和蜂窝方案虽然局部应力较大,但用钢 图 6 � 三种杆系布置方案下结构竖向位移量 � 量较小,可以在局部增加撑杆进行结构优化。 ( 2)斜交方案和蜂窝方案在局部应力较正交方案 的大,这主要是因为,首先正交方案能够将竖向荷载较 明确地通过杆件轴力由上至下传至基础。而斜交方案 和蜂窝方案中由于杆件倾斜, 在由上至下的传力中会 向两个方向扩散,在墙体的转折处,两侧的斜向轴力会 在该处产生面外合力,从而产生应力集中。而在平直 墙段这种力的扩散可以顺利地传至基础, 故不会产生 应力集中。基于以上两点,所以斜交方案和蜂窝方案 在局部不规则扭转立面上的杆件应力比较大, 而在平 直段立面上杆件的应力比与正交方案的相差不大。 图 7 � 三种杆系布置方案应力比范围分布 为了能够进一步清晰地对比三种杆件布置方案下 结构受力状况的优劣, 三种方案立面杆件的尺寸分别 取为:正交方案 �200 20,斜交方案 �200 22�860,蜂 窝方案 �200 33�058, 此时结构立面杆件有相同用钢 量2 460 t。在典型荷载组合 1�2D + 1�4L 和 1�2D + 1�26L+ 1�26W 时,三种杆系布置方案下结构杆件应力 比范围及平均应力比大小如图 7和表 2所示。 三种布置方案平均应力比统计 表 2 方案 正交 斜交 蜂窝 1�2D+ 1�4L 0�130 0�175 0�170 1�2D+ 1�26L+ 1�26W 0�137 0�182 0�180 由图 7 可知,在应力比范围为 0~ 0�2 时, 正交方 案的杆件数要大于其他两种方案, 而在其他应力比范 围内,正交方案的杆件数均要小于其他两种方案。这 说明在有较大扭转的立面结构中, 正交方案的受力状 况还是要优于存在斜杆的斜交方案和蜂窝方案。平均 3 应力比的计算结果(表 2) 进一步验证了图 7的分析结 论。综上所述,在该结构立面杆系布置方案中,正交方 案整体应力较小,受力性能较为出色。 4�3 几何线性和非线性分析比较 考虑到西班牙馆立面结构的复杂和不规则性,有 必要分别采用线性和非线性两种方法分析校核,从另 一个侧面来评判三种方案的优劣。表 3, 4 为在典型荷 载组合 1�0D+ 1�0L 和 1�2D+ 1�4L 下按线性和非线 性分析方法所得的变形和内力计算结果。由表可知: ( 1)两种分析方法对结构的变形和应力影响都不 大,这说明结构的立面造型虽然比较复杂,但这种双层 空间框架结构形式还是具有较好的整体性,能提供较 合理的传力路径。同时也说明对结构只进行线性分析 的计算结果是可信和足够的。 ( 2)由于正交方案杆件布置较规整, 线性分析和非 线性分析结果以正交方案最优。但三种方案在两种分 析方法下结果差别不大,说明都有较好的整体刚度。 4�4 抗震性能评价 对三种方案的抗震性能进行了分析, 以第 1 阶振 型周期、质量参与系数达到 90%时的阶数和在地震荷 载组合 1�2D+ 0�6L + 1�3E 下的杆件平均应力比这三 个值为评判依据(表 5) ,得到以下结论。 � � ( 1)三种布置方案第 1 阶振型均主要为绕弱轴 Y 轴的平动振型, 但正交和蜂窝方案的周期相差不大。 质量参与系数达到 90%的阶数由小到大依次为正交、 蜂窝、斜交方案,说明正交方案较规整,具有较好的抗 震性能。而斜交方案局部振型较多,抗震性能较差。 ( 2)从平均应力比来看,三种布置方案的大小基本 与其他工况下的受力情况一致,以正交方案最小。 1�0D + 1�0L 下结构最大竖向位移�mm 表 3 方案 位置 线性 非线性 正交方案 斜交方案 蜂窝方案 框架 92�1 93�4 楼板 123�8 126�0 框架 186�6 190�2 楼板 168�7 171�7 框架 181�1 184�8 楼板 163�3 166�4 1�2D+ 1�4L 下结构各部分平均应力比 表 4 方案 位置 线性 非线性 正交方案 斜交方案 蜂窝方案 内层杆件 0�159 0�160 外层杆件 0�124 0�126 连接杆件 0�281 0�284 内层杆件 0�209 0�212 外层杆件 0�166 0�169 连接杆件 0�340 0�347 内层杆件 0�211 0�214 外层杆件 0�184 0�186 连接杆件 0�356 0�362 � � 1�2D + 0�6L+ 1�3E 下三种方案抗震性能比较 表 5 方案 正交方案 斜交方案 蜂窝方案 第 1阶振型周期�s 0�850 0�723 0�837 质量参与系数达到 90%时的阶数 47 > 100 98 杆件平均应力比 0�191 0�208 0�243 5 � 不同结构因素比较 5�1 杆件截面 为了对三种杆系布置方案作进一步的比较, 同时 对后续最优方案的进一步优化提供一定的依据, 对结 构立面主要承重的内层杆件赋予不同截面进行计算比 较,即保持外直径不变的条件下,在一定范围内改变钢 管的厚度。其中内层杆件分别取 �200 15, �200 20, �200 25, �200 30 和 �200 35的圆钢管,外层杆件 取 �150 20 的圆钢管,连接杆件取 �150 8 的圆钢 管。在荷载组合 1�0D + 1�0L 和 WindX , WindY 和 1�2D+ 1�26L + 1�26W 下对结构进行分析计算。结构 的受力和变形结果如图 8所示。 由图 8可见,随着内层杆件材料用量的增大,结构 的位移和应力比都呈稳步减小的趋势。其中又以结构 的竖向位移和应力比减小较为明显,在两个方向风荷 载下的水平位移变化较小。说明内层杆件截面的增大 对侧向荷载的抵抗能力影响不大, 但对竖向位移的减 小有一定的作用,并且减小了杆件的应力比。三种方 案的变形和应力随着内层杆件截面的增大,呈相同的 减小趋势,这说明结构的内层杆件在三种方案中受力 性状类似,起着同等重要的作用。 5�2 支承条件 双层空间框架结构主要受到平面外和平面内两种 力的作用,其中平面内的力主要由平面内杆件轴向强 度来抵抗,而平面外的力主要通过两种方式进行抵抗: 1)通过该片框架的空间形状, 即通过一定的结构曲率 将平面外的力转化为平面内的力, 通过平面内杆件轴 向强度抵抗; 2)通过该片框架厚度方向上的抗弯能力 进行抵抗。而对一个双层空间框架来讲,如果能够有 效约束其内外层杆件, 将会形成更有利的拉压杆传力 机制,提高承载力,优化结构的性能。在西班牙馆设计 方案中,应建筑师要求仅内层竖向杆件落地形成约束。 在文中提出内外层竖向杆件均落地形成约束的方案, 并将这两种方案进行了计算分析。在表 6, 7 中对三种 布置方案的单双层约束的受力和变形计算结果进行了 对比,并得到了一些结论和建议。 ( 1)双层约束显著减小了楼板和立面框架的位移, 其中以竖向位移和楼板的水平位移减小较明显, 而立 面框架的水平位移则差别不大。这主要是因为双层约 束优化了立面框架内外层的传力路径,能够更好地把 竖向荷载传至基础,故使结构更合理,减小了结构的位 4 图 8 � 内层杆件尺寸变化结构效应 � 移。而立面框架的水平位移则与不同位置的局部布置 有很大关系,故影响不大。就三种杆件布置方案来看, 双层约束对斜交方案楼板的竖向位移影响最明显,说 明该种约束能显著改善斜交方案的竖向受力性能。 ( 2)从两种典型工况平均应力比的计算结果可以 知道,双层约束有效地降低了杆件的内力,优化了结构 的受力性能。双层约束斜交方案和蜂窝方案外层杆件 的应力比要大于单层约束的,这同样说明双层约束改 善了这两种布置方案的传力路径, 更大地发挥了外层 杆件的作用。 ( 3)双层约束将优化结构的受力状态, 提高承载 力,建议实际施工中采用双层约束更有利于结构受力。 5�3 节点数和用钢量 从考虑充分发挥材料效能以及方便安装加工的角 度,对三种布置方案的节点数和用钢量进行了统计, 如 � 典型荷载组合下单双层约束的结构最大位移�mm 表 6 方案 位置 单层约束 双层约束竖向 水平 竖向 水平 正交 方案 斜交 方案 蜂窝 方案 框架 92�1 24�9 83�8 24�4 楼板 123�8 5�4 120�1 4�0 框架 186�6 19�7 167�7 19�6 楼板 168�7 3�0 151�1 2�5 框架 181�1 29�0 174�5 29�0 楼板 163�3 6�4 156�7 5�2 � � 注:竖向位移的工况为 1�0D+ 1�0L ,水平位移的工况为 1�0W。 典型荷载组合下单双层结构平均应力比 表 7 方案 位置 单层约束 双层约束工况 1 工况 2 工况 1 工况 2 正交 方案 斜交 方案 蜂窝 方案 内层杆件 0�159 0�170 0�145 0�152 外层杆件 0�124 0�133 0�118 0�125 连接杆件 0�281 0�298 0�267 0�287 内层杆件 0�209 0�219 0�189 0�198 外层杆件 0�166 0�174 0�170 0�178 连接杆件 0�340 0�390 0�323 0�343 内层杆件 0�211 0�229 0�196 0�211 外层杆件 0�184 0�199 0�188 0�203 连接杆件 0�356 0�384 0�346 0�378 � � 注:工况 1为 1�2D+ 1�4L ,工况 2为 1�2D+ 1�26L+ 1�26W。 表 8所示。由表可知: ( 1)正交方案用钢量较大, 但无明显应力集中区 域,平均应力比较小, 可以进行截面优化以减小用钢 量;而对于斜交和蜂窝方案, 用钢量较小,但立面转折 处局部应力比较大,可以增大一些用钢量, 增设一定量 斜撑来优化此部分结构的受力状态。 ( 2)作为复杂形体结构,节点的数量和形式也是本 工程能够减小造价、按时完工的一个关键点。就节点 数量上来讲,蜂窝方案数量最少,正交方案数量最大。 但从节点施工的角度来讲,正交方案的杆系节点更容 易规格化加工, 而斜交和蜂窝方案的节点由于存在多 向斜交,且斜交角度随着立面的转折而变化,故加工难 度大,不容易规格化。 三种方案节点数和用钢量统计 表 8 方案 正交方案 斜交方案 蜂窝方案 节点数 6 456 4 081 4 044 结构立面用钢量�t 2 242 2 084 1 612 6 � 结论和建议 ( 1)使用空间双层框架作为西班牙国家馆的立面 结构体系是可靠安全的,正交方案、斜交方案和蜂窝方 案三种杆系布置方案在结构设计上都有可行性。 ( 2)斜交方案和蜂窝方案的抗侧刚度要优于正交 方案,但正交方案的竖向刚度要优于其他两种方案。 ( 3)由于结构主要受竖向荷载作用,因此斜交方案 � � � (下转第 19页) 5 分析时对粗杆端部施加全约束 (端部所有节点均 约束 X , Y, Z方向的自由度) ,三个主弦杆端部施加反 向的包络内力,如图 9所示,该包络内力可由整体模型 计算得出。在节点分析过程中,不考虑主杆外包混凝 土的有利作用,分析主杆在轴向力、局部弯矩和剪力作 用下的受力状态。计算得到的节点域vonMises应力分 布如图 10 所示。 图 9 � 节点分析模型 � 图 10 � 节点应力分布�MPa � 从图 10可以看出,整个模型的最大应力处于粗杆 临近端板部分的一侧, 达到 82�7MPa, 而端板应力很 小,三根弦杆应力较小,满足承载力要求, 并且节点域 承载力安全储备较高。 8 � 结论 ( 1)工程采用多种软件对结构进行了分析和计算, 所得计算结果均满足现有 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求,且能满足不同情 况下的建筑使用功能。 ( 2)上部钢结构采用 ETABS 和 ANSYS软件分别进 行了不同荷载工况下的受力分析,分析结果表明,结构 满足承载力和正常使用要求,主体钢结构、钢结构屋盖 � � 支撑及钢结构屋盖支座设计均满足使用要求, 结构安 全可靠。 ( 3)采用 SAP2000 V12软件对整体结构进行了建模 分析,整体分析结果表明,在某些特定工况作用下,整 体分析计算结果将大于上部和下部结构独立模型计算 结果,在结构设计过程中,采用最不利情况对结构设计 进行了校核和修改。 ( 4)采用铸钢支座解决了桁架拱脚杆件汇交的问 题,同时对铸钢支座进行了有限元分析,分析结果表明 铸钢支座能满足结构使用要求。 ( 5)通过设置预应力拉杆的方法解决了大跨度拱 脚推力问题,并通过合理的分析和设计,控制拉杆始终 处于受压状态,有效控制了拱脚的滑移量。 ( 6)采用 ANSYS软件对屋盖结构进行了非线性屈 曲分析,分析结果表明屋盖具有足够的稳定性。 参 考 文 献 [ 1] 周笋,朱忠义,丁志鹃,等. 绵阳新体育馆屋盖结构设计 [ J] . 建 筑结构, 2006, 36( 6) : 36�39. [ 2] 齐武辉,周笋,朱忠义,等. 绵阳九洲体育馆结构设计 [ C]��庆祝 刘锡良教授八十华诞暨第八届全国现代结构工程学术研讨会论 文集. 北京:工业建筑杂志社, 2008: 110�119. [ 3] 邵志民,刘伟,姜滨. 某体育中心空间管桁架结构设计[ J] . 低温 建筑技术, 2009, 131( 5) : 46�48. [ 4] 李海旺,白帆. 节点域刚度对管桁架静力特性的影响[ J] . 钢结 构, 2009, 24( 4) : 8�11. [ 5] 蒋沧如,章东强,袁健. 大跨度方钢管空间桁架结构的稳定分析 [ J] . 空间结构, 2009, 15(4) : 56�59. (上接第 5页) 和蜂窝方案在立面转折处存在较大的局部应力集中, 而正交方案能够将竖向荷载较明确地通过杆件轴力由 上至下传至基础,传力路径明确。 ( 4)通过初步分析, 正交方案的结构整体性较强, 局部振型较少,对于造型复杂的结构,比较规整的正交 方案的抗震性能要优于斜交和蜂窝方案。但三种方案 抗震性能特点以及影响因素都有待进一步的研究。 ( 5)就构件截面尺寸而言,增大内层杆件的截面能 够有效提高结构的竖向刚度,而增大外层构件截面能 够有效提高结构整体的抗侧刚度。三种杆系布置方案 的构件截面都有进一步优化的空间。 ( 6)双层约束能够优化双层框架的受力性能,尤其 能使斜交方案和蜂窝方案形成更合理的传力路径,从 而有效降低内层立面杆件的应力比,因此,建议使立面 结构内外层柱子均落地。本项目受建筑设计限制,而 未能做到。 ( 7)从建筑造型来看,斜交和蜂窝方案的造型新颖 美观,但由于建筑立面最终要覆盖装饰层材料,结构杆 件不外露,因此无法展现这一特性。从结构设计来看, 该场馆结构主要受竖向荷载控制, 水平荷载作用影响 较小,正交方案具有较好的竖向刚度和抗震性能。从 施工建造来看,正交方案的杆系节点便于规格化,加工 和安装相对简单。 基于以上几点, 西班牙国家馆立面结构采用正交 杆系布置方案既能实现建筑造型, 又能满足结构性能 要求,同时又方便施工,为较优方案。最终该工程也采 用了此方案进行施工建造。 随着建筑物的设计越来越趋于多样化, 以满足社 会的不同需求, 如何将建筑与结构设计有机结合亦是 结构工程师今后所面临的主要课题之一。本文仅对数 值曲面建筑结构设计作一探讨,并作初步尝试。 参 考 文 献 [ 1] 世博会临时建筑物、构筑物设计标准(结构专篇) [ S] .上海:上海 市建设和交通委员会, 2007. [ 2] GB50011� 2001建筑抗震设计规范[ S] . 2008年版. 北京:中国建 筑工业出版社, 2008. [ 3] DGJ08 � 9 � 2003建筑抗震设计规程[ S] . 2003. 19