深圳湾体育中心空间变曲面弯扭斜交网格结构高效深化设计.pdf

[摘要]深圳湾体育中心钢主场馆钢屋盖采用单层空间变曲面弯扭斜交网格结构，包括单层网壳和竖向支撑系统，其节点形状均不同，弯扭板件展开精度高，深化设计困难。根据工程特点，开发专用的钢结构详图绘制软件。详细介绍了深化设计软件开发及钢屋盖精确建模关键技术措施。并采用保证高效深化的设备和人员配置，解决了深化设计难题，具有高效、精确等优点。[关键词]深圳湾体育中心；钢结构；弯扭斜交网格；深化设计

内容摘抄：

1工程概况
深圳湾体育中心是第26届世界大学生夏季运动会的主要分会场，占地面积30.77hm2,坐落在深圳湾滨海休闲带中段，毗邻深圳湾和香港。其主要建设内容有“一场两馆”，即体育场、体育馆、游泳馆及运动员接待服务中心、体育主题公园及商业运营设施等，总建筑面积约25.6万m,将承担足球预赛、乒乓球决赛、游泳等比赛和训练等。
深圳湾体育中心主场馆长约500m,宽约240m。体育中心屋盖为箱形截面的空间变曲面弯扭斜交网格组成的单层网壳结构，将“一场两馆”有机联系在一起，内部采用较少支撑形成大空间，外部形成一个包裹，形似“春茧”（见图1)。

2深化设计总体思路
主场馆钢结构总体分为：南北两侧屋盖，大树广场花篮结构及上部屋盖。其中屋盖是核心部分，主要包括：单层网壳和竖向支撑系统（见图2）。单层网壳为空间变曲面弯扭斜交网格钢结构，有约10590个节点和19718根构件，构件截面多样(☐400×300×10×10~☐700×450×50×50)，构件不同程度的空间弯扭，节点形状相似但均不相同，完全依靠人工绘制加工详图，建模及弯扭板件展开无法完成，且空间定位坐标表达复杂，深化设计工作量巨大，精度难以保证。
针对本工程特征及特殊要求，开发了专用的计算机辅助深化设计软件一屋盖弯扭构件专用详图绘制软件，用以完成单层网壳部分的详图设计。目前该软件已成功应用于该工程主体构件深化设计。

3深化设计方法与软件
3.1单层网壳专用软件开发运用
通过结构分析和统计可知：屋盖顶部较平，构件弯扭程度小，而屋盖侧壁、转弯处、大树广场部分，构件弯扭程度大，根据弯扭程度将构件分为两大类，按照不同的设计思路进行设计：①构件弯扭程度大的区域，构件沿全截面弯扭，主方向在满足吊装及运输条件下为通长构件，次方向按网格区间断开；②弯扭程度小的区域，通过优化将中心线以外800mm范围内的节点弯扭，中间杆件全部为直段，实现网格之间的构件表面连续。

3.2精确建模
1)读取原设计图纸各控制点的三维坐标，自动生成空间折线模型，通过运算拟合成空间网格曲线。
2)按照设计图纸要求，将构件按不同程度的弯扭进行区域划分，划分为弯扭区与非弯扭区。
3.3定义截面
屋盖构件三维线模型建立完成后，按照设计图纸进行每个杆件截面属性的输入，保证深化设计图纸构件截面与原设计图一致。
3.4实体拉伸
通过两种不同方式拉伸网格实体。对于弯扭区，相交网格线切线形成一个平面，平面外法线作为该节点构件的法向量，通过节点间法向量，按照定义好的截面，沿中心线均匀拉伸节点间杆件形成实体。对于非弯扭区，节点中心线以外各800mm作为节点，节点为弯扭节点，节点间杆件为直段，分段拉伸实体。弯扭节点按照弯扭区作法拉伸，直线段按照原设计给定的中央节点法向量作为全截面法向量，沿直线拉伸杆件形成实体。

4.2人员配置
1)人员组织
深化设计部配置36人，除2位倾问专家指导工作外，其他人员均直接参与设计。并将其中6人派驻工厂和现场进行设计和服务。
2)深化设计人员岗位责任为准确、快捷地完成深化设计工作，由1名经验丰富的高级工程师任深化设计负责人，下设分组，除常规设计外，增加软件开发组和计算分析组，具体人员及小组岗位责任如下：①项目经理、总工程师及副经理负责整个项目深化设计的协调管理及与原设计的沟通联络；②专家顾问组负责重大技术问题的解决和把关等；③驻工厂、现场代表负责工厂加工及现场安装等有关图纸问题的协调、解决及服务，传递现场修改信息，及时递交图纸；④计算分析组负责节点分析计算与优化节点的比对计算，预拱设计、温度应力影响分析等；⑤软件开发组针对本工程结构特点，开发能够直接生成工厂用详图的专用软件，并全程跟踪进行软件功能的修改和完善；⑥详图设计组负责施工详图的设计，工艺标准设计、与工厂的工艺协调，其中审核工程师负责图纸审核。

（略）

投稿会员：巧克力布丁