南宁国际会展中心穹顶网壳钢索膜结构风载作用分析.doc

南宁国际会展中心穹顶网壳钢- 结构风载作用分析 索膜 罗月静1 , 秦 荣1 , 梁汉吉2 , 彭文立1 , 谢开仲1 (1. 广西大学 土木建筑工程学院, 广西 南宁 530004; 2. 广西综合设计研究院, 广西 南宁 530001) 摘要: 综合运用 A CC E SS、C 语言程序及 A N SYS 的 A PDL 语言, 对南宁会展中心穹顶旋转双曲面网壳钢2索 膜结构进行建模, 并分别按照规范取值和风洞试验值两种方式所得体形系数, 计算各方向风载作用下该结构 的静力反应, 结果满足规范要求, 说明结构安全可靠, 为结构施工图设计提供计算依据. 关键词: 穹顶; 网壳钢- 中图分类号: TU 391 薄膜结构; 风载; A N SYS 文献标识码: A 工程概况及计算任务 南宁国际会展中心是广西南宁市标志性建筑之一, 多功能厅的穹顶造型由 12 片花瓣组成, 宛如南 宁市市花—— 朱槿花. 中心总投资 6. 5 亿元, 占地 6. 5 万 m 2 , 建筑面积约 10 万 m 2 , 由多功能厅、圆桌会 议厅、阶梯国际报告厅、新闻中心以及各种规模的会议室组成. 1 图 1 会展中心设计效果图 图 2 南宁国际会展中心穹顶结构模型 南宁国际会展中心是由德国 GM P 建筑事务所和广西建筑综合设计研究院联合设计. 竞标时共有 6 家国外著名设计公司提供了设计方案, 最终由德国著名的 GM P 建筑事务所胜出, 它巧妙地利用地形地 貌, 依山就势逐层升高, 让主建筑高高位于山坡上. 会展中心穹顶采用了目前世界上最先进的 P T F E 白 色膜材作为表面覆盖材料. 穹顶上的张拉膜由特普龙制成, 使用寿命长达 30 年以上, 还有防尘、防腐和 自洁的功能. 一般的膜类屋顶经不起风吹日晒雨淋, 容易变色、变形、变脏, 而国际会展中心的穹顶张拉 膜则越晒越洁白, 膜面只要经雨水冲刷, 便可以光洁如新. 在施工图设计阶段, 由于这是一个特大型公共设施, 按照规范规定, 必须运用两个以上的程序进行 运算, 并且要有两个以上不同单位进行计算. 因此除了由广西综合设计院运用美国著名软件 STA A D ? PRO 进行计算外, 又委托广西大学计算力学与结构仿真分析研究所用大型有限元程序 A N SY S 进行了 静动力分析, 本文详细说明了充分运用 A CC E SS、C 语言程序及A N SY S 的 A PDL 语言进行对南宁国际 会展中心穹顶钢- 索膜结构进行建模及在风载作用下静力分析的过程.  会展中心穹顶钢- 索膜结构布置1 会展中心入口多功能大厅上方的穹顶, 底部直 径 72 m , 高 47 m , 主体结构为旋转双曲面网壳钢结 构, 由 12 个相同的变截面圆弧形空间钢桁架环环相 扣连接形成, 其底部外径 70 m , 顶部外径 20 m , 支 承于设置在多功能大厅屋面环梁的 12 个球形铰支 座上. 穹顶内外覆盖半透明的 P T F E 张拉膜结构封 闭, 内层薄膜支承固定在主结构上, 而主结构上另设 有一附属结构, 用以支撑固定外层薄膜. 钢结构约 1 000 t, 索膜结构约 13 600 m 2. 主结构的每个空间 桁架单元具有两个曲面, 曲面由斜杆相联结而成. 穹 顶钢结构每个空间桁架单元弧长约 60 m , 单个钢桁 架重约 60 t, 最大截面尺寸为 8 m ×7 m. 2 图 3 会展中心穹顶钢2索膜结构布置 模型的建立过程3 会展中心穹顶首先由广西综合设计院作好结构布置并用 STA A D ?PRO 3 进行计算, 再由广西大学 土木工程学院计算力学与结构仿真分析研究所使用 A N SY S 进行计算, 因此 A N SY S 中穹顶计算模型 应与 STA A D ?PRO 中的模型一致. 模型点的坐标、线面的组成及单元特性等, 都在 STA A D ?PRO 软件 的模型文件中, 但由于 STA A D ?PRO 的模型无法直接转换到 A N SY S 中, 因此必须进行处理. 在运用 A N SY S 进行建模时, 若用 GU I 方式手工输入, 工作量很大且容易出错, 因此运用了 A N SY S 的二次开 发技术, 使用 A PDL 语言编程进行节点座标输入、生成线、面及划分网格等. 本计算所用软件 A N SY S 是美国 A N SY S 公司的产品, 该软件可广泛应用于一般工业及科学研究 领域. A N SY S 软件基于M O T IF 的图形用户界面, 智能化菜单引导、帮助等, 为用户提供了强大的实体 建模及网格划分工具, 直接建模与实体建模相结合, 可对各种物理场量进行分析, 前、后处理及求解阶段 紧密结合, 可以进行计算结果的排序和检索、彩色等值线显示