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奧體博覽中心主體育場為特級特大型體育場，固定座位達80 011席。整個鋼罩棚由14組(28片)主花瓣和13片次花瓣形成的花瓣組構(gòu)成。罩棚為空間管析架與弦支單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成的環(huán)狀花瓣造型，罩棚外邊緣南北向長333m，東西向285 m罩棚最大寬度68 m懸挑長度52m，罩棚最高點標(biāo)高高度為59. 4m。罩棚上、中、下部分別支撐在鋼筋混凝土看臺及平臺上。整個鋼結(jié)構(gòu)罩棚通過支座、支撐、主析架、次連接桿件、弦支單層網(wǎng)殼、內(nèi)環(huán)析架等相互連接，形成穩(wěn)定的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)體系，下面需要對該結(jié)構(gòu)進行詳細的有限元分析。
由于整體花瓣造型要求的曲線效果，特別是花瓣和花瓣交接處很多小角度桿件的交叉，使得整個工程的鑄鋼節(jié)點用量較大。節(jié)點1為靠近懸挑端的撐桿支座節(jié)點，節(jié)點2為花瓣落地支座處節(jié)點，由于花瓣造型，主結(jié)構(gòu)兩肢主析架的弦桿在此處交匯造成了節(jié)點處桿件多、桿件間交叉角度小，如果采用普通的圓管相貫焊，將使得焊接區(qū)出現(xiàn)明顯的殘余應(yīng)力集中，大大降低鋼材的延性性能，節(jié)點3同樣是桿件間夾角小導(dǎo)致相貫線很長，節(jié)點4是11根桿件交匯的復(fù)雜相貫節(jié)點。
節(jié)點設(shè)計是確保結(jié)構(gòu)安全最重要的因素之一，是保證結(jié)構(gòu)整體安全的必要前提。現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)計規(guī)范、規(guī)程對于規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的連接設(shè)計有計算公式，但是對于復(fù)雜建筑的結(jié)構(gòu)造型，特別是造型多變的仿生結(jié)構(gòu)的節(jié)點整體安全設(shè)計，由于節(jié)點的多樣性以及問題的復(fù)雜性，未提出明確的計算公式，而主要是依靠試驗結(jié)果或數(shù)值模擬來指導(dǎo)設(shè)計。試驗研究的方法在具體工程中又會受到多方面的限制，比如復(fù)雜節(jié)點的1: 1模型試驗往往要求有完善的約束和加載措施，一般只有國內(nèi)為數(shù)不多的高校才有這樣的實力完成，試件要從加工廠運到所在高校的實驗室，實驗室做完試驗后再將試件運到建筑現(xiàn)場(如果做破壞性試驗成本會更高)，這對于本來就很緊張的工期來說是不小的挑戰(zhàn)。
三維實體及數(shù)值計算的發(fā)展和應(yīng)用為這類問題提供了較為簡便的解決方法，但是具體使用中也存在著一些問題。目前鑄鋼節(jié)點有限元分析多以鑄鋼節(jié)點局部區(qū)域材料自身達到屈服點作為設(shè)計的主要控制指標(biāo)，而結(jié)合之前所做的大量有限元分析結(jié)果顯示，由于應(yīng)力集中的存在往往在設(shè)計荷載附近就會有節(jié)點的局部區(qū)域(特別是桿件交接處在實體模型分網(wǎng)時較容易產(chǎn)生小角度單元的地方)進入塑性，這樣往往導(dǎo)致設(shè)計的節(jié)點較重。現(xiàn)行較為常用的節(jié)點設(shè)計判斷準(zhǔn)則一般有2種：①以整體節(jié)點的某一極小部分區(qū)域進入塑性從而判斷節(jié)點失效；②根據(jù)分析結(jié)果反映的節(jié)點區(qū)域的塑性分布(看其有無擴散以至發(fā)生全截面塑性的趨勢)來判斷節(jié)點是否失效。
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