内行看门道|从“大金碗”看超限结构(大金碗图片)

内行看门道 | 从“大金碗”看超限结构###12月18日，万众瞩目的2022年卡塔尔世界杯决赛即将到来。
梅西的世界杯“最后之舞”通过夺冠圆满落幕还是姆巴佩蝉联冠军加冕新王？不论结果如何，历史将在“大金碗”卢塞尔体育场书写。
这座据称耗资7.6亿美元的体育场由FOSTER+PARTNERS设计，号称“史上最贵”。
然而贵有贵的道理，这座体育场的结构难度首当其冲。
FOSTER+PARTNERS从外观上看，项目幕墙三角形网格立面效果展现了卡塔尔传统灯笼纹饰，建筑整体呈现出阿拉伯金色碗状器皿造型。
屋面主索网采用双层轮辐式张力结构，跨度达274米，悬挑距离为76米，形如一个巨大的车轮状的“碗盖”。
“看门道”还需内行引领。
来自筑博设计的结构副总工程师、广东省超限专家王锦文博士为我们解析了卢塞尔体育场的结构设计“难”在哪里。
先从主体结构说起卢塞尔体育场的主体结构由屋面索网、受压环梁和V形钢结构柱等组成。
A.屋面索网：径向主索共48榀，环向拉索分为上下2层，各8根；B.受压环梁： 简称“压环”，将主索的径向拉力转化为压环内部的环向压力；C.V形钢结构柱(V柱)：共有48片，每两片V柱在顶部相交后形成支承点，将压环的竖向重力传导至下部的24根巨型钢筋混凝土柱；D.V柱间幕墙桁架：主要作用为增强V柱间的整体性并连接幕墙。
卢塞尔体育场结构剖透视 AMBROSIO G MEZ MORALES & CALLUM JOHN SYKES相比网架、网壳、桁架等传统空间结构，索网结构不仅建筑效果突出，而且技术经济指标更加优越。
但索网结构由只受拉的柔性索单元和承受拉压的刚性杆单元组成，属于柔性结构体系，导致其结构设计和形态分析的难度大大增加。
索网结构靠施加预应力建立几何刚度来达到稳定状态，然而并非任意结构布置方式和任意几何位形都能被预应力“刚化”。
体系复杂的屋盖图片 Pawel Kopczynski马鞍形的空间钢结构、柔性的索网体系、大面积张拉状态的膜材结构共同组成卢塞尔体育场的独具特色的空间屋盖结构。
卢塞尔体育场结构剖面 AMBROSIO G MEZ MORALES & CALLUM JOHN SYKES卢塞尔体育场结构剖面 AMBROSIO G MEZ MORALES & CALLUM JOHN SYKES屋盖从结构上可细分为索网主结构、索网次结构和膜结构三个部分。
索网结构由径向索、上内环拉索、下内环拉索、水平和竖向交叉索组成，其中内环索通过48 幅径向索与外围钢结构连接成稳定的主索系，并通过交叉索形成整体预应力索网，径向索上面设有拱杆和飞杆，在拱杆上面敷设层膜材料，层膜表面部分由48 个单元膜片组成。
屋顶结构体系非常复杂，各部分形态相互影响，且要考虑结构自重和节点、马道等部件重量的影响，需要综合考虑各种因素，实现对屋顶位移、形状和预应力的控制。
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