南京海峽兩岸科工園綜合比賽中心設計

黃喆

摘 要：通過對南京市海峽兩岸科工園體育中心項目的綜合比賽中心結構設計的介紹，具體分析了小型體育場館結構體系的合理選取，屋蓋結構的選取及其與下部結構的連接，特殊造型的屋面荷載選用，以及結構設計中相應的結構分析方法和加強措施，保證結構安全及良好的抗震性能。

關鍵詞：框架結構;空間三角桁架;大空間;整體計算

1 工程概況

本學校項目位于南京市浦口區，體育中心由綜合比賽中心和全民健身中心組成。綜合比賽中心地上兩層設一層地下車庫，房屋高度16.00～20.700m，主要功能為15mx28m的標準籃球比賽場地，滿足正式籃球、排球比賽場地使用要求。比賽場地兩側一至二層設置容納1600人的觀眾席，一層設有門廳、運動員休息室、專用衛生間等功能房間，二層設有觀眾休息大廳、燈聲等控制室，將工作人員辦公用房、機房等房間設置于一層及二層的夾層。比賽中心場館主體結構53.8mx81.8m呈規則矩形形態。比賽場館及觀眾席部位形成38mx64m的空曠部位。為與整個體育中心室外錯落有致的行人通道匹配，比賽中心外圍兩邊設有從室外地面至13.8m標高的圍繞步道。綜合比賽中心平面布置詳見圖1。

建筑物內大空間需求較大，有有較高的通透性要求，樓電梯間布局不對稱，較難布置雙向均勻有效的剪力墻形成抗側體系。經過試算，由于建筑體型較為規整，結構體系選為鋼筋混凝土框架結構。建筑物抗震設防類別為標準設防類（丙類），抗震設防烈度為7度，框架抗震等級為三級，抗震措施的抗震等級為三級^[1]。

2 合理的柱網及附屬結構布置

本項目初始建筑給定柱網為10mx10m，考慮到觀眾席處結構布置、空間三角桁架屋面的布置及地下室停車利用等因素，根據建筑平面將結構柱Y向柱距調整為6m。又考慮到比賽場地右側一列框架柱部位需要設置雙墻及隔音層以及部分井道需求，此處柱截面有條件增大。故考慮利用此列框架柱作為空間三角桁架屋面的桁架支座，可有效減少桁架主跨度，達到減小桁架高度和降低用鋼量的目的。

體育中心整個項目室外通過錯落有致的行人通道將主體結構密切相連，綜合比賽中心的西側及北側需要布置人行步道，存在大量樓梯踏步斜向構件。考慮單面設置斜向構件對整體結構的抗震性能不利，考慮將步道處樓梯設計為帶有滑動支座的板式樓梯，有效減少其對主體結構的影響。

3 空間三角桁架屋蓋設計

綜合比賽中心屋蓋的短跨方向為53.8m，長跨方向為81.8m。空間形態為沿長跨方向中部下凹兩頭翹起的單方向雙坡的雙翼形態，采用以短跨反向作為主桁架方向的空間三角桁架體系。通過建筑布置，合理利用比賽場地側的一列框架柱作為中間桁架支座，減少桁架主跨跨度至40m。長向柱距為6m，采用平面三角桁架為次桁架體系，達到經濟性目的。桁架平面布置圖詳見圖2桁架矢高2m，并考慮建筑使用功能凈高的需求和空間感官效果的最優化，屋面馬道梁與上弦系桿連接，將馬道隨屋面坡度設置，充分利用桁架空腹高度。

由于屋面為中間凹兩頭翹起的形態，對于輕型鋼結構屋面，分別按照全跨積雪的均勻分布、不均勻分布和半跨積雪的均勻分布考慮屋面荷載效應組合，取其最不利情況復核。除充分考慮屋蓋體型對雪荷載的不利影響外，桁架還綜合考慮了外圍幕墻荷載、室內裝修下掛荷載、馬道吊掛荷載、橫向風荷載及地震作用和溫度作用，保證輕鋼屋蓋結構的安全性。

三角桁架與下部結構采用抗震球形鋼支座連接，其支座可各向轉動，很好的滿足屋蓋荷載產生反力的傳遞、轉動、移動的要求，保證反力合力集中、明確、安全可靠^[2]。與板式橡膠支座相比，其靜剛度大，支座產生變形較小，耐久性更好。計算中考慮各桁架支座為鉸接節點，并與其下混凝土主體結構整體計算時考慮初始剛度3KN/mm，各向滑動位移量控制在100mm以內。

桁架屋蓋設計采用3D3S分析軟件經行屋蓋鋼結構的設計，并采用Midas Gen軟件進行復核，準確考慮各桿件的計算長度系數，合理對各桁架桿件進行分區分組，控制各主要桿件應力比低于0.90，控制屋蓋的短跨撓度小于跨度的1/250。通過兩個軟件的對比復核，保證分析結果的有效性。桁架主要桿件截面尺寸和材料如表1所示。

4 整體結構分析

本工程采用YJK軟件進行帶鋼桁架屋蓋的混凝土框架結構整體分析。本項目結構不規則主要是存在平面大開洞，導致開洞后各部分樓板整體性較差。抗震規范中結構扭轉位移比的控制要求是基于剛性樓板假定得出的，對此類平面大開洞的結構，采用剛性樓板假定將會存在一定的誤差。因此我們對于綜合比賽中心不僅控制位移比，并研究各個陣型對地震力的貢獻，分析各框架柱的層間位移，來控制結構整體的位移及扭轉效應。采取大開洞周邊的樓板進行板厚加厚、雙層雙向拉通并適當加大配筋等構造措施。

5 主體結構主要分析計算結果

選取前6各自振周期，考慮扭轉藕聯的計算結果見表2，主要控制參數見表3。

根據計算結果可以得出，綜合比賽中心整體結構部分樓板開洞較大，屬于平面不規則的局部樓板不連續，其他參數指標均滿足規范要求。

6 結語

本文通過對南京海峽兩岸科工園綜合比賽中心的結構布置、空間三角桁架設計、結構整體計算及計算結果的分析，對此類小型比賽場館的結構設計提出如下建議：

6.1 深入理解建筑功能需求，根據建筑體量、層數及建筑功能布置合理選擇結構體系，積極和建筑協調溝通，盡早介入前期方案設計，可以大大提高建筑和結構的匹配度，達到建筑布置既滿足建筑使用功能又滿足結構受力特點的目的^[3];

6.2 空間桁架與主體結構連接宜采用抗震球形鋼支座等支座連接，使得屋蓋傳力明確直接有效;

6.3 空間桁架宜靈活布置，如利用三角桁架空腹的高度設置檢修馬道，達到既簡潔美觀又有效增加了建筑凈高的目的。

6.4 體育場館類項目往往伴隨著樓板大開洞，往往層內樓板被大空間比賽場地分割成若干區域，需有效控制結構整體位移及扭轉效應，并對薄弱樓板區域構造加強，以保證其良好的抗震性能。

參考文獻：

[1]GB50011-2010建筑抗震設計規范[S].2016年版.北京：中國建筑工業出版社，2016.

[2]JGJ7-2010 空間網格結構技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.

[3]GB50009-2012 建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.