大型场馆项目的幕墙设计―河南省体育馆罩棚设计介绍 作者:于华 作者单位:沈阳远大铝业有限公司 主任设计师 一、 简介 河南省体育中心体育场位于河南郑州市综合投资区,系河南省重点工程,建筑面积46301m2。 体育场罩棚为螺栓球和焊接球点网架结构。跨度:前面273.016m。后面251.678m。高度:前面51.486m,后面33.918m。如此大跨度的体育罩棚,在目前国内尚属首例。本屋面罩棚体系不同于常规屋面体系,是一种特殊屋面体系,相当于幕墙体系,需要有工艺设计环节,参照幕墙设计管理规定。 二 、工程特征: 该工程地区粗糙度为B类,抗震设防烈度按7级设计。建筑耐火等级为I级。设计荷载下压Wk1=1.35KN/m2。雪荷载Sk=0.27 KN/m2。该工程气势宏伟,造型别具一格,外装饰效果整齐统一,充分体现出强大的生机和活力。 针对该工程的特点,设计时采用浮动连接方式,定距压紧式结构,巧妙的解决了适应主体结构变形、结构排水等问题,而且安装方便。 三、工况分析 本工程屋面系统是以球网架及钢龙骨做为支承,网架与主体结构连接,罩面铝板系统通过次龙骨与主龙骨连接,从而实现外立面造型。从受力角度讲,屋面铝板受重力荷载、风荷载、雪荷载、地震作用、温差作用以及各种声波辐射等综合作用,其受力复杂,这些荷载均通过次龙骨传递到主龙骨,再由主龙骨传到网架系统,由网架系统传到主体结构支座上。 四、模型建立 由于本工程属于大型空间设计,与普通幕墙设计有本质区别,设计过程由建模开始。对网架、网架支座、主龙骨、次龙骨、屋面铝板系统整体建立三维模型,利用有限原理对其进行实物与力学模型的转换,将其转化为梁单元,从而确立计算模型,并将周边约束施加到作用点上,进行力学、变形及稳定性计算。通过计算确定允许的变形量,根据模型受到全部荷载而变形后的形状和尺寸,进行屋面板块的分格设计及系统结构设计,从而确保板块分格尺寸准确以及正常施工和使用功能。 五、变形量分析 根据计算,本工程网架系统最大位移接近正负80mm,(位于网架拱形前端中间位置)。由于此变形导致整体几何形状下沉,使原设计几何轮廓变化。我们的分格设计是根据变形后的尺寸进行的分格。从而保证加工出的板块能够顺利地安装到相应位置上。如果分格设计不考虑此变形,则设计出的板块尺寸将比实际需要尺寸略大,造成板块间预留变形缝被占用,无法实现温差变形,造成功能丧失。为此,网架整体的变形分析计算对本工程设计极为重要。 六、分格设计 立面分格设计以建筑师的思路和外装饰效果为原则,充分融合我司的产品特点,在立面分格上进行了仔细的构思,该罩面工程外形由于是球体的一部分,按常规考虑会使异型板材的数量巨大,不但加工、施工不便,而且会增加成本。在设计分格时采用计算机三维绘图方法,对屋面进行了模拟分析,利用地理学中的经、纬线原理,使分格尺寸在球形屋面上保证了最大限度的一致性,不但方便了生产加工,而且满足了外装饰效果;另外我们对球形屋面按排水沟位置进行了分区编号,使安装工人很容易找到板块的对应位置,极大地方便了施工。从内视效果看,次龙骨的布置整齐而有规律,在空间上与主龙骨纵横交错,使交流、开放的时代主题得到体现,增强了其观赏性。 本工程典型分格主要有以下几种: (1)屋面罩面铝板局部分格。异型板材规格少,按排水沟位置将屋面分区,安装方便,外视效果整齐、美观。 (2)屋面铝板、格栅局部分格。铝板与格栅的分格相协调,与总体建筑风格相统一,观赏性强。 七、结构及功能设计 1.铝板罩面系统选型依据 具有优良的水密性能,具有良好的适应变形性能和整体强度、保证内外视效果并降低工程造价是本次罩面系统选型的依据。 2.铝板罩面系统的主要结构形式及特点 本工程屋面铝板系统采用C型钢做龙骨。钢龙骨与副框之间有弹性胶垫相隔,横竖龙骨之间、竖龙骨与次龙骨之间的连接实现了三维调整,有效地适应了主体结构的变形。优良的内外视效果:设计时使分格尺寸在球形屋面上尽量达到一致,减少异形板的数量,方便了生产加工,降低成本,这样使整个建筑在外视效果上整齐划一,美观大方。通过巧妙地布置次龙骨及屋面龙骨,使龙骨分布均匀、整齐,得到了较好的内视效果。 3.铝板格栅的结构形式 铝板格栅根据其在装饰面上的位置采用了两种不同的结构形式: (1)大面格栅:将双面喷涂的弧形穿孔铝板同加强铝型材紧固,形成弧形格栅页片,页片的两端同次龙骨连接,形成格栅整体。 (2)后檐口处格栅: 后檐口装饰格栅采用了50槽钢及钢板制成镂空的变截面装饰钢架,不同宽度的页片通过装饰钢架同次龙骨连接,保证了此处独特的装饰效果。 4.排水天沟的设计 做为屋面排水的重要设施,如何既有效地完成排水功能,又得到良好的装饰效果,是我们设计要重点解决的问题。根据这个思路,我们设计了暗藏式排水天沟系统。 5.防雷设计 按照《建筑防雷设 |
北京 | 建筑施工
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