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斯德哥尔摩海滨会议中心

  • 大型钢铁和混凝土框架的搭建场地详细建模

  • 正常和极端的人群荷载模态分析


斯德哥尔摩海滨国会中心设有一个可容纳3000名观众的表演场地,其中一半以上可以坐在一个架在悬臂式建筑上的地方。作为其设计的一部分,可以在会场上举办流行音乐会,ELU Konsult使用LUSAS土木软件对整体结构的固有频率和振型进行详细的分析,并对在选定的共振频率中,人群荷载与结构的响应进行评估。


结构形式

SWCC承载系统包括一个由五列支撑支持着的14米高的桁架结构。在东北侧,桁架形成一个140米深,60米宽的悬对角线压缩支柱,连接两根支柱,控制桁架横向的平衡。此外,两个上层部分还悬挂在桁架上,带有大量的荷载。主看台主要由三个单独的座位区组成,全部座位安装在每个混凝土板的顶部。


3D model showing structural arrangement and main seating stand


建模

使用LUSAS进行有限元建模,检查模型的结构和自然频率,对在选定的共振频率中结构对人群荷载的响应进行评估。模型中包含了所有的结构单元,使我们能更准确的评估结构的反应。几何模型是直接从CAD导入,然后将材料属性,截面属性和其他属性分配到LUSAS模型中。


          LUSAS模型中斯德哥尔摩海滨会议中心的主要座位区位置


分析

*初的特征值分析与LUSAS表明许多低于5赫兹的自然频率,但只有一小部分大大有助于结构响应,如大质量参与系数。主要模型的特别之处在于横向模式模型在Y,X方向的频率为1.622.16赫兹,和一个额外的模式导致垂直振动的主要桁架,考虑用2.228赫兹进行分析。除了这些全球性模型得出的高质量参与系数,在1.4赫兹到1.8赫兹范围的那些微小的参与系数,在他们需要的时候,也被用来进行评估。


            

                  Mode 48 - Horizontal in the model Y direction (1.62Hz)       Mode 63 - Horizontal in the model X direction (2.16Hz)                                                        

Mode 131 - Vertical movement of the main support truss (2.228Hz)


在稳定条件下,通过施加跳跃人群荷载,对结构的纵向和横向加速度的稳态简谐运动响应进行分析。为此,需要对两个主要荷载进行检验。首先,是一个极端的事件,一个年轻的充满活力的观众在规定的时间和频率内,在摇滚音乐会上,上下跳跃。第二,是一个不太极端的事件,称为“活泼”音乐会上,评估结构的响应。对所有人群荷载的分析中,瑞利阻尼大约为2%。合理的初步分析得出来的阻尼值更高为3%,在某些情况下,被用来评估结构的性能。


模仿“极端事件”,让1700个人在整个倾斜座位区上下移动。分别对1.5赫兹,1.62赫兹和2.228赫兹的固有频率进行评估。“活泼”模式是50个人站在有限区域内的均布荷载,它的**荷载效应分析频率(2.228赫兹和1.62赫兹)。下支撑层次结构的影响分析。


            

"Lively event" loading (blue) for 2.228 Hz vertical mode    "Lively event" loading (blue) for 1.62 Hz horizontal mode


根据*初设计检查的建筑师介绍板的差距,在两个独立的座位区之间安装一个折叠墙,用于小型活动。还要对LUSAS初步模型进行更新和重新考虑荷载工况效果。通过比较均方根值的加速度,并且从观众舒适度考虑来设计斯德哥尔摩会议中心。


Vertical acceleration in the main stand for extreme event loading (Frequency loadcase = 1.5 Hz)


            

       Vertical acceleration in the main stand for extreme event loading    Horizontal acceleration in the main stand for extreme event loading  

(Frequency loadcase = 1.5 Hz)                                 (Frequency loadcase = 2.28 Hz)


Vertical acceleration in the main stand for extreme event loading (Frequency load = 1.62 Hz)


            

Horizontal acceleration comparison for different damping values   Vertical acceleration comparison for different damping values

(Frequency loadcase = 1.62 Hz)                                 (Frequency loadcase = 1.62 Hz)


Vertical acceleration in the main stand for extreme event loading (Frequency load = 2.28 Hz)


            

    Vertical acceleration in the main stand for extreme event loading            Vertical displacement in the main stand for extreme event loading

(Frequency loadcase = 2.28 Hz)                                                                 (Frequency loadcase = 2.28 Hz)



“使用LUSAS可以很容易的创建和查看复杂的几何图形,也可以根据需要进行修改。在一定范围内的节点单元可以很容易的模拟结构构件之间多样化和复杂化的链接,荷载的分配也很方便。”

Gunnar Littbrand, Senior Structural Designer and Costin Pacoste, Technical Expert - Numerical Analysis

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