重慶市大足縣體育運動中心鋼結構設計與施工

于恒兵

(中煤科工集團重慶設計研究院有限公司，重慶 400016)

1 工程概況

重慶市大足縣體育運動中心位于“石刻之鄉”——重慶市大足縣(如圖1所示)，建筑方案以盛開的花朵為靈感，突出建筑與周邊山地環境的有機融合，本工程包括體育場、籃球館、游泳館三部分。體育場總建筑面積為29 718 m2，工程規模:19 500座。籃球館總建筑面積為13 616 m2，建筑基底面積為6 378 m2，工程規模:3 000座，建筑總高度28.10 m。游泳館總建筑面積為6 968 m2，建筑基底面積為4 551 m2，工程規模:1 500座，建筑總高度20.10 m。

圖1 建筑效果圖

該工程設計合理使用年限應業主方要求取70年，建筑抗震設防類別均為乙類，結構安全等級為一級，根據《建筑抗震設計規范》［1］重慶市大足縣抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組為第一組;根據《大足體育運動中心工程巖土工程勘察報告》［2］場地類別為Ⅱ類，特征周期為0.35 s;根據《建筑結構荷載規范》［3］本地區50年一遇基本風壓為0.40 kN/m2，100年一遇基本風壓為0.45 kN/m2，70年一遇基本風壓按規范線形內插為0.42 kN/m2，地面粗糙度類別為B類。

2 結構體系

根據使用功能及建筑表現，籃球館和游泳館主體采用鋼筋混凝土框架結構，屋蓋采用網架結構，結構設計滿足結構受力及建筑表現。

體育場主體采用鋼筋混凝土框架結構，屋蓋體系為空間異形懸挑結構，經過體育場屋蓋體系鋼結構方案論證及經濟性比較，體育場屋蓋采用空間管桁架結構，兩側看臺屋面呈中軸線對稱，每側各32榀鋼管桁架，每榀桁架通過平面內10個不同的橢圓形軸心點以不同的角度發出的射線來定點布置，平面內劃分出10個結構分區，各結構區域內射線間夾角大小相同。

每榀管桁架均由徑向四肢和豎向三肢空間管桁架組合而成，內側鋼管在內折角處進行并管處理，立面上整榀鋼桁架呈倒L形(見圖2)，每榀桁架通過柱頂及柱側共3個支點與鋼筋混凝土框架柱連接，以滿足建筑功能、造型及結構受力需要。

圖2 桁架基本尺寸及構件布置圖

3 結構設計

本工程主體框架為不規則結構，采用PMSAP計算結果為設計依據。屋蓋體系一共采用68榀17種不同規格空間管桁架，使屋面系統形成了一個不可展開的雙曲面空間體系，鋼結構計算軟件采用同濟大學的3D3S軟件。17種不同規格的桁架，懸挑跨度為7.21 m～20.40 m，屋脊標高為19.003～31.577，最大懸挑桁架基本尺寸及構件布置見圖2。

構件截面尺寸見表1。

體育場主體采用鋼筋混凝土框架結構，框架抗震等級為二級，為保證鋼結構與混凝土結構的可靠連接，桁架上中下節點均采用埋入式型鋼預埋件，上節點型鋼規格為HM:582×300×12×17，中節點及下節點型鋼規格為HM:390×300×10×16，型鋼表面設栓釘抗剪，栓釘采用φ19×90豎向間距150。

表1 構件截面尺寸

17種不同規格管桁架均采用徑向四肢空間管桁架和豎向三肢空間管桁架組合而成，徑向四肢管桁架見圖3，豎向三肢管桁架見圖4，管桁架內管并管處節點大樣見圖5。

圖3 徑向四肢管桁架

圖4 豎向三肢管桁架

4 施工圖片

鋼管桁架施工過程進行了嚴格的監理、驗收，施工現場關鍵節點施工大樣如圖6～圖8所示。圖6為柱頂節點安裝大樣，圖7為柱中節點安裝大樣，圖8為桁架內管并管處安裝大樣。

圖5 管桁架內管并管處節點大樣

圖6 柱頂節點安裝大樣

圖7 柱中節點安裝大樣

圖8 桁架內管并管處安裝大樣

5 施工方案的選擇

5.1 節點焊接方法

鋼管桁架節點處腹桿、弦桿匯集，通常情況達4個～6個鋼桿件匯交，采用普通焊接工藝時，由于節點處的焊口多，殘余溫度應力大，構件焊接成型后變形量大，構件后期矯正十分困難，同時由于受施焊工技能水平的影響，主桿件有效截面損傷通常較大。經綜合比選后確定采用CO2氣體保護焊進行主要鋼結構的焊接施工，工廠焊接加工時遵循從中間向兩端對稱跳焊和上、下弦節點交替焊接的原則，焊接施工效率大大提高，焊接質量穩定，焊縫美觀，焊接變形小，后期容易矯正。

5.2 吊裝方法

本工程鋼管桁架最大懸挑跨度20.40 m，跨度方向總尺寸達到32 m，單榀鋼管桁架構件長、重量大，若采用雙機抬吊法進行吊裝施工，鋼管桁架側向穩定性差，吊裝施工前必須對桁架進行側向加固，以增加其側向穩定性，且吊裝施工時不確定因素多，存在安全隱患，同時加固成本相對較高，經綜合比較后吊裝方案采用平衡梁單機跨中整體吊裝法，根據可靠施工經驗，吊裝用平衡梁的長度應不小于鋼管桁架總跨度的1/3，使吊裝桁架多點垂直受力，避免吊裝中桁架的變形破壞和側向失穩，大大簡化了施工工藝，平衡梁施工前應進行專項設計計算。

5.3 施工放線

鋼管桁架支座及軸線放線定位時，應注意其定位基準的選擇。現場施工吊裝時選擇以中間支座、軸線為基準向兩端逐個展開，同時采用反向放線復核，規避以支座或軸線依次放線形成的積累誤差。

5.4 框架柱鋼桁架連接節點的施工

鋼筋混凝土框架柱內縱筋、箍筋與桁架型鋼埋件施工時相互影響較大，結構設計時應詳細考慮，優化設計，具體措施:

1)柱主筋在滿足間距的前提下應該盡量的采用較大直徑的鋼筋。

2)節點處箍筋采用開口箍后焊接，內外箍采用菱形布置。

3)提前在型鋼上有組織的開孔，滿足柱頂框架梁鋼筋在柱內的貫通。

4)嚴格控制混凝土最大骨料直徑，不大于型鋼保護層厚度的1/3且不大于25 mm。

5)組織好混凝土澆灌與振搗，保證混凝土澆筑質量。

6 結語

重慶市大足縣體育運動中心于2012年竣工并投入使用，竣工兩年來使用良好，期間成功舉辦多項國內外重大體育賽事。本文通過對該工程屋蓋體系的設計理念，方案選型與比較，施工方案選擇及施工問題處理的簡單介紹，相關成果可用于工程實踐并可為類似工程項目提供借鑒。

［1］GB 50011-2010，建筑抗震設計規范［S］.

［2］大足體育運動中心工程巖土工程勘察報告(一次性詳勘)［Z］.2009.

［3］GB 50009-2012，建筑結構荷載規范［S］.