鸟巢四撑杆型索穹顶大开口体育场挑篷结构形态确定、参数分析及试设计.docx

鸟巢四撑杆型索穹顶大开口体育场挑篷结构形态确定、参数分析及试设计
鸟巢四撑杆型索穹顶大开口体育场挑篷结构形态确定、参数分析及试设计
一、引言
北京国家体育场通称“鸟巢”，是2008年北京奥运会和残奥会主体育场之一。鸟巢采用了复杂的结构体系，其中最为突出的是其四撑杆型索穹顶和大开口挑篷结构。本文旨在分析鸟巢这种复杂的结构体系，探究出其形态及参数的确定规律，并进行相关的试设计。
二、鸟巢结构体系概述
鸟巢的主体育场采用四撑杆型索穹顶和大开口挑篷结构。其中四撑杆型索穹顶由96根钢桁架梁和1416根主索和副索组成。大开口挑篷结构由42根双曲面三向度空间桁架梁、128根以T型截面的约6m长铝合金混凝土形材和16台大型分段伸缩膜拱组成。这种结构体系在工程实践中具有一系列的优点，比如抗震、抗风、抗雪、抗压能力强、轻便等。
三、鸟巢结构形态的确定
1.钢桁架梁的确定
钢桁架梁作为鸟巢四撑杆型索穹顶的主要构件之一，其尺寸设计必须兼顾材料的强度、刚度和经济性三个方面。建筑设计师采用了“瘦高比”设计原则，结合实际情况和力学原理，计算出钢桁架梁所需的具体参数，设计出桁架梁的空间曲面形态，最终确定出钢桁架梁的尺寸。采用该设计原则的同时，还采用了优化设计方法，对不同参数的不同方案进行比较和优化，以确保设计的可靠性和经济性。
2.索杆和副索的确定
索杆和副索是四撑杆型索穹顶结构中的主要承重构件，其设计需要充分考虑荷载和强度的合理配合，同时还应该考虑到设计的实际执行情况以及施工条件的限制。为此，设计师首先确定了索杆和副索的形态和尺寸，然后设计合理的联接节点，以确保整个结构的强度和稳定性。
3.大开口挑篷结构的确定
大开口挑篷结构的设计也是基于“瘦高比”设计原则的。结合实际情况和力学原理，建筑设计师设计出合适的三向度空间桁架梁和分段伸缩膜拱的形态和尺寸，保证了整个结构的强度和稳定性。
四、鸟巢结构参数的分析
鸟巢结构参数的确定可以通过结构分析和数值模拟等方法进行。其中结构分析是通过数学公式和模型等方法，依据力学原理对结构各种参数进行分析和确定；数值模拟则是通过有限元分析方法，以计算机技术为基础，对结构进行模拟，确定结构参数的精度和可靠性。两种方法在工程实践中都发挥了非常重要的作用，为结构的优化设计提供了依据和保障。
五、试设计方案的实现
建筑设计师可以通过试设计进行实现和验证。具体步骤和方法是：首先确定试设计方案的目的和要求，然后制定方案、进行计算和分析、模拟和仿真等相关工作。在实施过程中，要根据实际情况和现有条件，结合经验和实践，及时进行调整和改进。最终，可以通过试验验证方案的可行性和有效性。
六、结论
总体而言，鸟巢四撑杆型索穹顶和大开口挑篷结构是一种复杂的结构体系，在设计和实现过程中需要充分考虑结构的形态和参数的确定，力求在保证强度和稳定性的同时，追求材料的节省和经济效益的最大化。本文通过分析鸟巢的结构形态和参数的确定规律，探讨了试设计的实现方法，为我们更好地理解这种复杂的结构体系提供了有价值的参考和借鉴。