一、 簡介
河南省體育中心體育場位于河南鄭州市綜合投資區(qū)，系河南省重點(diǎn)工程，建筑面積46301m2。
體育場罩棚為螺栓球和焊接球點(diǎn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)�？缍龋呵懊�273.016m。后面251.678m。高度：前面51.486m，后面33.918m。如此大跨度的體育罩棚，在目前國內(nèi)尚屬首例。本屋面罩棚體系不同于常規(guī)屋面體系，是一種特殊屋面體系，相當(dāng)于幕墻體系，需要有工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，參照幕墻設(shè)計(jì)管理規(guī)定。
二 、工程特征：
該工程地區(qū)粗糙度為B類，抗震設(shè)防烈度按7級設(shè)計(jì)。建筑耐火等級為I級。設(shè)計(jì)荷載下壓Wk1=1.35KN/m2。雪荷載Sk=0.27 KN/m2。該工程氣勢宏偉，造型別具一格，外裝飾效果整齊統(tǒng)一，充分體現(xiàn)出強(qiáng)大的生機(jī)和活力。
針對該工程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)采用浮動(dòng)連接方式，定距壓緊式結(jié)構(gòu)，巧妙的解決了適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)排水等問題，而且安裝方便。
三、工況分析
本工程屋面系統(tǒng)是以球網(wǎng)架及鋼龍骨做為承，網(wǎng)架與主體結(jié)構(gòu)連接，罩面鋁板系統(tǒng)通過次龍骨與主龍骨連接，從而實(shí)現(xiàn)外立面造型。從受力角度講，屋面鋁板受重力荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震作用、溫差作用以及各種聲波輻射等綜合作用，其受力復(fù)雜，這些荷載均通過次龍骨傳遞到主龍骨，再由主龍骨傳到網(wǎng)架系統(tǒng)，由網(wǎng)架系統(tǒng)傳到主體結(jié)構(gòu)支座上。
四、模型建立
由于本工程屬于大型空間設(shè)計(jì)，與普通幕墻設(shè)計(jì)有本質(zhì)區(qū)別，設(shè)計(jì)過程由建模開始。對網(wǎng)架、網(wǎng)架支座、主龍骨、次龍骨、屋面鋁板系統(tǒng)整體建立三維模型，利用有限原理對其進(jìn)行實(shí)物與力學(xué)模型的轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)化為梁單元，從而確立計(jì)算模型，并將周邊約束施加到作用點(diǎn)上，進(jìn)行力學(xué)、變形及穩(wěn)定性計(jì)算。通過計(jì)算確定允許的變形量，根據(jù)模型受到全部荷載而變形后的形狀和尺寸，進(jìn)行屋面板塊的分格設(shè)計(jì)及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從而確保板塊分格尺寸準(zhǔn)確以及正常施工和使用功能。
五、變形量分析
根據(jù)計(jì)算，本工程網(wǎng)架系統(tǒng)最大位移接近正負(fù)80mm，（位于網(wǎng)架拱形前端中間位置）。由于此變形導(dǎo)致整體幾何形狀下沉，使原設(shè)計(jì)幾何輪廓變化。我們的分格設(shè)計(jì)是根據(jù)變形后的尺寸進(jìn)行的分格。從而保證加工出的板塊能夠順利地安裝到相應(yīng)位置上。如果分格設(shè)計(jì)不考慮此變形，則設(shè)計(jì)出的板塊尺寸將比實(shí)際需要尺寸略大，造成板塊間預(yù)留變形縫被占用，無法實(shí)現(xiàn)溫差變形，造成功能喪失。為此，網(wǎng)架整體的變形分析計(jì)算對本工程設(shè)計(jì)極為重要。
六、分格設(shè)計(jì)
立面分格設(shè)計(jì)以建筑師的思路和外裝飾效果為原則，充分融合我司的產(chǎn)品特點(diǎn)，在立面分格上進(jìn)行了仔細(xì)的構(gòu)思，該罩面工程外形由于是球體的一部分，按常規(guī)考慮會(huì)使異型板材的數(shù)量巨大，不但加工、施工不便，而且會(huì)增加成本。在設(shè)計(jì)分格時(shí)采用計(jì)算機(jī)三維繪圖方法，對屋面進(jìn)行了模擬分析，利用地理學(xué)中的經(jīng)、緯線原理,使分格尺寸在球形屋面上保證了最大限度的一致性，不但方便了生產(chǎn)加工，而且滿足了外裝飾效果；另外我們對球形屋面按排水溝位置進(jìn)行了分區(qū)編號(hào)，使安裝工人很容易找到板塊的對應(yīng)位置，極大地方便了施工。從內(nèi)視效果看，次龍骨的布置整齊而有規(guī)律，在空間上與主龍骨縱橫交錯(cuò)，使交流、開放的時(shí)代主題得到體現(xiàn)，增強(qiáng)了其觀賞性。
本工程典型分格主要有以下幾種：
�。�1）屋面罩面鋁板局部分格。異型板材規(guī)格少，按排水溝位置將屋面分區(qū)，安裝方便，外視效果整齊、美觀。
�。�2）屋面鋁板、格柵局部分格。鋁板與格柵的分格相協(xié)調(diào)，與總體建筑風(fēng)格相統(tǒng)一，觀賞性強(qiáng)。
七、結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)
1.鋁板罩面系統(tǒng)選型依據(jù) 具有優(yōu)良的水密性能，具有良好的適應(yīng)變形性能和整體強(qiáng)度、保證內(nèi)外視效果并降低工程造價(jià)是本次罩面系統(tǒng)選型的依據(jù)。
2.鋁板罩面系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)
本工程屋面鋁板系統(tǒng)采用C型鋼做龍骨。鋼龍骨與副框之間有彈性膠墊相隔，橫豎龍骨之間、豎龍骨與次龍骨之間的連接實(shí)現(xiàn)了三維調(diào)整，有效地適應(yīng)了主體結(jié)構(gòu)的變形。優(yōu)良的內(nèi)外視效果：設(shè)計(jì)時(shí)使分格尺寸在球形屋面上盡量達(dá)到一致，減少異形板的數(shù)量，方便了生產(chǎn)加工，降低成本，這樣使整個(gè)建筑在外視效果上整齊劃一，美觀大方。通過巧妙地布置次龍骨及屋面龍骨，使龍骨分布均勻、整齊，得到了較好的內(nèi)視效果。
3.鋁板格柵的結(jié)構(gòu)形式
鋁板格柵根據(jù)其在裝飾面上的位置采用了兩種不同的結(jié)構(gòu)形式：
（1）大面格柵：將雙面噴涂的弧形穿孔鋁板同加強(qiáng)鋁型材緊固，形成弧形格柵頁片，頁片的兩端同次龍骨連接，形成格柵整體。
�。�2）后檐口處格柵：
后檐口裝飾格柵采用了50槽鋼及鋼板制成鏤空的變截面裝飾鋼架，不同寬度的頁片通過裝飾鋼架同次龍骨連接，保證了此處獨(dú)特的裝飾效果。
4.排水天溝的設(shè)計(jì)
做為屋面排水的重要設(shè)施，如何既有效地完成排水功能，又得到良好的裝飾效果，是我們設(shè)計(jì)要重點(diǎn)解決的問題。根據(jù)這個(gè)思路，我們設(shè)計(jì)了暗藏式排水天溝系統(tǒng)。
5．防雷設(shè)計(jì)
按照《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-93）要求，建筑物防雷設(shè)計(jì)，不僅要考慮頂層雷擊，還要考慮側(cè)向雷擊。由于本工程大面積使用鋁板，屬重要防雷建筑。合理的防雷措施將使外飾面免受雷擊，達(dá)到安全使用功能。在設(shè)計(jì)中，采用防雷電纜將面材——鋁單板同龍骨導(dǎo)通，龍骨同網(wǎng)架通過連接件連通，形成10米×10米的避雷網(wǎng)絡(luò)，屋面體系通過網(wǎng)架體系可靠接地，不但可以有效地避免雷電對屋面自身的損害，從而保證建筑的安全，而且可以避免鋁板表面積累靜電吸附灰塵從而影響外視效果。
幕墻形成了自身的防雷體系，并與主體結(jié)構(gòu)可靠接地，共同形成防雷體系，接地電阻小于4歐姆。
6、內(nèi)視效果的工藝設(shè)計(jì)：
罩棚幕墻的內(nèi)視不同于其它幕墻，而有著嚴(yán)格的要求。由于罩棚最低點(diǎn)與看臺(tái)最高點(diǎn)有兩米之差。主次龍骨的排布，鋁單板加強(qiáng)筋的排布等都會(huì)對內(nèi)視效果造成舉足輕重的影響。設(shè)計(jì)時(shí)，主龍骨排布延緯線方向連續(xù)。用球點(diǎn)托盤擋住伸縮間隙。次龍骨與橫框均采用不銹鋼螺栓連接。次龍骨間距4米均勻排布。橫框800mm均勻排布。內(nèi)視呈800×4000網(wǎng)格形狀，龍骨表面均涂防火漆處理，與網(wǎng)架金屬表面處理協(xié)調(diào)一致。
由于罩面工程宏大，受形狀影響，每榀間距約12米。呈近似梯形，且上下邊界處會(huì)出現(xiàn)三角形、梯形、五邊形板塊。如果每塊板加強(qiáng)筋自行均布，則安裝后整體板塊加強(qiáng)筋不對線，左右錯(cuò)位，內(nèi)視非常混亂。設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮以上問題，從分格圖入手，每榀的三個(gè)分格，中間分格為4米，呈矩形，兩邊呈直角梯形，矩形板加強(qiáng)筋距均布。直角梯形從直角邊開始，按矩形板加強(qiáng)筋距離向邊側(cè)排布。這樣，整體安裝時(shí)，每榀板加強(qiáng)筋全部對線，內(nèi)視效果非常漂亮，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)視的設(shè)計(jì)要求。
八、設(shè)計(jì)選材：
1． 鋼材：
實(shí)現(xiàn)罩棚幕墻連接的主次龍骨的鋼材選擇有著嚴(yán)格的要求。主龍骨既能滿足大跨度的強(qiáng)度、撓度要求，又要滿足網(wǎng)架變形的要求，以實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)架變形時(shí)對次龍骨不造成破壞性擠壓。
上一頁12下一頁
