江深

摘要：體育館結(jié)構(gòu)一般都采用鋼結(jié)構(gòu)體系或鋼結(jié)構(gòu)+混凝土結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)體系，所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分就是鋼屋蓋的設(shè)計(jì)以及鋼屋蓋與下部框架的協(xié)同計(jì)算。本文主要介紹了安徽省某縣體育館屋面鋼屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題以及如何采用midas Gen軟件進(jìn)行鋼屋蓋+下部砼框架的整體協(xié)同計(jì)算。

關(guān)鍵詞：鋼屋蓋；后澆帶；阻尼比；整體分析

Abstract: the gym structure typically use the steel structure system or steel structure + concrete structure mixed structure system, so the structure design is a key part of the steel roof design and the steel roof and the lower frame of collaborative computing. This paper mainly introduces some county in anhui province gymnasium roof steel roof structure design of the key technical problems and how to use Midas Gen software steel roof in the framework of the concrete + whole collaborative computing.

Keywords: steel roof; Of the pouring belt; Damping ratio; Overall analysis

中圖分類號(hào):TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

1工程概況

安徽省某縣體育館位于該縣縣城中心地段，總建筑面積約為15000平方米，其外形像一朵盛開的荷花，造型新穎獨(dú)特，是當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，也是該縣的全民健身中心。其主館為圓形，屋頂標(biāo)高約為21.6m，屋蓋直徑約為94.4m，采用鋼結(jié)構(gòu)。本工程建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本加速度值為0.10g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期為0.35s，建筑物的抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類，框架抗震等級(jí)為二級(jí)。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)本場(chǎng)地地質(zhì)情況，本場(chǎng)地內(nèi)的②層粘土層，地基承載力特征值為300KPa，是良好的基礎(chǔ)持力層，故采用天然地基，在內(nèi)外圈柱基采用柱下條形基礎(chǔ)，以承擔(dān)屋頂鋼結(jié)構(gòu)傳給柱的拉力。其余柱均采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)。

2.2結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

體育館主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)受力體系，屋頂采用鋼結(jié)構(gòu)受力體系。體育館主體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，直徑58米、70.4米、83.6米、94.4米，徑向16.36。布置柱網(wǎng)，在4.8米標(biāo)高設(shè)置一結(jié)構(gòu)平層，其上沿看臺(tái)設(shè)置結(jié)構(gòu)樓層。為滿足使用的功能要求，整體結(jié)構(gòu)之間未設(shè)永久性結(jié)構(gòu)縫，為避免混凝土自身收縮和溫度的不利影響，在設(shè)計(jì)中采取了以下的措施。

(1)在結(jié)構(gòu)平面圖中設(shè)了四道施工后澆帶，并嚴(yán)格控制相鄰板塊的澆筑間隔時(shí)間（一般為兩個(gè)月），以減少混凝土的早期收縮。

(2)在混凝土中增加添加劑，并采用低標(biāo)號(hào)混凝土及控制配合比、骨料堿性等可靠措施，解決砼的自身收縮和溫度收縮問(wèn)題。

（3）設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)環(huán)形框架梁和次梁的腰筋進(jìn)行了加強(qiáng)。

（4）調(diào)整下部主體結(jié)構(gòu)的剛度，在滿足規(guī)范要求的前提下，盡量減小下部框架的剛度，以減少溫度作用對(duì)柱端彎矩的影響。

2.3、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

屋蓋鋼結(jié)構(gòu)平面為圓形，整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)由徑向布置的22根箱形大梁支撐，箱形大梁支撐在內(nèi)外兩圈柱子之上，箱形大梁最內(nèi)端相互支撐在頂壓環(huán)上。頂壓環(huán)、內(nèi)柱環(huán)、外柱環(huán)、懸挑外邊緣的直徑分別為18米、70.4米、83.6米及94.4米。各部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件組成如下：

圖1 屋蓋主鋼梁平面布置圖 圖2 屋蓋環(huán)形桁架及頂壓環(huán)平面布置圖

1．柱子：柱子分內(nèi)外兩圈，內(nèi)圈半徑35.2m，外圈半徑41.8m。內(nèi)柱共有22根，為鋼筋混凝土柱，直徑為1000mm；外柱共有22根，直徑為1000mm。

2．主梁：主梁截面形式為變截面的箱形鋼梁，截面尺寸為1000x1000～2500 mm (高),在內(nèi)環(huán)柱以內(nèi)部分增加了兩根鋼棒組成的下弦桿，為保證外壁鋼板的局部穩(wěn)定性，設(shè)置T形內(nèi)加勁肋。環(huán)向檁條的下弦從主梁截面中部穿過(guò)。

3．梁柱節(jié)點(diǎn)：

主梁支撐在柱頂鋼鑄件支座之上，沿主梁側(cè)向的支座形式為鉸支座。為減小溫度變化引起的主梁軸向變形對(duì)柱子產(chǎn)生強(qiáng)大的推力，將外柱與主梁的連接節(jié)點(diǎn)做成彈性鉸支座，允許主梁沿徑向有一定的變形。

4．屋頂中心內(nèi)壓環(huán)：主梁的頂端支撐在中心內(nèi)壓環(huán)上，中心內(nèi)壓環(huán)為三角形平面桁架，用于承擔(dān)主梁傳來(lái)的壓力。

5．環(huán)向檁條：環(huán)向檁條支撐于主梁之上，平面形狀為弧形，由上下兩根圓形截面的弦桿和H形直腹桿組成，形成類似空腹桁架的受力結(jié)構(gòu)體系。

6．索體系：索體系主要起穩(wěn)定、提高體系抗側(cè)剛度及抗扭剛度的作用，包括環(huán)索、主索。

7．中間直徑圓頂采用鋼絎架和檁條支撐玻璃系統(tǒng)。

3 結(jié)構(gòu)分析和主要計(jì)算成果

本工程為混合結(jié)構(gòu)，即鋼結(jié)構(gòu)+混凝土結(jié)構(gòu)，故在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算時(shí)采用了采用兩種不同力學(xué)模型的軟件進(jìn)行分析；

1 采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院研制的PKPM系列軟件中的《多層及高層建筑結(jié)構(gòu)有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE》進(jìn)行三維空間結(jié)構(gòu)分析。在用SATWE進(jìn)行計(jì)算時(shí)，是將鋼結(jié)構(gòu)屋蓋假定成一塊0mm厚砼板，將鋼屋蓋的荷載簡(jiǎn)化成等效靜荷載加到0mm厚板上，再進(jìn)行整體計(jì)算。SATWE計(jì)算結(jié)果均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，詳見下表。

SATWE主要結(jié)果

采用北京邁達(dá)斯技術(shù)有限公司的midas Gen軟件進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)計(jì)算。midas Gen軟件是一款建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)的通用有限元軟件，應(yīng)用范圍較廣，對(duì)于空間結(jié)構(gòu)或有層概念的結(jié)構(gòu)都適用，且midas Gen較為特色的組阻尼分析功能，對(duì)于鋼、混凝土混合結(jié)構(gòu)的抗震分析尤為適用。本工程為下部混凝土+上部鋼結(jié)構(gòu)屋蓋的混合結(jié)構(gòu)，midas Gen軟件可以將鋼結(jié)構(gòu)與混凝土構(gòu)件在同一模型中建立并進(jìn)行整體分析，此外還可以按《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50011-2010要求，依據(jù)應(yīng)變能原理，將鋼結(jié)構(gòu)、混凝土分別定義不同阻尼比，進(jìn)而求出每個(gè)振型的各獨(dú)立的阻尼比用于周期及反應(yīng)譜計(jì)算，更為準(zhǔn)確地模擬地震作用。其計(jì)算結(jié)果如下表。

通過(guò)對(duì)兩種軟件計(jì)算結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，其主要成果比較接近；但是由于下部框架與屋蓋相比剛度很大，且下部框架對(duì)屋蓋動(dòng)力特性的影響不大，故采用midas Gen整體模型計(jì)算時(shí)，對(duì)屋蓋平面內(nèi)構(gòu)件內(nèi)力的影響不顯著，但是對(duì)于下部框架的柱子的柱底彎矩有一定的影響，柱子的計(jì)算配筋值比SATWE的計(jì)算結(jié)果要大；框架梁及次梁的配筋結(jié)果，兩種軟件的計(jì)算結(jié)果相差不大。故在設(shè)計(jì)中，柱子的配筋值采用midas Gen的結(jié)果，框架梁及次梁的配筋值采用SATWE的結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

1 對(duì)于超長(zhǎng)的混凝土結(jié)構(gòu)，采取一些措施后，可不設(shè)置伸縮縫，既方便了使用，又不影響建筑的立面效果。

2 對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)+混凝土結(jié)構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用不同的空間結(jié)構(gòu)軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

3 大跨結(jié)構(gòu)必須考慮結(jié)構(gòu)體系的整體穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。