廈門市運動訓練中心綜合體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計

林緘光

(福建省建筑設(shè)計研究院 福建福州 350001)

1 工程概況

廈門市運動訓練中心為廈門市重點建設(shè)項目，是該市重要的運動訓練基地。場地位于廈門市同安區(qū)環(huán)東海域西柯片區(qū)，用地總面積19.61公頃。建設(shè)內(nèi)容包括體育運動訓練場館、體育教學生活區(qū)和室外運動場地，總建筑面積76760㎡。該中心是近年來廈門市興建的最大的配套最齊全的體育訓練中心，也是海西重要的競技體育運動訓練基地，能同時滿足16個競技體育項目1000名運動員訓練、學習及后勤需要。

綜合體育館是該中心最大的單體體育館，建筑面積9470㎡，外圍尺寸為雙向75.708m，檐口高度23.70m，觀眾席總?cè)藬?shù)2606人。平時用作少體校籃球與排球的訓練館，按照大中型乙級體育館進行設(shè)計，能滿足舉辦地區(qū)性和全國單項比賽的要求。

圖1 立面圖

圖2 平面圖

圖3 剖面圖

該體育館功能布局:一層主要為比賽(兼訓練)場地、貴賓接待室及附屬用房等;二層為比賽大廳固定觀眾席、觀眾休息廳等;三層為設(shè)備用房和部分辦公用房。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計概況

本工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限為50年，場地土類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.15g，水平地震影響系數(shù)最大值αmax=0.12;設(shè)計地震分組為第二組，場地特征周期Tg=0.40s。地面粗糙度為B類，基本風壓為0.8kN/m2(50年一遇)。重要性系數(shù)取值1.0。抗震設(shè)防類別為標準設(shè)防類。

結(jié)構(gòu)形式:主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋面為網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，跨度為雙向74.828m，采取周邊上弦支承，網(wǎng)殼在鋼筋混凝土梁柱上的支承點處設(shè)置彈性橡膠支座。四周為金屬幕墻。框架抗震等級為二級。

基礎(chǔ)形式為沖(鉆)孔灌注樁，樁徑均為800mm，樁身混凝土強度等級為C35，樁端持力層為層碎裂狀強風化花崗巖，采取樁端高壓后注漿施工工藝。

結(jié)構(gòu)計算分析軟件主要有PKPM系列、MST、MIDAS GEN及3D3S等。PKPM系列軟件主要用于計算下部鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ);MST軟件用于計算分析屋面網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu);MIDAS GEN軟件用于下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)與屋面網(wǎng)殼鋼結(jié)構(gòu)整體建模分析，復核驗算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋;3D3S軟件主要用于計算分析建筑周邊圍護結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計要點分析

(1)本工程為空曠的體育場館，平面開洞較多，樓板平面內(nèi)變形將使樓層中各抗側(cè)力構(gòu)件的內(nèi)力和位移發(fā)生較大變化，采用剛性樓板假定計算分析的結(jié)果是不真實的。因此在下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型計算內(nèi)力配筋時，考慮全樓彈性樓板假定。再按全樓剛性樓板假定補充計算周期比和層剛度比。對樓層的位移比控制，則是通過查看位移結(jié)果的詳細輸出，并加以統(tǒng)計分析，以合理控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。風荷載則按特殊風荷載的方式輸入，這樣能反映豎向抗側(cè)力構(gòu)件的實際受風荷載情況。

(2)下部的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)左右兩側(cè)部分連接較弱，計算分析時也將左右兩側(cè)部分切開，單獨計算復核配筋。

(3)平面圖上南北各有5根框架柱，從4.8m至22.6m標高之間在Y方向上未與框架梁連接。柱頂即為屋面網(wǎng)殼的支座節(jié)點，柱截面尺寸為1000mm×1500mm。

該排柱受力復雜，不僅按分開的下部模型計算、上下組合整樓模型分析，還通過PK分析、手算復核等方式進行分析，取包絡(luò)配筋。

(4)屋蓋網(wǎng)殼造型，為滿足建筑的造型需要，做多種方案分析，最終選用下圖4的布置方式，成X、Y雙軸及兩對角線對稱，上下弦分別向四邊方向有一定的弧度。

(5)應(yīng)用MIDAS GEN軟件進行整體建模電算分析時，在網(wǎng)殼支座球節(jié)點與鋼筋混凝土柱頂之間設(shè)彈性連接，彈性連接的彈簧剛度取網(wǎng)殼橡膠支座的豎向剛度和兩個水平向的側(cè)向剛度:

KZ0=EA/d0，KN0=KS0=GA/d0

其中，E為橡膠墊板的抗壓彈性模量;

G為橡膠墊板的抗剪彈性模量;

A為橡膠墊板的面積;

d0為橡膠墊板的橡膠層厚度，分別為上、下表層及中間各層橡膠片厚度的總和。

圖4 網(wǎng)殼布置圖

圖5 MIDAS GEN整樓分析模型

(6)應(yīng)用MST軟件單獨計算屋面網(wǎng)殼時，因網(wǎng)殼的橡膠支座擱置在下部的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)上，應(yīng)計算橡膠墊板與支承結(jié)構(gòu)的組合支承剛度。懸臂獨立柱的豎向剛度KZL和兩個水平方向的側(cè)向剛度KNL、KSL分別如下:

其中，Eh為支承柱的彈性模量;

INh、ISh為支承柱截面兩個方向的慣性矩;

h為支承柱的高度。

按串聯(lián)彈性元件的原理計算支座節(jié)點的組合豎向與側(cè)向剛度 KZ、KN、KS:

按上述組合支承剛度輸入，MST計算的網(wǎng)殼支座反力與MIDAS GEN整體分析時的支座反力相比較，兩者較為接近，說明所取的組合支承剛度是合理的。

網(wǎng)殼的計算還應(yīng)遵守現(xiàn)行《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ7－2010的有關(guān)規(guī)定。

(7)計算下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時，如何考慮屋面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對混凝土結(jié)構(gòu)的影響是個重要問題。設(shè)計通常做法有以下幾種:①假設(shè)網(wǎng)格部分完全剛性，按剛性板假定進行設(shè)計。②忽略網(wǎng)格部分的剛度，按屋頂開洞計算。③將網(wǎng)格部分按照一定的規(guī)則等代為鋼梁，來近似考慮網(wǎng)格的剛度進行整體設(shè)計。

第①、②種方法的優(yōu)點是操作簡便，但前者將網(wǎng)格剛度擴大化，計算結(jié)構(gòu)偏剛;后者忽略網(wǎng)格的剛度，計算結(jié)果偏柔。第③種方法是將網(wǎng)格結(jié)構(gòu)沿柱子方向等代成若干根鋼梁，使這些鋼梁的最大豎向位移與網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的豎向最大節(jié)點位移基本相同。這種方法的優(yōu)點是可以近似考慮網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度的貢獻。

本工程采用的是第③種方法。根據(jù)計算分析，采用等代鋼梁的SATWE計算結(jié)果與整樓模型的MIDAS計算結(jié)果較為接近。前三個振型周期分別如下:

表1 SATWE等代鋼梁

表2 MIDAS GEN整樓模型

4 小結(jié)

體育場館結(jié)構(gòu)復雜，下部多為鋼筋混凝土框架或少墻框架結(jié)構(gòu)，屋蓋為空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)(包括鋼結(jié)構(gòu)桁架、網(wǎng)架、網(wǎng)殼等)，計算分析的內(nèi)容較多。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的計算以及如何考慮屋蓋鋼結(jié)構(gòu)與下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的相互影響，都是在設(shè)計中需要認真考慮的問題。本文闡述了廈門市運動訓練中心綜合體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一些做法，希望能為結(jié)構(gòu)工程師們在進行同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計時，提供一些參考。

[1]GB50011－2010建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[2]JGJ7－2010空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]杜文風 張慧.空間結(jié)構(gòu)[M].