ANSYS在国家体育场(鸟巢)设计中的应用

HEATS

　　引言

) W5 y" E1 ]! {

　　国家体育场位于北京市中轴线东侧，成府路南侧，奥林匹克公园中心区内。国家体育场是2008年第29届奥运会的主体育场，承担奥运会开、闭幕式与田径比赛，总建筑面积约为25万m2。建筑的设计使用年限为100年，其“鸟巢”结构将成为北京市的重要标志性建筑。该建筑地面以上平面呈椭圆型，长轴为332.3m，短轴为296.4m。主体结构由钢筋混凝土看台与带有可开合屋盖的大跨度钢屋盖两部分构成。屋盖的主结构由48榀桁架与中间环梁构成，支承在周边24根组合柱之上。屋盖的顶面呈鞍形，最高点高度为68.5m，最低点高度为42.8m。主桁架围绕屋盖中部的环梁放射形布置，与屋面及立面的次结构一起形成了“鸟巢”的特殊建筑造型，主场看台部分采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系，与大跨度钢结构完全脱开。

　　结构分析

- q3 N" p1 Y h% L $ c4 O, K, O4 O: ]/ A" p

　　计算程序的选择

' d. T. s0 n- `+ w/ [; s . V: ?7 h0 T8 M4 D+ L) O5 c6 s( k- W

　　在初步设计时，设计人员详细研究了各种软件的功能及优缺点，最终通过比较决定采用ANSYS软件。因为首先ANSYS有丰富的单元库，土木工程中常用的梁板壳都有成熟的单元可以选取。其次ANSYS具有节点耦合和设置刚域功能，可以模拟计算模型中一些构件之间的相互关系。ANSYS还具有单元的生死功能，通过设置单元的生死达到模拟结构施工过程的目的。最让设计人员欣赏的是，ANSYS是个开放的有限元平台，提供了APDL，UIDL等开发工具，可以让用户自己开发专业模块。计算对比程序采用Sap2000。

　　结构分析的主要内容

5 e2 J8 }6 ]0 O6 N# t3 H% `7 _

　　计算模型及假定

/ T& o) ~6 ]% ~, n ( D( |' U- h3 Q2 v5 `5 t

　　1)整体模型中所有构件都采用ANSYS中beam4单元。

s" C" W/ ^% k' j' e , j+ n! _# X! m! \# }/ a

　　2)曲梁和弧梁用多段直线梁单元模拟。

" f$ A1 |. d1 c d/ p5 G