劉玉

（江蘇省建筑設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，南京210019）

1 工程概況

本項(xiàng)目位于淮安市淮安區(qū)淮安生物工程高等職業(yè)學(xué)校校園西側(cè)，教學(xué)實(shí)訓(xùn)樓西側(cè)，東接城市道路。 風(fēng)雨操場(chǎng)實(shí)際功能為體育館，屬于高職類學(xué)校體育用房，由主館和訓(xùn)練館組成，總建筑面積11 529.95 m2，地上2 層，層高5.0 m。 1 層主要功能為籃球、 排球和羽毛球等項(xiàng)目的教學(xué)和訓(xùn)練場(chǎng)地，2 層為主館看臺(tái)、活動(dòng)用房和主館室外入口， 總建筑高度22.5 m， 室內(nèi)外高差0.2 m，總座位數(shù)為2 850 座。主館平面尺寸為74.2 m×74.2 m，主館北側(cè)與西側(cè)裙房為訓(xùn)練館，訓(xùn)練館兩層通高，層高10.2 m。 主館和分訓(xùn)練館不設(shè)縫，無(wú)地下室。 建筑效果圖如圖1 所示。

圖1 建筑效果圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)體系

主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)， 屋蓋采用平面管桁架輕鋼屋面，桁架高3.9 m；訓(xùn)練館屋蓋跨度27 m，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓蓋，單向布置混凝土次梁，梁間距3.0 m，梁高1.5 m，跨高比1/18。 框架抗震等級(jí)為三級(jí)，大跨框架抗震等級(jí)為二級(jí)。

主館和訓(xùn)練館作為一個(gè)整體，不設(shè)置抗震縫，主要柱網(wǎng)尺寸9.0 m×9.0 m，X 向總長(zhǎng)約為120.3 m，Y 向總長(zhǎng)約為84.5 m，兩方向均超長(zhǎng)。

2.2 荷載取值

2.2.1 恒荷載及活荷載

主館鋼桁架輕鋼屋面恒荷載取1.0 kN/m2（包含屋面板、檁條自重和懸掛荷載）；主館屋面為不上人屋面，活荷載取0.5 kN/m2，馬道活載取1.5 kN/m2；裙房屋面為上人屋面，活荷載取2.0 kN/m2。

2.2.2 風(fēng)荷載及雪荷載

基本風(fēng)壓按50 a 一遇取0.40 kN/m2， 地面粗糙度類別為B 類，結(jié)構(gòu)體型系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)等均按照GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[1]取值?；狙喊?0 a一遇取0.4 kN/m2。

2.2.3 地震作用

本工程為高職類學(xué)校，根據(jù)GB 50011—2010《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，抗震設(shè)防烈度為6 度（0.05g），抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防（乙類）。 根據(jù)《關(guān)于執(zhí)行幼兒園、學(xué)校醫(yī)院等人員密集場(chǎng)所建設(shè)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的通知》（淮住建辦[2018]68 號(hào)文），本工程提高一檔進(jìn)行抗震設(shè)防，按7 度（0.10g）計(jì)算；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50 年，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.1；建筑場(chǎng)地類別為Ⅲ類，場(chǎng)地特征周期0.65 s。

2.2.4 溫度作用

根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，淮安月平均最低氣溫為-7 ℃，最高為35 ℃，為簡(jiǎn)化計(jì)算，結(jié)構(gòu)平均溫度按月平均氣溫確定計(jì)算溫差， 主場(chǎng)館屋蓋鋼桁架安裝合龍時(shí)的溫度按10～18 ℃考慮，計(jì)算溫差按照取值為±25 ℃。

2.3 地基基礎(chǔ)

根據(jù)據(jù)勘察報(bào)告， 采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)， 樁徑400 mm，以3-1 層粉細(xì)砂為持力層，樁端全截面進(jìn)入持力層深度不少于2.0 m。

2.4 主體結(jié)構(gòu)

本工程主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)， 基礎(chǔ)頂面作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固端。鑒于本項(xiàng)目跨度較大，采用PKPM 軟件進(jìn)行計(jì)算，3D3S 軟件輔助驗(yàn)算， 并對(duì)兩種不同力學(xué)模型的軟件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較分析。 兩種軟件的計(jì)算結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 結(jié)構(gòu)總體指標(biāo)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

通過(guò)對(duì)比分析， 兩個(gè)不同計(jì)算內(nèi)核的結(jié)構(gòu)分析軟件（PKPM 和3D3S）計(jì)算結(jié)果相近，說(shuō)明兩種模型計(jì)算結(jié)果是合理且有效的，計(jì)算模型符合結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀態(tài)，可作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 計(jì)算結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)前10 階周期都呈整體振動(dòng)變形，無(wú)局部振動(dòng)現(xiàn)象，周期、位移、側(cè)向剛度、樓層抗剪承載力、剪重比等重要指標(biāo)均能滿足國(guó)家規(guī)范要求。

2.5 大跨鋼桁架屋蓋

本工程主館屋蓋平面尺寸為74.2 m×74.2 m，柱距為69.0 m×69.0 m。 大跨輕鋼屋蓋采用平面鋼管桁架結(jié)構(gòu)， 桁架間距為9.0 m， 沿桁架垂直方向布置支撐桁架和剛系桿以保證拱形桁架的側(cè)向穩(wěn)定，周圈設(shè)置水平支撐，鋼桁架的支座交接在框架柱頂，周圈框架柱頂設(shè)置收邊桁架。 桁架上弦桿根據(jù)建筑屋面造型布置成折線，跨中矢高為3.9 m，高跨比為1/17.7。鋼桁架桿件均采用Q345B 無(wú)縫鋼管，上下弦桿φ450 mm×16 mm，腹桿和水平支撐為φ203 mm×10 mm，支座腹桿為φ219 mm×14 mm，剛系桿為φ245 mm×16 mm。 典型單榀桁架如圖2 所示。

圖2 典型單榀桁架大樣圖（標(biāo)高單位：m；尺寸單位：mm）

鋼桁架屋蓋結(jié)構(gòu)采用3D3S 軟件進(jìn)行整體計(jì)算， 并采用PK 軟件對(duì)單榀桁架進(jìn)行復(fù)核，計(jì)算結(jié)果與3D3S 軟件相近。

對(duì)桁架各上下弦桿件選用空間梁?jiǎn)卧?腹桿及屋面支撐系桿指定為桿單元，桿件端部按鉸接模擬計(jì)算，整體屋蓋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、穩(wěn)定應(yīng)力比均在0.85 以下。結(jié)構(gòu)在恒載和活載作用下產(chǎn)生的最大撓度值分別為175.6 mm 和59.3 mm，撓度限值滿足規(guī)范[3]不大于L/250（L 為桁架跨度）的要求，結(jié)構(gòu)具有足夠的剛度。

綜上，本工程大跨輕鋼屋蓋強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

2.6 節(jié)點(diǎn)及支座設(shè)計(jì)

本工程屋蓋鋼管桁架連接節(jié)點(diǎn)采用相貫焊連接，相貫節(jié)點(diǎn)各桿件的軸心線盡可能交于一點(diǎn)，避免偏心。 相貫線焊縫的具體要求為：（1）主管與支管的連接焊縫為相貫線焊縫，應(yīng)沿全周連續(xù)焊接并平滑過(guò)渡， 全熔透焊縫的質(zhì)量等級(jí)為一級(jí)，角焊縫和部分熔透焊縫的質(zhì)量等級(jí)為三級(jí)。（2）當(dāng)多根支管同時(shí)交于一節(jié)點(diǎn)，且支管同時(shí)相貫時(shí)，支管按直徑大和管壁厚優(yōu)先。（3）圓鋼管相貫時(shí)，支管端部的相貫線焊縫位置沿支管周邊分為A（趾部）、B（側(cè)面）和C（踵部）3 個(gè)區(qū)域。 每榀桁架支座與主體結(jié)構(gòu)框架柱連接采用鉸支座，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖3 所示。

圖3 桁架支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造（單位：mm）

3 超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

本工程主館和訓(xùn)練館作為一個(gè)整體，X 向總長(zhǎng)約為120.3 m，Y 向總長(zhǎng)約為84.5 m，兩方向均超長(zhǎng)。 針對(duì)超長(zhǎng)采取以下措施：

1）設(shè)置多道后澆帶，間距不大于40 m，從而減小混凝土澆筑過(guò)程中的水化熱。 后澆帶封閉材料采用比對(duì)應(yīng)樓面混凝土強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)的微膨脹混凝土， 并要求在主體封頂60 d 后澆筑。

2）根據(jù)前述溫度荷載，考慮最大升溫、降溫±25 ℃計(jì)算溫度應(yīng)力。經(jīng)計(jì)算，2 層溫度應(yīng)力最大，長(zhǎng)方向局部最大溫度應(yīng)力為2.6 N/mm2，短方向最大溫度應(yīng)力為2.2 N/mm2，均大于C30混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.01 N/mm2； 其余各層樓板應(yīng)力均小于2.01 N/mm2。 在2 層樓板板中配置抗溫度應(yīng)力鋼筋，按照0.25%的配筋率配置雙層雙向拉通鋼筋，同時(shí)，2 層框架梁、連續(xù)次梁及裙房大跨梁設(shè)置抗扭鋼筋。

3）裙房屋面板施工時(shí)加強(qiáng)保溫，減小環(huán)境溫度變化對(duì)屋面的不利影響，減小溫度應(yīng)力。

4 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)雨操場(chǎng)體育館上部鋼結(jié)構(gòu)屋蓋與下部混凝土結(jié)構(gòu)連接，采用兩種不同力學(xué)模型對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體計(jì)算，并進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)各項(xiàng)參數(shù)均滿足規(guī)范相關(guān)要求。 主館屋蓋采用平面鋼管桁架結(jié)構(gòu)形式，通過(guò)分析，該屋蓋強(qiáng)度、穩(wěn)定及變形均滿足規(guī)范要求。 鋼管桁架連接節(jié)點(diǎn)采用相貫焊連接，桁架支座與主體結(jié)構(gòu)框架柱連接采用鉸支座。 主館和訓(xùn)練館作為一個(gè)整體超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)樓板進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，并采取相應(yīng)措施對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)，減小溫度應(yīng)力。