国家游泳中心水立方结构设计PDF电子书下载

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SAPPost 191

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