1.工程簡介及問題的提出
位于東莞寮步鎮(zhèn)的東莞籃球中心被定位為中國"CBA第一館”，是目前國內(nèi)唯一按照NBA標(biāo)準(zhǔn)建造的體育場(chǎng)館。其
鋼結(jié)構(gòu)屋面采用雙曲馬鞍面的空間造型，屋面邊緣高度逐漸平緩變化，形成優(yōu)美的空間曲線。支撐屋蓋的結(jié)構(gòu)主要為周邊28根V型柱和支撐在
混凝土看臺(tái)上的28根搖擺柱。
根據(jù)建筑師的設(shè)計(jì)意圖，在屋蓋與地面之間用
玻璃幕墻圍成一圈完整的結(jié)構(gòu)，從而形成通透輕盈的視覺效果，另外建筑師希望幕墻結(jié)構(gòu)采用三向索網(wǎng)。這種大規(guī)模的、復(fù)雜邊界條件的、空間不規(guī)則
曲面的、三向交叉的索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在國內(nèi)尚是首次，對(duì)
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了很高的要求。本文重點(diǎn)關(guān)注索網(wǎng)幕墻幾何模型的建立過程，在后續(xù)的文章中筆者將進(jìn)一步探討結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、
節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)以及施工方法等問題。
2.東莞籃球中心索網(wǎng)幕墻的基本設(shè)計(jì)條件
索網(wǎng)上下邊的邊界條件
如圖2所示，索網(wǎng)的上邊界為屋蓋結(jié)構(gòu)中的一道環(huán)梁，該環(huán)梁是雙曲馬鞍面上的一條閉合曲線，具有復(fù)雜的幾何特征。索網(wǎng)的下邊界為位于同一
標(biāo)高位置的圓形，上下邊界的相對(duì)位置關(guān)系如圖3所示。
索網(wǎng)曲面需要滿足的基本條件
該幕墻索網(wǎng)的一個(gè)基本要求就是平滑的連接上下邊界，索網(wǎng)所形成的不規(guī)則曲面要平滑過渡。此外，我們還希望索網(wǎng)所張成的曲面具有合理的曲率特征，以方便
預(yù)應(yīng)力的施加以及得到合理的
內(nèi)力分布。在滿足上述條件的基礎(chǔ)上，我們希望三向交叉索網(wǎng)所形成的三角形網(wǎng)格均勻有規(guī)律，以方便后期的施工及玻璃安裝等工作。
3.索網(wǎng)找形的基本思路
為了實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)意圖，在索網(wǎng)的找形過程中，我們按照如下思路來實(shí)現(xiàn)。
(1)為索網(wǎng)構(gòu)建一個(gè)可以用統(tǒng)一方程表達(dá)的光滑的曲面，該曲面具有某種特殊的幾何特征，在本文中，我們采用了曲率這種幾何特征，在本文第節(jié)有詳細(xì)介紹。
(2)利用統(tǒng)一的曲面方程來創(chuàng)建有規(guī)律排布的控制點(diǎn)，這些控制點(diǎn)力求均勻排布。
(3)將控制點(diǎn)做為索網(wǎng)的交叉節(jié)點(diǎn)，連接各節(jié)點(diǎn)形成整片索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
4.索網(wǎng)找形的具體實(shí)現(xiàn)<
幕墻曲面上下邊界的參數(shù)方程
將上下邊界兩條曲線分別轉(zhuǎn)化為以方位角B為參數(shù)的方程，如下:
幕墻曲面的幾何控制條件
我們?cè)谠O(shè)計(jì)中提出如下幾何控制條件:用過z軸的任意
平面來
切割幕墻曲面，所得到的切割線都是具有同一的曲率圓弧，在本設(shè)計(jì)中，取曲率等于150m，如圖4所示。不同的切割線都有相同的曲率半徑，但弧長各不相同。
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