導(dǎo)語(yǔ)：體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

1工程概況

本工程位于福州市八一七路與洋中路之間，在福州市工人文化宮原址上進(jìn)行建設(shè)，是福州市工人文化宮改擴(kuò)建工程的重要組成部分。工人文化宮由體育館、多功能影劇院，連廊，地下商場(chǎng)等部分構(gòu)成，地下室部分連接成整體，上部各功能分區(qū)各自獨(dú)立。福州工人文化宮體育中心為三層公建，附建一層地下車(chē)庫(kù)。本樓首層設(shè)計(jì)為游泳館，二層為羽毛球館，三樓為籃球及乒乓球館。在各層場(chǎng)館之間設(shè)有局部小面積夾層作為休息連廊和附屬配套用房。體育館總高23.9米，平面尺寸寬約71米，長(zhǎng)約89米，平面為扇形。本樓與周邊結(jié)構(gòu)采用抗震縫斷開(kāi)，形成單獨(dú)的抗震單元。從地下室頂面以上，各層層高依次為:6.0米，4.2米(夾層休息廊)，4.8米，4.8米(夾層休息廊)，4.8米，5.0米(夾層休息廊)。本工程抗震設(shè)防烈度為七度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g，地震分組為第一組，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)，場(chǎng)地特征周期0.45s，多遇地震水平地震影響系數(shù)最大值0.08。本工程基本風(fēng)壓0.7kN/m2。本工程未設(shè)置觀眾席，預(yù)計(jì)使用人員數(shù)量1500人以下。抗震設(shè)防類(lèi)別為丙類(lèi)。基礎(chǔ)形式:擬建場(chǎng)地地貌單元以剝蝕殘丘地貌為主，部分地段為沖淤積盆地。場(chǎng)地土類(lèi)型為中軟土。建筑場(chǎng)地類(lèi)別為二類(lèi)場(chǎng)地。設(shè)計(jì)時(shí)不必考慮地震液化影響。土層從上到下由雜填土，殘積砂質(zhì)粘土，全風(fēng)化巖，強(qiáng)風(fēng)化巖，中風(fēng)化巖組成。根據(jù)本工程特點(diǎn)及土層分布情況，設(shè)計(jì)采用高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，平均樁長(zhǎng)約15米，樁徑500，單樁承載力特征值2000kN，基礎(chǔ)持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。各建筑單體高度相差不大且樁端持力層條件較好，因此設(shè)計(jì)時(shí)各單體之間未設(shè)置沉降縫。沉降計(jì)算滿(mǎn)足規(guī)范要求，沉降觀測(cè)所得沉降值小于20mm。

2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型

本工程由于建設(shè)單位要求，在一層設(shè)置22.3×50米泳池，形成了一個(gè)跨度33米的大跨度空間。在初步設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，33米跨大梁如果按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的話，大梁自重在結(jié)構(gòu)荷載中所占的比重過(guò)大，結(jié)構(gòu)形式的合理性存在問(wèn)題。因此經(jīng)過(guò)多種比較，最終確定大梁采用鋼桁架梁。根據(jù)大跨度梁的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)中確定了結(jié)構(gòu)樓面采用鋼結(jié)構(gòu)體系。本工程平面為扇形，樓面承重體系中樓板采用壓型鋼板形成的非組合樓板體系。這樣設(shè)計(jì)主要是考慮:雖然非組合樓板體系板配筋量略大于組合樓板體系，但省去了壓型鋼板涂刷防護(hù)涂料的費(fèi)用和工時(shí)，整體考慮造價(jià)還是合適的。樓面梁在扇形外邊緣跨度達(dá)到12米，斷面為H600×200，33米大跨桁架高度根據(jù)建筑功能要求高度設(shè)計(jì)為2米，22米跨主梁為1.3米焊接H型鋼梁。由于結(jié)構(gòu)平面布置較空曠，本工程豎向支撐構(gòu)件為鋼管混凝土柱，以提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度，減小地震力作用下結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形。截面直徑為700mm及600mm。水平受力由框架梁、柱、及斜支撐體系構(gòu)成。斜支撐截面為:H300×300及H350×350。鋼結(jié)構(gòu)樓面的條件下，可選的抗側(cè)力體系有兩種:一是采用鋼筋混凝土剪力墻加上鋼框架即混合結(jié)構(gòu)的形式，另一種是采用帶斜支撐的鋼框架。兩種方案對(duì)比如下:混合結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于:剪力墻布置位置較靈活，結(jié)構(gòu)布置對(duì)建筑平面影響小;剪力墻可提供較大的側(cè)向剛度，能夠很好地解決鋼框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度不足的問(wèn)題。但這種結(jié)構(gòu)形式目前存在較大爭(zhēng)議，在國(guó)外的應(yīng)用不多。主要原因在于一些研究者認(rèn)為:剪力墻與鋼框架對(duì)比，剪力墻剛度大，相對(duì)承載力較小;而鋼框架承載能力好但抗側(cè)剛度差。二者存在于同一抗側(cè)力體系中時(shí)，剪力墻由于剛度大，吸收了較多的地震力，但因?yàn)槠漭^小的承載能力而率先破壞;剩余的鋼框架容易因變形過(guò)大而引起結(jié)構(gòu)失效。混凝土剪力墻與框架系統(tǒng)由于剛度差異不易形成共同受力共同耗能的機(jī)制。雖然在我國(guó)實(shí)際建成的工程實(shí)例比較多，但目前的理論研究滯后于工程實(shí)踐，我們對(duì)這種結(jié)構(gòu)的受力特性了解不夠深入。帶斜支撐鋼框架體系的特點(diǎn)在于側(cè)向剛度大，延性好，同時(shí)結(jié)構(gòu)受力合理，體系明晰，但鋼支撐的布置對(duì)建筑平面有一定的影響。通過(guò)與建筑專(zhuān)業(yè)的配合，可以把這種影響控制在可以接受的范圍之內(nèi)。通過(guò)比較，本工程選擇了帶斜撐鋼框架結(jié)構(gòu)體系。

3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

本工程采用PKPM、Midas－building進(jìn)行上部整體結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，設(shè)計(jì)結(jié)果以Midas－building輸出為主要依據(jù)，PKPM設(shè)計(jì)為輔。由于PKPM對(duì)于格構(gòu)柱與桁架梁的斷面輸入不太方便，采用PKPM軟件設(shè)計(jì)時(shí)將樓層桁架梁截面根據(jù)截面積及抗彎剛度等效的原則簡(jiǎn)化為型鋼梁，簡(jiǎn)化的合理性可以通過(guò)軟件計(jì)算結(jié)果對(duì)比作出判斷。本工程結(jié)構(gòu)嵌固層設(shè)置于地下室頂板面，地面以上主體結(jié)構(gòu)六層。為配合建筑布置和功能需要，上部結(jié)構(gòu)每隔一層大面積透空，所余面積不足外墻輪廓線內(nèi)面積的30%，樓面的整體性受到很大的削弱，樓板水平傳力途徑在本層不連續(xù)，空間的整體受力會(huì)受到影響。因此，整體計(jì)算中結(jié)構(gòu)樓板采用彈性膜假設(shè)計(jì)算;同時(shí)除了采用整體計(jì)算分析，本工程采用3d3s軟件建立了平面框架模型，作為整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的補(bǔ)充。計(jì)算結(jié)果表明，平面框架模型計(jì)算得到的結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)力普遍大于整體模型計(jì)算結(jié)果，但設(shè)計(jì)斷面可以滿(mǎn)足計(jì)算要求。

4結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不規(guī)則及應(yīng)對(duì)

建筑平面偏心布置的考慮:本結(jié)構(gòu)由于建筑平面布置的原因，每隔一層形成一個(gè)偏心的大空曠平面。從計(jì)算結(jié)果可以看出由于夾層處質(zhì)量的偏心，造成結(jié)構(gòu)自振周期中扭轉(zhuǎn)的比例較大。因此結(jié)構(gòu)布置時(shí)根據(jù)計(jì)算需要，在建筑影響較小的位置加強(qiáng)人字支撐的剛度，以調(diào)整質(zhì)量分布不均造成的扭轉(zhuǎn)影響。按計(jì)算結(jié)果，層間最大水平位移與層間平均水平位移的比值控制在了1.4以?xún)?nèi)，略大于規(guī)范規(guī)則性的規(guī)定。但由于層間位移角遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，因此結(jié)構(gòu)在水平作用力下的扭轉(zhuǎn)是完全可以接受的。結(jié)構(gòu)大開(kāi)洞的考慮:結(jié)構(gòu)隔層大開(kāi)洞，在夾層中，造成樓面板的平面剛度不連續(xù)。因此，整體計(jì)算時(shí)考慮了開(kāi)洞影響，將全樓樓板設(shè)為彈性膜以考慮樓板在平面內(nèi)的實(shí)際剛度。同時(shí)，在整體計(jì)算之外，增加局部框架的計(jì)算，以考慮在樓板不能連續(xù)傳力情況下局部框架的受力。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，局部框架的受力可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。性能設(shè)計(jì)的考慮:本結(jié)構(gòu)樓面大開(kāi)洞，樓蓋大跨度，同時(shí)質(zhì)量重心偏置，形成了較不規(guī)則結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)，為保證常遇地震作用下結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)于一些重要構(gòu)件提高了性能設(shè)計(jì)驗(yàn)算的要求。雖然本工程層數(shù)較少，總高不大，但樓層間質(zhì)量、剛度都相差較大，豎向不規(guī)則，采用靜力彈塑性分析與本工程高階振型地震作用較大的實(shí)際情況不相符，因此本工程的性能設(shè)計(jì)采用的是擬彈性法。具體考慮為:框架柱抗彎抗剪均驗(yàn)算至中震彈性，斜撐構(gòu)件為軸向受力構(gòu)件，驗(yàn)算至中震不屈服，相應(yīng)節(jié)點(diǎn)均采用等強(qiáng)連接。通過(guò)以上措施，在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)不規(guī)則部分進(jìn)行了驗(yàn)算及加強(qiáng)，提高了結(jié)構(gòu)安全度。

5樓蓋結(jié)構(gòu)舒適性的驗(yàn)算

體育館鋼結(jié)構(gòu)樓蓋由于跨度大，隔墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量少，因此樓蓋阻尼小，基頻低。在人員活動(dòng)時(shí)可產(chǎn)生豎向振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)超過(guò)一定限值時(shí)容易引起使用人員的不適與恐慌。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)樓蓋結(jié)構(gòu)的振動(dòng)舒適度進(jìn)行控制。本工程樓蓋結(jié)構(gòu)跨度較大，體育館兩跨運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地主框架分別為達(dá)到33米、22米，開(kāi)間最大12米，樓蓋剛度較小，樓板振動(dòng)不可忽略。本工程在2010年8月份完成施工圖審查時(shí)《高規(guī)》與《混凝土規(guī)范》均未對(duì)樓面振動(dòng)進(jìn)行規(guī)定，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)建成的鋼－混凝土混合樓蓋主要用于高層及超高層商住樓，樓面的使用功能以住宅，辦公居多，其計(jì)算樓面振動(dòng)與目前2010版《高規(guī)》一樣，計(jì)算的是步行荷載對(duì)于樓蓋振動(dòng)舒適性的要求，見(jiàn)于《高規(guī)》2010版3.7.7條及附錄A。但《高規(guī)》條文僅適用于步行激勵(lì)荷載產(chǎn)生的振動(dòng)，對(duì)于間奏激勵(lì)荷載產(chǎn)生的振動(dòng)未作規(guī)定，并不太適合體育館建筑的樓面舒適度計(jì)算。因此，樓面設(shè)計(jì)時(shí)參照ASIC11對(duì)于間奏激勵(lì)荷載分析的相關(guān)規(guī)定對(duì)樓蓋振動(dòng)做了計(jì)算。

6結(jié)論

(1)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察條件及使用功能，給出了多層體育館大跨度主體工程的體系選擇及設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)主對(duì)于室內(nèi)空間的特殊使用要求。(2)對(duì)結(jié)構(gòu)采用多軟件建模計(jì)算，充分考慮了樓面削弱對(duì)計(jì)算產(chǎn)生的影響，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算模型與力學(xué)模型的一致。(3)對(duì)于重要構(gòu)件采用擬彈性法實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件抗震性能設(shè)計(jì)，對(duì)重要構(gòu)件進(jìn)行了適當(dāng)加強(qiáng)，提高了結(jié)構(gòu)安全度。(4)對(duì)樓蓋結(jié)構(gòu)采用目前較先進(jìn)的樓面振動(dòng)控制理論與方法進(jìn)行了分析，并為使用過(guò)程舒適度的調(diào)整預(yù)留了荷載。

作者:潘浩 單位:福建清華建筑設(shè)計(jì)院有限公司