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装配式临时看台的应用与结构分析

装配式临时看台的应用与结构分析

分类:
行业资讯
作者:
来源:
2019/11/29
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【摘要】:
装配式临时看台受场地局限性小、安装方便、可重复利用,适用于各类室内、外活动。近年来,欧美等国家在大型体育比赛和社会活动中广泛使用这种看台,如摩洛哥一级方程赛车等国际赛事, 取得了很好的社会和经济效益。
北京奥运会上,国家体育馆、水立方等十四个比赛场地使用装配式临时看台近八万坐席, 充分体现了“绿色奥运、科技奥运” 的理念。

一、结构形式
       装配式临时看台由支承结构、看台体系、通道体系和维护体系四部分组成, 因支承结构广泛采用装配式脚手架而得名, 这种脚手架在横杆和立杆的适当位置焊接好用于互相连接的 C 型卡、U 型卡, 安装时将两扣件以适当形式相扣,再由锁销穿插其间实现横、立杆的连接, 上下立杆之间采用内插套管连接,为方便在节点上安装斜杆,装配式结构的斜杆端部特意做成扁平状。
       该节点中由于锁销的倾斜角远小于摩擦角,重力作用下锁销处于自锁状态, 确保 C 型卡和 U 型卡不会滑移,使临时看台在安装快捷的同时不会留下安全隐患。
阶梯梁是临时看台中的关键部件,采用钢管和方钢管焊接而成,升起高度h 由看台的视线分析而定, 为了满足视线分析的要求,台阶高度有 250mm 等四种规格; 踏步宽度L 决定了观众的舒适程度,根据 [1] 对无背方凳看台排距的要求, L 均取为750mm。
       尽管阶梯梁的规格有限, 看台的布局还是多种多样,根据场地的不同可以布置成弧形或直线形; 立面斜杆的构成也很灵活,有格构柱形和一字形,通过抗侧刚度分析可知一字型布置抗侧刚度较大。

  图 1 节点                                        图 2 阶梯梁

                  

二、结构分析
       临时看台短时间内会承载很大数量的人群活动, 设计中的任何不当都可能造成重大事故。1992 年,法国科西嘉省足球赛场临时看台倒塌造成 17 人死亡。临时看台的结构计算, 国内虽然没有具体规范可依,但可以参考相关规范,并借鉴[2]的荷载取值及计算方法, 建立三维有限元模型进行结构的内力、倾覆等分析。
1、计算模型
       节点和斜杆是模型模拟的重点,[3] 表明横、立杆的连接是一种偏向于铰接的半刚性连接; 拉压性能与横杆也有不同。这些研究仅仅是该节点在单一受力情况下的力学性能,拉(压)弯剪同时作用下的性能还有待进一步研究。斜杆端部的异形使斜( 立)杆的受力产生偏心, 杆件的极限承载力、计算长度等必然变化。这些都是在今后研究中的重点。计算中出于安全考虑,立杆与斜杆、横杆的连接近似成铰接。立杆之间插接长度 180mm, 根据欧洲相关标准,插接长度超过 150mm, 按刚性连接考虑; 基础底座采用覆置式,可简化为铰接。
2、荷载分析
       临时看台使用时间短,根据等超概率原则, 活荷载的取值必然小于规范取值, 计算时应考虑一折减系数, 这一点国内规范没有明确的规定; 同时人群荷载作为动荷载,考虑其动力放大效应,需取系数作为放大因子。一般的, 我们取× =1.2。人群的走动跳跃会在踏板平面产生一定大小的水平力, 另外安装偏差等因素也会在结构上形成二阶效应力,考虑这些影响[2]建议附加水平力取竖向荷载的 6%。

图 3 覆置式基础

3、观众舒适性
        临时看台除确保其安全性外,还应提供与其功能相适应的舒适性。一般的,自振频率是评价其舒适性的主要参数。ICE 在《design and practice guides- Dynamic》s 中规定结构设计频率应大于 2.8Hz; 我国《城市人行天桥与人行地道技术规范》规定天桥上部结构竖向自振频率不应小于3Hz。由于相关理论研究刚刚开始, 这些频率可以作为计算的参考。此外,计算频率时质量的选取也存在很大的分歧。通过对丰台垒球场的实测值和计算值的比较, 质量取结构质量+  0.5 人群质量时,两者吻合较好。
4、抗倾覆滑移分析
        上海国际赛车场临时看台被风吹翻说明倾覆和滑移是临时看台容易产生的危险之一,而地基和基础简易是这一危险的潜在原因。这种覆置式基础的柱脚简单的放在混凝土块(木板)上,柱脚、基础和地基之间并没有牢固的连接, 在较大的水平力作用下, 临时看台可能滑移和倾覆。为避免这类事故,必须验证结构空载时水平力作用下柱脚不被抬起和不会滑移。从计算分析和奥运期间临时看台的使用来看, 证明这种看台的抗倾覆滑移效果良好。

表 1 国外规范对质量选择的规定             表 2 丰台垒球场频率实测值与计算值的比较( Hz )

 

三、构造措施
        严格的计算分析外, 考虑各种不利因素,临时看台在施工中还应采取下列措施提高结构的安全储备。
1、 立杆之间插接后用螺栓连接,保证结构的抗倾覆能力。
2、 水平斜杆每 2-3 层布置一道, 且在角部区格内布置斜杆以做加强。
3 、 结构的立面每隔 5 跨满布斜杆增加结构的刚度和强度。
四、研究趋势
        装配式临时看台在我国是首次使用的结构,尚缺乏相关的设计规范标准和成熟的使用经验,相应的研究工作也相对薄弱。
(1)人与结构耦合。[4][5]研究表明人群作用下临时看台的动力特性有很大变化, 需要考虑两者的耦合作用。
(2)基频的控制指标。需要该结构大量的使用经验和人群荷载的研究成果以确定一个既经济又能满足舒适性的频率指标。
(3)节点和斜杆的力学性能。探讨节点在组合受力下的力学性能以及斜杆偏心对结构承载力的影响。
五、结语
        奥运期间临时看台的架体稳定, 得到了观众和业主的好评。
(1)看台形式多样,能够适应各种场地需求。
(2)选取的计算模型基本合理,偏于安全。
(3)频率计算时质量的选择正确,与实测值基本吻合。
(4)看台需要进行抗倾覆和滑移验算。

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