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奧體博覽中心主體育場為特級(jí)特大型體育場，固定座位達(dá)80 011席。整個(gè)鋼罩棚由14組(28片)主花瓣和13片次花瓣形成的花瓣組構(gòu)成。罩棚為空間管析架與弦支單層網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成的環(huán)狀花瓣造型，罩棚外邊緣南北向長333m，東西向285 m罩棚最大寬度68 m懸挑長度52m，罩棚最高點(diǎn)標(biāo)高高度為59. 4m。罩棚上、中、下部分別支撐在鋼筋混凝土看臺(tái)及平臺(tái)上。整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)罩棚通過支座、支撐、主析架、次連接桿件、弦支單層網(wǎng)殼、內(nèi)環(huán)析架等相互連接，形成穩(wěn)定的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)體系，下面需要對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的有限元分析。
由于整體花瓣造型要求的曲線效果，特別是花瓣和花瓣交接處很多小角度桿件的交叉，使得整個(gè)工程的鑄鋼節(jié)點(diǎn)用量較大。節(jié)點(diǎn)1為靠近懸挑端的撐桿支座節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2為花瓣落地支座處節(jié)點(diǎn)，由于花瓣造型，主結(jié)構(gòu)兩肢主析架的弦桿在此處交匯造成了節(jié)點(diǎn)處桿件多、桿件間交叉角度小，如果采用普通的圓管相貫焊，將使得焊接區(qū)出現(xiàn)明顯的殘余應(yīng)力集中，大大降低鋼材的延性性能，節(jié)點(diǎn)3同樣是桿件間夾角小導(dǎo)致相貫線很長，節(jié)點(diǎn)4是11根桿件交匯的復(fù)雜相貫節(jié)點(diǎn)。
節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是確保結(jié)構(gòu)安全最重要的因素之一，是保證結(jié)構(gòu)整體安全的必要前提。現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)及相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范、規(guī)程對(duì)于規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的連接設(shè)計(jì)有計(jì)算公式，但是對(duì)于復(fù)雜建筑的結(jié)構(gòu)造型，特別是造型多變的仿生結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)整體安全設(shè)計(jì)，由于節(jié)點(diǎn)的多樣性以及問題的復(fù)雜性，未提出明確的計(jì)算公式，而主要是依靠試驗(yàn)結(jié)果或數(shù)值模擬來指導(dǎo)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)研究的方法在具體工程中又會(huì)受到多方面的限制，比如復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的1: 1模型試驗(yàn)往往要求有完善的約束和加載措施，一般只有國內(nèi)為數(shù)不多的高校才有這樣的實(shí)力完成，試件要從加工廠運(yùn)到所在高校的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室做完試驗(yàn)后再將試件運(yùn)到建筑現(xiàn)場(如果做破壞性試驗(yàn)成本會(huì)更高)，這對(duì)于本來就很緊張的工期來說是不小的挑戰(zhàn)。
三維實(shí)體及數(shù)值計(jì)算的發(fā)展和應(yīng)用為這類問題提供了較為簡便的解決方法，但是具體使用中也存在著一些問題。目前鑄鋼節(jié)點(diǎn)有限元分析多以鑄鋼節(jié)點(diǎn)局部區(qū)域材料自身達(dá)到屈服點(diǎn)作為設(shè)計(jì)的主要控制指標(biāo)，而結(jié)合之前所做的大量有限元分析結(jié)果顯示，由于應(yīng)力集中的存在往往在設(shè)計(jì)荷載附近就會(huì)有節(jié)點(diǎn)的局部區(qū)域(特別是桿件交接處在實(shí)體模型分網(wǎng)時(shí)較容易產(chǎn)生小角度單元的地方)進(jìn)入塑性，這樣往往導(dǎo)致設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)較重。現(xiàn)行較為常用的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)判斷準(zhǔn)則一般有2種：①以整體節(jié)點(diǎn)的某一極小部分區(qū)域進(jìn)入塑性從而判斷節(jié)點(diǎn)失效；②根據(jù)分析結(jié)果反映的節(jié)點(diǎn)區(qū)域的塑性分布(看其有無擴(kuò)散以至發(fā)生全截面塑性的趨勢)來判斷節(jié)點(diǎn)是否失效。
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