提要：慶陽(yáng)市體育館下部結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架，上部屋蓋采用馬鞍形雙向桁架結(jié)構(gòu), 該屋蓋跨度大, 且是省內(nèi)外同類結(jié)構(gòu)中唯一的馬鞍形屋蓋, 相比正圓形網(wǎng)殼, 平板網(wǎng)架等，馬鞍形具有各向受力不對(duì)稱, 設(shè)計(jì)、施工難度更大等特點(diǎn)。本文介紹了該工程在設(shè)計(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)方法。僅下部混凝土框架結(jié)構(gòu)模型，或者僅上部鋼桁架結(jié)構(gòu)模型，上下部組合結(jié)構(gòu)模型，分別在不同軟件下的計(jì)算結(jié)果，并對(duì)其計(jì)算結(jié)果的差異，及造成差異的原因進(jìn)行分析。

　　關(guān)鍵詞：體育館設(shè)計(jì);鋼桁架;整體分析;混合結(jié)構(gòu)

　　Abstract: Qingyang City Gymnasium substructure use situ reinforced concrete frame，and the upper large span roof use saddle bidirectional truss structure. Which is the only saddle-shaped roof

　　outside of the province compared with circular shells and flat grid.Saddle-shaped with an asymmetric stress, difficulty in design and construction. The paper introduces the design process of the engineering. The lower concrete frame structure model，or the upper steel truss structure model，or the upper part and the lower combined structure model.The calculated results with the different software has much difference, and analysis the cause of the difference.

　　Key words: Gymnasium Design; steel truss; global analysis; hybrid structure

　　中圖分類號(hào)：TB482.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104(2012)

　　1 工程概況

　　慶陽(yáng)體育館位于慶陽(yáng)市世紀(jì)大道東側(cè)，設(shè)計(jì)觀眾人數(shù)為4998人。由體育館及訓(xùn)練館兩部分組成，體育館和訓(xùn)練館設(shè)置一道防震縫，縫寬100mm，體育館總建筑面積約19505m2,建筑層數(shù)地上4 層,其中主館混凝土結(jié)構(gòu)的外輪廓尺寸為113.10m x 105.75m, 包括南北懸挑端2.75m,西側(cè)2.85m 的三周懸挑部分, 柱頂高度15.00m;覆蓋了整個(gè)場(chǎng)館, 屋蓋造型呈馬鞍形。體育館結(jié)構(gòu)整體模型見圖1，體育館結(jié)構(gòu)立面模型見圖2，屋蓋桁架結(jié)構(gòu)平面布置見圖3。

　　2 結(jié)構(gòu)形式

　　慶陽(yáng)體育館，主體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度6 度(0.05g) , 設(shè)計(jì)地震分組第三組[1], 場(chǎng)地類別III類,設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓：0.30kN/m2(50年一遇);基本雪壓：0.40kN/m2(50年一遇) [2]。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，遇到了超大結(jié)構(gòu)平面、超大跨度、超大空間、大懸挑鋼桁架，桁架造型復(fù)雜等技術(shù)問(wèn)題。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)多次方案比選，體育館下部主體結(jié)構(gòu)根據(jù)建筑高度、使用要求、抗震設(shè)防烈度等因素綜合考慮,確定采用全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系, 體育館屋蓋及樓蓋結(jié)構(gòu)：屋蓋采用鋼管桁架，局部采用曲面弧形造型的拱結(jié)構(gòu)。看臺(tái)樓蓋采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板[3]。整個(gè)結(jié)構(gòu)采用周邊柱點(diǎn)支撐框架抗震等級(jí)三級(jí)。考慮到支撐屋蓋結(jié)構(gòu)柱的重要性，將其抗震等級(jí)提高至二級(jí)。柱網(wǎng)尺寸為6.9x7.2m、6.4x7.2m。主要框架柱截面為450 x 450、600 x 600、900 x 900、1000x1000 , 框架主梁300x600、300x800、400x800、支撐上部屋蓋柱在柱頂設(shè)置800x1000拉梁。馬鞍形屋蓋采用雙向桁架結(jié)構(gòu)， 屋蓋桁架跨度為75.8x83.6m,角部最大懸挑15.21m，最小懸挑3.95m，根據(jù)下部結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)尺寸，桁架橫向間距6.4、6.9m、7.0m，縱向間距6.4m、6.6m、7.0、7.6m，最高點(diǎn)34.45m，桁架覆蓋面積為108X100.2=10821.6m2，平面跨度短向75.8m，長(zhǎng)向83.6m。結(jié)構(gòu)沿長(zhǎng)向設(shè)置三角形立體桁架，桁架寬度3.5m，高度5m，根據(jù)曲面關(guān)系逐步變截面[6]。

　　圖1 體育館整體模型

　　圖2 體育館立面模型

　　圖3 屋蓋桁架平面布置

　　4 計(jì)算分析：

　　(1) 屋面恒載: 屋面覆蓋材料0.5kN/m2 燈橋、馬道荷載。

　　(2) 屋面活載0.5kN/m2。活載輸入時(shí), 考慮了內(nèi)跨和懸挑段的不利布置, 以取得最不利荷載效應(yīng)。

　　(3) 風(fēng)荷載: 因大懸挑桁架為風(fēng)致敏感結(jié)構(gòu), 計(jì)算時(shí)基本風(fēng)壓按100 年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期取為0.35kN/m2進(jìn)行了復(fù)核。

　　(4) 溫度荷載: 取使用階段環(huán)境最高和最低溫度與鋼結(jié)構(gòu)安裝合攏溫度的差值, 該工程升溫及降溫均取300C; 溫度荷載與其他荷載組合時(shí)組合系數(shù)取0.6。

　　(5) 地震作用: 該工程抗震設(shè)防烈度為6度, 設(shè)計(jì)地震分組為第三組, 設(shè)計(jì)地震基本加速度為0.05g。結(jié)構(gòu)分析時(shí), 按抗震規(guī)范規(guī)定的反應(yīng)譜方法進(jìn)行地震作用計(jì)算。

　　體育館下部鋼筋混凝土框架計(jì)算采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的“多層及高層建筑結(jié)構(gòu)空間有限元分析與設(shè)計(jì)軟件SATWE”(軟件版本為2007年3月版)，并且采用中國(guó)建筑科學(xué)研究院編制的“特殊多、高層建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件(廣義協(xié)調(diào)墻元模型)PMSAP”(軟件版本為2006年9月版)復(fù)核。屋面鋼管桁架計(jì)算采用浙江大學(xué)空間結(jié)構(gòu)研究中心編制的“空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)MSTCAD”(軟件版本為2006年版)，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

　　　為了改善結(jié)構(gòu)體系鋼筋混凝土框架部分通過(guò)以上幾種模型的計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果存在以下差異：

　　用SATWE開大洞鋼梁模擬上部鋼網(wǎng)殼屋蓋[5] ，結(jié)構(gòu)自振周期較PMSAP整體計(jì)算長(zhǎng)，說(shuō)明上部鋼網(wǎng)殼存在一定剛度。在風(fēng)荷載和地震作用下，結(jié)構(gòu)的層間位移PMSAP整體模型大于SATWE開大洞模型，地震剪力同樣是PMSAP整體模型大于SATWE開大洞模型。ANSYS整體模型計(jì)算結(jié)果與PMSAP整體計(jì)算結(jié)果基本接近，無(wú)異常情況，計(jì)算結(jié)果如表2所示。說(shuō)明上部鋼網(wǎng)殼存在一定剛度，對(duì)結(jié)構(gòu)整體有一定影響。

　　用SATWE開大洞模擬上部鋼網(wǎng)殼屋蓋，基底地震剪力、基底地震傾覆彎矩較PMSAP整體計(jì)算小很多，造成此結(jié)果的原因是整體計(jì)算時(shí)真實(shí)考慮了上部鋼網(wǎng)殼的重心高度較三層屋頂高出約7m。

　　　上部鋼桁架屋蓋

　　用MST軟件單獨(dú)分析時(shí)，上部鋼網(wǎng)殼采用MST軟件計(jì)算分析，并采取以下措施[4]：

　　a)計(jì)算橡膠墊支座的水平剛度，將其帶入桁架支座信息。

　　b)適當(dāng)折減混凝土柱的剛度，減小其對(duì)桁架的約束，從而適當(dāng)?shù)卦龃缶W(wǎng)殼自身的剛度。

　　c)桁架跨中撓度控制在1/400以內(nèi)。

　　d)桁架腹桿的長(zhǎng)細(xì)比控制在1/150以內(nèi)，并嚴(yán)格控制其它桿件的長(zhǎng)細(xì)比。支座框架柱僅能模擬第三層框架柱，無(wú)法計(jì)入其它梁柱的剛度，而在整體建模分析時(shí)，可以真實(shí)模擬下部所有梁柱整體建模分析時(shí)網(wǎng)殼支座及其剛度無(wú)法進(jìn)入計(jì)算，故MST計(jì)算的鋼屋蓋的變形大于其它整體建模的鋼屋蓋的變形，桿件內(nèi)力也存在同樣的差別。

　　橡膠墊支座的剛度可在MST單獨(dú)計(jì)算時(shí)計(jì)入，MST軟件可以對(duì)橡膠墊支座的剛度提供計(jì)算。

　　5、結(jié)束語(yǔ)

　　本文以慶陽(yáng)體育館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕�模和分析手�? 通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)不同部位分別分析,最終通過(guò)整體分析求解鋼、砼連接界面各構(gòu)件在各種工況組合下的內(nèi)力, 來(lái)進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)件的設(shè)計(jì), 確保整體結(jié)構(gòu)安全;通過(guò)總裝分析, 揭示砼結(jié)構(gòu)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的彈性支承對(duì)上部鋼結(jié)構(gòu)的影響, 校核上部鋼結(jié)構(gòu), 確保整體結(jié)構(gòu)安全，解決了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工中多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題, 保證了建筑得以實(shí)現(xiàn)。 介紹大型混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)思路和計(jì)算分析內(nèi)容，可供同行在設(shè)計(jì)相關(guān)工程時(shí)參考。

　　參考文獻(xiàn)

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