裝配式的臨時看臺的應(yīng)用特點與分析
裝配式的臨時看臺受場地限制小,安裝方便,可重復(fù)使用,適合各種室內(nèi)外活動。近幾年來,歐美等國家在大型體育賽事和社會活動中廣泛采用了這類看臺,取得了良好的社會經(jīng)濟(jì)效益,北京奧運(yùn)會上,國家體育館、水立方等十四個競賽場館利用裝配式臨時看臺近八萬個座位,充分體現(xiàn)了“綠色奧運(yùn),科技奧運(yùn)”的理念。
第一,結(jié)構(gòu)形式。
組合式臨時看臺由支撐結(jié)構(gòu)、看臺體系、通道體系和維修體系四部分組成,由于支撐結(jié)構(gòu)廣泛采用組合式腳手架而得名,此類腳手架焊接在橫桿與立桿的適當(dāng)位置,用于與C型、U型立桿進(jìn)行連接,安裝時將兩扣件以適當(dāng)?shù)男问较嗫?,再由鎖銷穿插其間實現(xiàn)橫、立桿的連接,上下立桿采用內(nèi)插套管連接,為便于在節(jié)點上安裝斜桿,組合式結(jié)構(gòu)的斜桿端部特意做成扁平狀。
在這種情況下,節(jié)點中的鎖銷傾斜角度要比摩擦角小得多,在重力的作用下,鎖銷處于自鎖狀態(tài),保證了C型和U型卡不會滑動,使得臨時看臺安裝快速而不留安全隱患。
雖然梯形梁的規(guī)格有限,但看臺的布置仍然多種多樣,可根據(jù)場地的不同布置成弧形或直線形;立面斜桿的構(gòu)造靈活,可同時設(shè)置格構(gòu)柱和單字型,由單字型布置可知,單字型結(jié)構(gòu)抗側(cè)剛度較大。
第二,結(jié)構(gòu)分析。
在短期內(nèi),臨時看臺將承載大量的人群活動,設(shè)計上的任何不適當(dāng)都可能導(dǎo)致重大事故。1992年,法國科西嘉省足球場地臨時看臺倒塌,17人喪生。目前國內(nèi)尚無具體的結(jié)構(gòu)計算規(guī)范,但可參照有關(guān)規(guī)范,借鑒[2]的荷載取值和計算方法,建立三維有限元模型,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、傾覆等方面的分析。
1.計算模式。
模型模擬的重點是節(jié)點和斜桿,[3]表明橫桿和立桿的連接是半剛性連接,偏重于鉸接;拉壓性能也與橫桿不同。本文僅對單根節(jié)點受力時的力學(xué)性能進(jìn)行了研究,同時對拉(壓)彎剪的力學(xué)性能進(jìn)行了進(jìn)一步的研究。斜(立)桿端部的異形使其受力產(chǎn)生偏心,桿身的極限承載力、計算長度等必然發(fā)生變化。這也是今后研究的重點所在。為了安全起見,在計算時將立桿與斜桿、橫桿的連接近似為鉸接。立柱之間的插接長度180mm,按照歐洲標(biāo)準(zhǔn),插接長度超過150mm按剛性連接處理;基礎(chǔ)基座采用覆蓋式,可以簡化為鉸接。
2.載荷分析。
由于臨時看臺的使用時間較短,根據(jù)等超概率原則,活荷載的值必然小于規(guī)范值,因此在計算時應(yīng)考慮一折減系數(shù),而國內(nèi)規(guī)范中并無此項規(guī)定;而將人群荷載作為動荷載,考慮其動力放大效應(yīng),需要取系數(shù)作為放大因子。一般來說,取×=1.2。人們走動、跳躍時會在踏板面產(chǎn)生一定的水平力,此外,安裝偏差等因素也會在結(jié)構(gòu)上造成二階效應(yīng)力,因此[2]建議將垂直荷載的6%作為附加水平力。
3.觀眾舒適度。
除了保證其安全之外,臨時看臺還應(yīng)提供適合其功能的舒適環(huán)境。一般而言,自振頻率是評價其舒適度的主要指標(biāo)。國際工程學(xué)會規(guī)定結(jié)構(gòu)設(shè)計頻率應(yīng)大于2.8Hz,而我國的《城市人行天橋和人行地道技術(shù)規(guī)范》規(guī)定天橋上部結(jié)構(gòu)的垂直自振頻率不得小于3Hz。因為相關(guān)的理論研究才剛剛開始,這些頻率可供計算參考。另外,在頻率計算中,質(zhì)量的選擇問題也是眾說紛紜。結(jié)果表明:質(zhì)量取結(jié)構(gòu)質(zhì)量+0.5人群質(zhì)量時,豐臺壘球場的實測值與計算值基本一致;
4.抗傾覆滑移分析。
由于風(fēng)向翻轉(zhuǎn),上海國際賽車場臨時看臺容易發(fā)生傾覆和打滑,這是造成這種危險的一個原因,簡單的地基和地基是造成這種危險的潛在原因。該復(fù)合基礎(chǔ)的柱腳簡單地放置在混凝土塊(板材)上,柱腳、基礎(chǔ)和基礎(chǔ)之間沒有牢固的連接,在較大的水平力作用下,臨時看臺可能會打滑和傾覆。為了防止這種意外事故,必須驗證結(jié)構(gòu)在無載荷情況下水平力的作用,使下柱腳不被抬高和滑動。通過計算分析和奧運(yùn)期間臨時看臺的使用情況,證明該看臺具有較好的抗傾覆滑動性能。
第三,建設(shè)措施。
除嚴(yán)格計算分析和考慮各種不利因素外,施工中還應(yīng)采取以下措施提高臨時看臺的安全儲備。在插入立桿之間用螺栓連接后,保證了結(jié)構(gòu)的抗傾覆能力。水平斜桿每隔2-3層布置一道,斜桿在角部區(qū)域格內(nèi)作加強(qiáng)作用。立面上每隔5個斜面布滿的斜桿可增加結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。
第四,研究趨勢。
組合式臨時看臺結(jié)構(gòu)在國內(nèi)尚屬首創(chuàng),目前尚缺乏相關(guān)的設(shè)計規(guī)范和成熟的使用經(jīng)驗,相關(guān)研究還比較薄弱。
1.人和結(jié)構(gòu)的耦合。研究表明臨時看臺在人群作用下的動力特性變化很大,需要考慮兩者的耦合作用。
2.基本頻率控制指數(shù)。在確定經(jīng)濟(jì)、舒適的頻率指標(biāo)方面,需要大量的使用經(jīng)驗和人群負(fù)荷的研究成果。
3.結(jié)點和斜桿的力學(xué)性質(zhì)。討論組合受力時節(jié)點的力學(xué)性能及斜桿偏心對結(jié)構(gòu)承載能力的影響。