复杂空间曲面幕墙的索网结成形方法研究

来源:09年会论文集作者:李百春日期:2009-4-9 　页面功能【字体：大中小】【打印】【关闭】【评论】

摘要:东莞篮球中心的幕墙采用了复杂的三维空间曲面形状，其预应力索网布置很难通过直接的CAD建模的方法实现。本文通过分析该幕墙曲面所具有的几何特征，用参数方程的方法来建立幕墙曲面的统一方程，从而进一步得到该曲面上有规律分布的关键点，将这些关键点做为索网的节点，形成完整的索网结构。在设计过程中，本文作者利用自己编写的小程序自动生成关键节点的坐标，从而实现了快速建立复杂空间曲面索网结构模型的目的。
关键词:东莞篮球中心:索网找形;幕墙设计;空间曲面　

　　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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