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第1篇 工程基本情况1

第1章 工程概况3

1．1项目概况3

1．1．1场地3

1．1．2功能3

1．1．3设计要求4

1．2设计概况4

1．2．1方案设计4

1．2．2结构初步设计与专项审查14

1．2．3结构施工图设计17

1．3工程大事记18

第2章 结构方案设计22

2．1基础方案设计22

2．1．1桩基础方案22

2．1．2基础底板方案22

2．2下部混凝土结构方案设计23

2．2．1下部混凝土主体结构方案23

2．2．2泳池结构方案24

2．2．3跳塔结构方案24

2．2．4临时看台结构方案25

2．3上部钢结构方案设计25

2．3．1上部钢结构体系构成25

2．3．2上部钢结构方案优化26

2．4 ETFE气枕结构方案设计27

2．4．1荷载28

2．4．2内外层气枕28

2．4．3温感曲线28

2．4．4构造28

2．5结构设计控制标准29

2．5．1频率控制29

2．5．2稳定控制29

2．5．3强度控制29

2．5．4延性控制30

2．5．5抗震性能控制30

第3章 荷载与作用31

3．1重力荷载31

3．1．1屋面、墙面面荷载31

3．1．2节点荷载31

3．1．3马道、风管荷载31

3．1．4排烟风机及管道荷载31

3．1．5屋面活荷载32

3．1．6 ETFE充气枕拉力32

3．2雪、雨、冰荷载32

3．2．1雪荷载32

3．2．2雨水荷载33

3．2．3冰雪滑落评估33

3．3风荷载37

3．3．1主体钢结构风荷载取值37

3．3．2 ETFE充气枕维护结构风荷载取值37

3．4地震作用42

3．4．1场地地震参数42

3．4．2场地地震参数的应用43

3．4．3地震作用效应组合44

3．5温度作用45

第2篇 下部混凝土结构设计研究47

第4章 桩基设计研究49

4．1工程地质与结构状况49

4．1．1工程地质49

4．1．2结构概况50

4．2桩基础选型和单桩承载力的确定50

4．2．1桩基础选型50

4．2．2单桩承载力确定50

4．3桩基布置和大样52

4．3．1桩设计52

4．3．2桩基布置54

4．3．3荷载效应组合与桩基承载力验算54

4．3．4柱下桩基布置及大样55

第5章 基础底板结构设计研究57

5．1基础底板选型与荷载57

5．1．1基础底板形式的选择57

5．1．2荷载效应组合57

5．1．3计算模型58

5．2基础底板计算分析59

5．2．1荷载取值59

5．2．2倒楼盖经验系数法62

5．2．3倒楼盖有限元分析法65

5．2．4倒楼盖模型经验系数法与有限元法计算结果比较72

5．2．5文克尔法74

5．3基础底板施工图设计82

5．3．1控制内力82

5．3．2承台设计83

5．3．3底板配筋设计84

5．3．4沉降差异配筋设计84

5．3．5后浇带设计85

第6章 下部混凝土结构分析研究87

6．1下部混凝土结构构成与分析计算87

6．2下部混凝土结构安全标准与荷载作用89

6．2．1下部混凝土结构设计的安全标准89

6．2．2荷载作用89

6．3赛后下部混凝土结构性能指标90

6．4赛时下部混凝土结构性能指标94

6．5斜看台影响分析96

6．5．1计算模型简介96

6．5．2主要计算结果分析98

6．5．3抗震设计措施102

第7章 下部混凝土结构设计104

7．1框架梁、柱104

7．1．1框架梁柱设计依据104

7．1．2框架梁设计原则105

7．1．3典型框架梁配筋计算105

7．1．4典型梁裂缝宽度计算107

7．1．5沉降后浇带处框架梁设计108

7．1．6支承上部钢结构的框架设计108

7．1．7框架柱配筋计算109

7．1．8框架宽扁梁构造110

7．2筒体、连梁110

7．2．1筒体及连梁设计依据111

7．2．2配筋设计111

7．3楼板113

7．3．1计算原则114

7．3．2配筋设计114

7．4预应力梁结构设计115

7．5下部混凝土结构施工图118

第8章 下部特殊结构设计研究125

8．1泳池125

8．2跳塔125

8．2．1概况125

8．2．2控制标准127

8．2．3结构构成127

8．2．4计算分析128

8．2．5跳塔设计131

8．3临时看台137

8．3．1临时看台建筑结构构成137

8．3．2计算模型140

8．3．3计算分析主要成果141

8．3．4节点设计143

8．3．5主要施工图144

第3篇 上部多面体钢结构及ETFE围护结构设计研究149

第9章 新型多面体空间刚架结构的几何构成及建模方法151

9．1几何构成基本原理151

9．2基本单元152

9．2．1基本单元的图形解析152

9．2．2类WP多面体单元的数学解析154

9．2．3形状控制参数与多面体刚架杆长的数学相关特性155

9．2．4形状控制参数与杆长种数的关系156

9．2．5小结157

9．3结构构成优化157

9．3．1多面体空间刚架的几何构成157

9．3．2结构几何构成的优化目标158

9．3．3结构几何构成优化的主要内容158

9．3．4“水立方”结构几何构成的优化160

9．4基于数学解析的嵌填式建模方法163

9．4．1实体作图建模法及存在的问题163

9．4．2基于数学解析的嵌填式建模方法164

9．4．3嵌填式建模方法的实现165

9．4．4程序编制及应用167

第10章 上部钢结构计算分析169

10．1计算模型与程序169

10．2荷载作用的输入及组合169

10．2．1荷载作用169

10．2．2工况组合169

10．3主要计算结果174

10．3．1静力计算结果174

10．3．2模态分析结果175

10．3．3反应谱和时程分析结果176

10．4总装结构计算分析178

10．4．1大跨空间钢结构总装分析重要性178

10．4．2计算模型与程序178

10．4．3总装结构模态分析179

10．4．4重力荷载下总装分析181

10．4．5地震作用下总装分析183

10．4．6温度作用下总装分析185

10．4．7小结186

第11章 上部钢结构构件节点设计187

11．1截面设计与优化187

11．1．1“强墙弱盖”不同应力水平优化187

11．1．2截面设计优化189

11．1．3钢结构杆件截面设计软件SAPPost191

11．1．4几何构成“杂交”优化196

11．1．5铰接计算处理优化197

11．2节点设计198

11．2．1节点概况198

11．2．2节点强度验算199

11．3节点延性设计201

11．4上部钢结构施工图204

第12章 ETFE气枕围护结构设计239

12．1概述239

12．1．1材料特性和受力特点239

12．1．2荷载与作用240

12．1．3分析方法241

12．2找形与受力分析243

12．2．1 ETFE气枕找形分析243

12．2．2气枕荷载分析244

12．2．3堆积雪、温度变化及矢跨比对ETFE气枕受力性能的影响245

12．3结构设计247

12．3．1 ETFE气枕结构设计方法247

12．3．2国家游泳中心气枕外形及膜材厚度确定247

12．3．3气枕夹具及密封系统248

第4篇 结构关键技术251

第13章 结构抗震分析253

13．1静力弹塑性大震分析253

13．1．1结构模型的选取253

13．1．2静力弹塑性分析程序实现介绍253

13．1．3分析模型定义253

13．1．4结果分析255

13．1．5小结258

13．2动力弹塑性大震分析258

13．2．1程序功能简介258

13．2．2输入参数分析261

13．2．3分析结果262

13．2．4小结274

13．3竖向荷载作用下的非线性分析274

13．3．1几何非线性分析275

13．3．2雪荷载作用下的弹塑性分析（shutdown analysis）275

13．3．3竖向地震作用下的弹塑性分析（pushdown analysis）277

13．3．4小结278

第14章 焊接球节点设计研究279

14．1概述279

14．2圆钢管焊接球节点280

14．2．1有限元分析280

14．2．2试验研究284

14．2．3简化理论解286

14．2．4节点承载力实用公式和设计方法288

14．3方钢管焊接球节点291

14．3．1有限元分析291

14．3．2试验研究298

14．3．3简化理论解302

14．3．4节点承载力实用公式和设计方法306

14．3．5轴力和双向任意弯矩共同作用下节点承载力的简化计算310

14．3．6半球半鼓节点的承载力312

14．4矩形钢管焊接球节点313

14．4．1有限元分析313

14．4．2试验研究317

14．4．3简化理论解319

14．4．4节点承载力实用公式和设计方法323

14．4．5轴力和双向弯矩共同作用下节点承载力的简化计算325

第15章 矩形钢管相贯节点设计研究328

15．1概述328

15．1．1研究背景328

15．1．2研究对象329

15．1．3国内外研究现状330

15．1．4研究策略332

15．1．5工作内容332

15．1．6研究手段333

15．1．7本章常用术语及表示方法333

15．1．8本章公式的使用条件334

15．2非直角T形节点的受弯承载力334

15．2．1计算模型334

15．2．2破坏形态335

15．2．3承载力公式336

15．2．4讨论337

15．3 T形节点的复合受力337

15．3．1计算模型337

15．3．2破坏形态338

15．3．3承载力公式338

15．4 TT形节点的单项承载力及复合承载力339

15．4．1计算模型339

15．4．2轴力340

15．4．3平面内弯矩340

15．4．4平面外弯矩340

15．4．5复合承载力341

15．4．6讨论341

15．5 K形节点的单项承载力及复合承载力342

15．5．1计算模型342

15．5．2破坏形态343

15．5．3承载力公式344

15．5．4讨论344

15．6 KT形节点的单项承载力及复合承载力345

15．6．1计算模型345

15．6．2破坏形态346

15．6．3承载力公式347

15．6．4讨论348

15．7矩形钢管相贯节点的试验研究348

15．7．1试验目的与试验对象348

15．7．2试验结果及分析349

15．7．3试验结论355

15．8结论356

第16章 节点贴板加强试验研究357

16．1 FEMA-355D的梁柱节点贴板加强连接357

16．2改进贴板加强原理358

16．3贴板加强试验研究359

16．3．1未加强、贴板加强、厚管加强的方钢管受弯连接节点对比试验359

16．3．2小强屈比钢材的贴板加强型方钢管受弯连接节点试验365

16．3．3改进贴板加强的方钢管、圆钢管受弯连接节点试验368

16．3．4小结374

第17章 子结构模型试验研究375

17．1往复水平加载试验375

17．1．1试验模型制作375

17．1．2试验加载装置和加载制度378

17．1．3测点布置379

17．1．4重力加载试验结果382

17．1．5往复水平加载试验结果382

17．2抗震能力分析391

17．2．1基本假定391

17．2．2球（半球）节点模拟392

17．2．3塑性铰模型建模393

17．2．4有限元模型建模396

17．2．5弹塑性分析模型验证399

17．2．6抗震能力分析399

17．3本章小结404

第18章 结构施工分析与健康监测405

18．1钢结构施工模拟分析405

18．1．1钢结构施工过程简介405

18．1．2施工过程分析的必要性408

18．1．3钢结构施工过程分析的荷载作用409

18．1．4钢结构施工过程分析410

18．2结构健康监测423

18．2．1设计目标与原则424

18．2．2系统设计424

18．2．3系统监测数据分析434

参考文献444