苏州奥体中心体育馆建筑面积57 000 m²，设13 000座位，建成图如图1所示。

　　 体育馆为混凝土看台+钢结构屋面结构体系^[1]，混凝土看台地上6层，混凝土看台高度27.3m，采用框架-剪力墙+局部支撑结构。钢结构屋面高度42.9m，采用双向平面桁架结构。体育馆剖面如图2所示。

　　 体育馆屋盖呈马鞍形，高差15.0m。平面为正圆形，直径142.0m，中部有斗屏，荷载较大，为了减小跨度，节约用钢量，在混凝土看台顶设置了摇摆柱，桁架跨度减小到120.0m。钢屋盖平面如图3所示。

　　 钢屋盖受力体系由V形柱、摇摆柱、顶部环桁架和双向平面桁架组成。结构受力清晰，V形柱承受水平力和竖向力，摇摆柱仅承受竖向力，顶部环桁架将水平力传到V形柱，双向平面桁架承受竖向力，如图4所示。

　　 结构采用参数化建模，外环梁竖向坐标满足如下公式:

　　 式中x,y为外环梁平面坐标。

　　 荷载按照《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)取值，风荷载按照实体风洞试验结果^[2]取值。各工况组合下的计算结果显示^[1]，结构应力比、变形等指标均满足规范要求。

　　 V形柱空间受力，无法按照常规钢框架结构计算稳定系数，因此，采用MIDAS Gen软件对结构进行了整体模型稳定分析。

　　 按照各种不利工况组合进行静力屈曲分析，各工况下第一阶屈曲模态均为桁架局部屈曲，按照桁架跨度1/300考虑初始缺陷，进行几何非线性整体稳定分析，结果表明安全系数在[5.2,7.1]，满足规范大于4.2的要求。

　　 为了考虑V形柱的稳定，按照V形柱的屈曲模态(图5)，考虑V形柱高度1/300的初始缺陷进行分析，结果表明安全系数同样满足规范要求。

　　 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质[2015]67号)指出，对某些结构形式复杂的屋盖超限工程，应考虑个别关键构件失效导致屋盖整体连续倒塌的可能。屋盖抗连续倒塌，首先要解决关键构件的选择问题。

　　 以构件移除作为结构的损伤，以构件轴力作为结构响应，按1.0DL+1.0LL的荷载组合进行敏感性分析。可计算出剩余结构每一个单元的敏感性指标，取所有单元的敏感性指标的平均值作为该损伤构件的重要性系数:S_ij=(γ-γ')/γ，其中γ为正常情况下单元i的响应，γ'为结构受损后单元i的响应。

　　 构件重要性系数最高的四根杆件如表1和图6所示，这四根杆件损坏，对整体结构影响最大。

　　 根据文献[3]，采用ANSYS/LS-DYNA方法，对空间结构进行动力分析，求解剩余结构的受力和变形。

　　 尽管关键构件突然破坏后结构内力重分布的响应是动力非线性的，但与抗震设计类似，可以采用等效静力分析的简化方法。即将结构所受的静力荷载乘以一个荷载动力放大系数(DIF)，以间接地模拟结构内力重分布产生的动力效应，其中重点要考虑荷载动力放大系数的取值大小和作用范围。

　　 按美国UFC规范，取1.2DL+0.5LL的荷载组合作为分析工况，采用考虑失效杆件反力静力作用影响范围的方法来确定该结构的荷载动力放大系数的作用范围。结果表明，影响区域一般不超过纵向和横向相邻两跨。以移除最大跨度上凸形桁架下方摇摆柱1为例，其影响范围如图7所示。

　　 分别按不同的动力放大系数计算静力作用下剩余结构的竖向位移，取部分节点的计算结果与动力计算的对应节点最大竖向位移进行对比，从而确定荷载动力放大系数的取值。动力分析和静力分析对比发现，桁架下弦杆失效动力放大系数取1.5较为合适，摇摆柱失效动力放大系数取1.7较为合适^[3]。

　　 按照等效静力分析方法，通过各杆件拆除后的计算结果发现，构件最大应力比0.99，结构竖向位移也仅略大于跨度的1/400，结构处于弹性，不会出现连续倒塌。

　　 采用ABAQUS软件建立混凝土看台结构和钢屋盖整体模型，梁、柱、斜撑等线构件采用截面纤维模型单元B31，墙、板单元采用壳单元S4R。选择一组人工波RG2和两组天然波SC1,USER4进行弹塑性时程分析，罕遇地震地震加速度峰值取220cm/s²。计算结果表明，三组地震波作用下，X,Y两个方向的最大基底剪力分别为293 079kN和298113kN，对应的剪重比为21.85%和22.22%。各组地震波计算完成后整体结构依然处于稳定状态，没有出现不可恢复的较大侧向变形，X,Y两个方向的最大层间位移角分别为1/129和1/223，满足1/100的限值要求。

　　 屋盖钢结构部分仅内圈斜钢柱杆件进入塑性，最大塑性应变为1.1×10^-3，小于1倍的钢材屈服应变。

　　 摇摆柱两端铰接，为实现设计假定，柱顶采用关节轴承节点，沿环向和径向可双向转动，如图8所示。柱底采用球形钢支座节点，可万向转动。

　　 V形柱柱底铰接，如图9所示，柱脚端部收进成梭形，靠近支座处采用铸钢。支座采用球形钢支座，竖向压力设计值为5 300kN，竖向拉力设计值为400kN，水平剪力合力设计值为8 680kN，转角要求为0.03rad。

　　 (1)苏州奥体中心体育馆钢屋盖受力体系由V形柱、摇摆柱、顶部环桁架和双向平面桁架组成。整体模型几何非线性稳定分析计算表明，结构整体稳定安全系数满足规范要求。

　　 (2)钢屋盖抗连续倒塌分析，拆除重要性系数最高的四根杆件，并进行动力和静力分析对比，确定了失效杆件影响范围和动力放大系数。计算结果表明，上述构件拆除后，结构仍处于弹性，不会出现连续倒塌。

　　 (3)整体模型罕遇地震弹塑性时程分析结果表明，屋盖钢结构部分仅内圈斜钢柱杆件进入塑性，小于钢材屈服应变，结构安全。

　　 (4)摇摆柱柱顶采用关节轴承节点，柱底采用球形钢支座节点，V形柱柱底采用球形钢支座节点，实现了双向铰接的计算假定。