摘要：由于建筑功能的要求和建筑裝飾的需要，體育館建筑最突出的特點(diǎn)就是大跨度、大空間。這就要求屋蓋須采用網(wǎng)架、網(wǎng)殼等鋼結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，屋頂一般為大跨度空間網(wǎng)架或鋼構(gòu)架，各樓層周邊布置看臺(tái)等。由此，如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在計(jì)算與混凝上結(jié)構(gòu)連接的空間剛度模擬，如何保證主體結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定成為了體育館建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。下面通過佛山市三水區(qū)白坭鎮(zhèn)白坭體育館為例，介紹設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的要點(diǎn)問題。
　　關(guān)鍵詞：體育館；框架結(jié)構(gòu)；鋼筋混凝土；設(shè)計(jì)計(jì)算
　　1、工程概況：
　　白坭體育館位于佛山市三水區(qū)白坭鎮(zhèn)白坭中心小學(xué)旁，主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為上蓋EPS夾芯隔熱板。局部辦公區(qū)為三層框架結(jié)構(gòu)，球場(chǎng)區(qū)域采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。建筑總面積為5841平方米，占地面積為3277平方米，建筑總高度為18.95米。建筑層數(shù)：地上三層，場(chǎng)館內(nèi)配有乒乓球場(chǎng)、器材室、辦公室、四周設(shè)計(jì)觀眾席位數(shù)為1500個(gè)，室內(nèi)設(shè)一個(gè)籃球場(chǎng)和一個(gè)276平方米的舞臺(tái)。該工程的透視效果圖如圖1所示。
　

　　2、主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　本工程館內(nèi)除了在一、二、三層的周邊設(shè)置休息室、衛(wèi)生間、排練室以及館內(nèi)所必須的觀眾席位外，中間大部分為空曠場(chǎng)地。整個(gè)一層平面總長(zhǎng)度為85.8×81.2m,根據(jù)平面布置特點(diǎn)和屋面曲面造型要求,主體采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu),屋面采用空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu),并將網(wǎng)殼的支座均勻布置于四周框架柱頂上直接傳力,避免轉(zhuǎn)換。雖然內(nèi)部空間復(fù)雜、中間空曠、看臺(tái)布置要求設(shè)置大跨度斜梁與柱交接等不利要求給結(jié)構(gòu)布置帶來困難,但經(jīng)過多次方案優(yōu)化,基本上做到平面縱橫正交、傳力明確、整體結(jié)構(gòu)空間作用明確,無特別薄弱環(huán)節(jié)等特點(diǎn)。
　　2.1內(nèi)力分析
　　2.1.1計(jì)算分析程序的選用
　　該工程為內(nèi)部空曠結(jié)構(gòu),樓層的概念在這里不明確,更多的是反映出空間整體的受力特點(diǎn),鑒于其布置及受力特點(diǎn),采用了能比較充分地考慮該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并具有樓板彈性假定及斜桿分析能力的空間有限元分析軟件SATWE進(jìn)行主體混凝土框架結(jié)構(gòu)的分析,屋頂采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)程序《北京云光SFCAD2002》進(jìn)行內(nèi)力分析及構(gòu)件驗(yàn)算，并對(duì)一些局部特殊構(gòu)件輔助用平面框架進(jìn)行補(bǔ)充分析計(jì)算,基本上達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
　　2.2結(jié)構(gòu)分析：
　　白坭體育館工程根據(jù)建筑平面、體型和功能的具體要求，綜合結(jié)構(gòu)受力情況，其屋頂采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，上蓋強(qiáng)波型EPS夾芯隔熱板。局部辦公區(qū)為三層框架結(jié)構(gòu)，球場(chǎng)區(qū)域則采用鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu)。圖2即是該工程的剖面圖。
　　圖2-剖面圖

　　2.3荷載作用及相關(guān)參數(shù)的選用
　　白坭體育館工程設(shè)計(jì)使用年限為50年,相關(guān)使用活載的取值沒有什么特殊要求,基本上按照“建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001”執(zhí)行,設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓取值為0.5kN/m2,地面粗糙度B,風(fēng)載體型系數(shù)選取時(shí)遇到一定的困難,主要是此形狀建筑物風(fēng)載體形系數(shù)規(guī)范上沒有可參考的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可利用,按理應(yīng)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)手段來確定,由于白坭鎮(zhèn)體育館基建投資比較緊張,最后,只好通過多方途徑收集國(guó)內(nèi)一些類似形狀的建筑物的取值作為參考,以確定出一個(gè)較為合理安全的數(shù)值。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的要求，該工程所在區(qū)域的基本風(fēng)壓較小,經(jīng)多次計(jì)算分析,風(fēng)載作用并不非常明顯,故選取值基本上能保證結(jié)構(gòu)安全。
　　3、整體結(jié)構(gòu)分析
　　3.1通過整體分析求解鋼、砼連接界面各構(gòu)件在各種工況組合下的內(nèi)力,進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)件的設(shè)計(jì),確保整體結(jié)構(gòu)安全.
　　3.2通過總裝分析,揭示砼結(jié)構(gòu)的彈性支承對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的影響,校核上部鋼結(jié)構(gòu),確保整體結(jié)構(gòu)安全.特別是拉索預(yù)拉力的損失對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的變形非常敏感.
　　該工程網(wǎng)架承受的荷載包括:沿網(wǎng)架曲面均勻分布的自重和靜載q=0.5kN/㎡水平均布活載q=0.5kN/㎡基本風(fēng)壓W0=0.5kN/㎡。由于拱形網(wǎng)架具有拱的受力特點(diǎn)，兩縱邊支座若為法向約束則對(duì)下部結(jié)構(gòu)必然具有推力，放松法向約束后荷載作用會(huì)使支座處產(chǎn)生較大的水平位移.
　　3.3網(wǎng)架在結(jié)構(gòu)計(jì)算中的處理方式
　　3.3.1如果認(rèn)為網(wǎng)架平面剛度無窮大,則可以輸入一板厚,按樓板剛度無窮大計(jì)算；
　　3.3.2如果網(wǎng)架與結(jié)構(gòu)通過柱頂連接,則可以設(shè)一個(gè)剛性梁,兩端與柱鉸接,樓板按開洞處理；
　　3.3.3如果網(wǎng)架與框架結(jié)構(gòu)連接為多點(diǎn)弱連接(與框架梁、框架柱連接點(diǎn)較多,且僅通過埋件連接),則可以輸入一板厚,按彈性板理論計(jì)算。
　　3.4、彈性樓板:彈性膜是真實(shí)計(jì)算板的平面內(nèi)剛度,不考慮平面外剛度;彈性板3為程序假定樓板平面內(nèi)無限剛,真實(shí)計(jì)算樓板平面外剛度;彈性板6為程序真實(shí)計(jì)算樓板平面內(nèi)和平面外的剛度。白坭鎮(zhèn)白坭體育館工程的網(wǎng)架整個(gè)外形呈波浪形,設(shè)計(jì)高度為2.0m,結(jié)構(gòu)形式為上中下三層網(wǎng)殼,網(wǎng)格形式為正方四角錐,支撐采用中弦支撐,節(jié)點(diǎn)為螺栓球連接。網(wǎng)架在平面內(nèi)剛度是非常大的,但該工程網(wǎng)架與框架結(jié)構(gòu)連接為多點(diǎn)弱連接(僅通過梁頂或柱頂?shù)穆窦?a href='http://www.jinnzone.com/haja/' target='_blank'>焊接),故網(wǎng)架平面外剛度很小。所以在模擬網(wǎng)架剛度時(shí)采用了定義板厚為200mm,用彈性膜理論進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)計(jì)算。
　　4、構(gòu)造處理和看臺(tái)設(shè)計(jì)
　　4.1構(gòu)造加強(qiáng)
　　該工程在看臺(tái)標(biāo)高處存在明顯的薄弱部位，設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)此處的樓板通過增加板厚，設(shè)置雙層雙向鋼筋網(wǎng)來加強(qiáng)。
　　4.2鋼筋混凝土拉梁的設(shè)置
　　為減小柱的計(jì)算長(zhǎng)度和增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度與整體性，在柱縱向設(shè)置了多道拉梁，截面為300mm×500mm,拉梁縱筋通長(zhǎng)配置。
　　4.3看臺(tái)設(shè)計(jì)
　　看臺(tái)采用現(xiàn)澆板式齒口梁，梁寬150mm,高度由相鄰兩臺(tái)階高差而定（因建筑上看臺(tái)臺(tái)階高是由視覺高度而定的，每個(gè)臺(tái)階高度不一致），加強(qiáng)了的齒口梁“折板結(jié)構(gòu)”，不僅整體性好，剛度大，而且自重輕、造價(jià)低，美中不足的是施工相對(duì)復(fù)雜些。
　　為了保證結(jié)構(gòu)安全,我們?cè)谠O(shè)計(jì)中還采取了一些抗震措施.該工程結(jié)構(gòu)平面為一近似環(huán)狀結(jié)構(gòu),要力求使建筑幾何中心與結(jié)構(gòu)剛度中心靠近,以便減少地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩。故特別加強(qiáng)了樓板的剛度和延性,各層樓板厚120mm,采用底面雙層雙向配筋；框架梁主筋采用貫通式!以加強(qiáng)框架的整體性;觀眾席大懸臂梁內(nèi)采用6肢封閉抗扭箍筋,以加強(qiáng)大懸臂梁的抗扭能力;在短柱、樓梯、設(shè)備孔洞等應(yīng)力集中處另采取局部加強(qiáng)措施.
　　5、小結(jié)
　　通過佛山市三水區(qū)白坭鎮(zhèn)白坭體育館工程的設(shè)計(jì)，我們可以看到,一個(gè)合理的計(jì)算模型、合適的分析方法對(duì)體育館這種體型復(fù)雜的大空間鋼筋混凝土框架主體、網(wǎng)架屋頂進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是非常重要的,否則上下兩種結(jié)構(gòu)之間的相互作用無法準(zhǔn)確模擬�？傊�，有結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)和方案優(yōu)化,構(gòu)造措施上的保證是設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵。
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