ANSYS在国家体育场设计中的应用

时间:2008-12-23   来源:   网友评论:0   人气: 245 作者:

1 引言

国家体育场位于北京市中轴线东侧,成府路南侧,奥林匹克公园中心区内。国家体育场是2008年第29届奥运会的主体育场,承担奥运会开、闭幕式与田径比赛,总建筑面积约为25万m2。建筑的设计使用年限为100年,其“鸟巢”结构将成为北京市的重要标志性建筑。该建筑地面以上平面呈椭圆型,长轴为332.3m,短轴为296.4m。主体结构由钢筋混凝土看台与带有可开合屋盖的大跨度钢屋盖两部分构成。屋盖的主结构由48榀桁架与中间环梁构成,支承在周边24根组合柱之上。屋盖的顶面呈鞍形,最高点高度为68.5m,最低点高度为42.8m。主桁架围绕屋盖中部的环梁放射形布置,与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型,主场看台部分采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系,与大跨度钢结构完全脱开。

2 结构分析

2.1 计算程序的选择

    
在初步设计时,设计人员详细研究了各种软件的功能及优缺点,最终通过比较决定采用ANSYS软件。因为首先ANSYS有丰富的单元库,土木工程中常用的梁板壳都有成熟的单元可以选取。其次ANSYS具有节点耦合和设置刚域功能,可以模拟计算模型中一些构件之间的相互关系。ANSYS还具有单元的生死功能,通过设置单元的生死达到模拟结构施工过程的目的。最让设计人员欣赏的是,ANSYS是个开放的有限元平台,提供了APDL,UIDL等开发工具,可以让用户自己开发专业模块。计算对比程序采用Sap2000。

2.2 结构分析的主要内容

2.2.1 计算模型及假定
1)整体模型中所有构件都采用ANSYS中beam4单元。
2)曲梁和弧梁用多段直线梁单元模拟。
 
2.2.2 静力分析
结构的主要荷载包括:恒荷载、活荷载,雪荷载、风荷载、温度作用。其中恒荷载含结构自重、吊顶、水槽和马道设备等等,活荷载由《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)不上人屋盖确定,雪荷载由《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)取设计基准期100年雪压,风荷载采用风洞报告数据,温度作用根据北京市近30年的气候统计资料确定。建筑物安全等级为一级,重要性系数取1.1,分项系数、组合系数按《建筑结构荷载规范》(GB5009-2001)及《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)选取,。
2.2.3 抗震分析
结构的设防烈度为8度,设计地震分组为第一组。工程场地为III类。地震分析采用振型分解反应谱法,地震作用效应采用CQC法。整体模型取振型120个,表1为前30振型的频率与周期。图2为其主振型图。
 
表1  结构的周期与频率
序号
频率(HZ)
周期(s)
序号
频率(HZ)
周期(s)
1
0.7410
1.34953
16
1.2876
0.77664
2
0.74119
1.34918
17
1.3886
0.72015
3
0.74815
1.33663
18
1.3893
0.71979
4
0.74948
1.33426
19
1.5137
0.66063
5
0.77800
1.28535
20
1.5151
0.66002
6
0.88401
1.13121
21
1.5435
0.64788
7
0.88668
1.1278
22
1.5543
0.64338
8
0.94100
1.0627
23
1.6024
0.62406
9
0.94378
1.05957
24
1.6027
0.62395
10
0.97805
1.02244
25
1.6144
0.61943
11
0.98842
1.01172
26
1.7748
0.56344
12
1.06030
0.94313
27
1.7780
0.56243
13
1.06160
0.94197
28
1.8070
0.55340
14
1.18530
0.84367
29
1.8155
0.55081
15
1.28690
0.77706
30
1.8162
0.55060

 

 


 

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