1.工程简介及问题的提出
位于东莞寮步镇的东莞篮球中心被定位为中国"CBA第一馆”,是目前国内唯一按照NBA标准建造的体育场馆。其
钢结构屋面采用双曲马鞍面的空间造型,屋面边缘高度逐渐平缓变化,形成优美的空间曲线。支撑屋盖的结构主要为周边28根V型柱和支撑在
混凝土看台上的28根摇摆柱。
根据建筑师的设计意图,在屋盖与地面之间用
玻璃幕墙围成一圈完整的结构,从而形成通透轻盈的视觉效果,另外建筑师希望幕墙结构采用三向索网。这种大规模的、复杂边界条件的、空间不规则
曲面的、三向交叉的索网幕墙结构的设计在国内尚是首次,对
结构设计提出了很高的要求。本文重点关注索网幕墙几何模型的建立过程,在后续的文章中笔者将进一步探讨结构设计、
节点设计以及施工方法等问题。
2.东莞篮球中心索网幕墙的基本设计条件
索网上下边的边界条件
如图2所示,索网的上边界为屋盖结构中的一道环梁,该环梁是双曲马鞍面上的一条闭合曲线,具有复杂的几何特征。索网的下边界为位于同一
标高位置的圆形,上下边界的相对位置关系如图3所示。
索网曲面需要满足的基本条件
该幕墙索网的一个基本要求就是平滑的连接上下边界,索网所形成的不规则曲面要平滑过渡。此外,我们还希望索网所张成的曲面具有合理的曲率特征,以方便
预应力的施加以及得到合理的
内力分布。在满足上述条件的基础上,我们希望三向交叉索网所形成的三角形网格均匀有规律,以方便后期的施工及玻璃安装等工作。
3.索网找形的基本思路
为了实现上述设计意图,在索网的找形过程中,我们按照如下思路来实现。
(1)为索网构建一个可以用统一方程表达的光滑的曲面,该曲面具有某种特殊的几何特征,在本文中,我们采用了曲率这种几何特征,在本文第节有详细介绍。
(2)利用统一的曲面方程来创建有规律排布的控制点,这些控制点力求均匀排布。
(3)将控制点做为索网的交叉节点,连接各节点形成整片索网结构。
4.索网找形的具体实现<
幕墙曲面上下边界的参数方程
将上下边界两条曲线分别转化为以方位角B为参数的方程,如下:
幕墙曲面的几何控制条件
我们在设计中提出如下几何控制条件:用过z轴的任意
平面来
切割幕墙曲面,所得到的切割线都是具有同一的曲率圆弧,在本设计中,取曲率等于150m,如图4所示。不同的切割线都有相同的曲率半径,但弧长各不相同。
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