林緘光

(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 福建福州 350001)

1 工程概況

廈門市運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中心為廈門市重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是該市重要的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練基地。場(chǎng)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(yùn)動(dòng)訓(xùn)練場(chǎng)館、體育教學(xué)生活區(qū)和室外運(yùn)動(dòng)場(chǎng)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(xùn)練中心，也是海西重要的競(jìng)技體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練基地，能同時(shí)滿足16個(gè)競(jìng)技體育項(xiàng)目1000名運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練、學(xué)習(xí)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(shí)用作少體?；@球與排球的訓(xùn)練館，按照大中型乙級(jí)體育館進(jìn)行設(shè)計(jì)，能滿足舉辦地區(qū)性和全國(guó)單項(xiàng)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(xùn)練)場(chǎng)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(jì)概況

本工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限為50年，場(chǎng)地土類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)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(jì)地震分組為第二組，場(chǎng)地特征周期Tg=0.40s。地面粗糙度為B類，基本風(fēng)壓為0.8kN/m2(50年一遇)。重要性系數(shù)取值1.0?？拐鹪O(shè)防類別為標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)處設(shè)置彈性橡膠支座。四周為金屬幕墻?？蚣芸拐鸬燃?jí)為二級(jí)。

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

結(jié)構(gòu)計(jì)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(jì)算下部鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ);MST軟件用于計(jì)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(fù)核驗(yàn)算鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋;3D3S軟件主要用于計(jì)算分析建筑周邊圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

(1)本工程為空曠的體育場(chǎng)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(jì)算分析的結(jié)果是不真實(shí)的。因此在下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)模型計(jì)算內(nèi)力配筋時(shí)，考慮全樓彈性樓板假定。再按全樓剛性樓板假定補(bǔ)充計(jì)算周期比和層剛度比。對(duì)樓層的位移比控制，則是通過查看位移結(jié)果的詳細(xì)輸出，并加以統(tǒng)計(jì)分析，以合理控制結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。風(fēng)荷載則按特殊風(fēng)荷載的方式輸入，這樣能反映豎向抗側(cè)力構(gòu)件的實(shí)際受風(fēng)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(jì)算分析時(shí)也將左右兩側(cè)部分切開，單獨(dú)計(jì)算復(fù)核配筋。

(3)平面圖上南北各有5根框架柱，從4.8m至22.6m標(biāo)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(diǎn)，柱截面尺寸為1000mm×1500mm。

該排柱受力復(fù)雜，不僅按分開的下部模型計(jì)算、上下組合整樓模型分析，還通過PK分析、手算復(fù)核等方式進(jìn)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(duì)角線對(duì)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(jìn)行整體建模電算分析時(shí)，在網(wǎng)殼支座球節(jié)點(diǎn)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(gè)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(dú)計(jì)算屋面網(wǎng)殼時(shí)，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(jì)算橡膠墊板與支承結(jié)構(gòu)的組合支承剛度。懸臂獨(dú)立柱的豎向剛度KZL和兩個(gè)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(gè)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(jì)算支座節(jié)點(diǎn)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(jì)算的網(wǎng)殼支座反力與MIDAS GEN整體分析時(shí)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(jì)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(jì)算下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，如何考慮屋面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響是個(gè)重要問題。設(shè)計(jì)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(jìn)行設(shè)計(jì)。②忽略網(wǎng)格部分的剛度，按屋頂開洞計(jì)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(jìn)行整體設(shè)計(jì)。

第①、②種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，但前者將網(wǎng)格剛度擴(kuò)大化，計(jì)算結(jié)構(gòu)偏剛;后者忽略網(wǎng)格的剛度，計(jì)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(diǎn)位移基本相同。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以近似考慮網(wǎng)格結(jié)構(gòu)對(duì)下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)。

本工程采用的是第③種方法。根據(jù)計(jì)算分析，采用等代鋼梁的SATWE計(jì)算結(jié)果與整樓模型的MIDAS計(jì)算結(jié)果較為接近。前三個(gè)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(chǎng)館結(jié)構(gòu)復(fù)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(jì)算分析的內(nèi)容較多。屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的計(jì)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(jì)中需要認(rèn)真考慮的問題。本文闡述了廈門市運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練中心綜合體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一些做法，希望能為結(jié)構(gòu)工程師們?cè)谶M(jìn)行同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，提供一些參考。

[1]GB50011－2010建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(fēng) 張慧.空間結(jié)構(gòu)[M].