某体育馆屋盖结构设计

王智勤

(中国建筑西南设计研究院有限公司， 四川成都 610041)



某体育馆屋盖结构设计

王智勤

(中国建筑西南设计研究院有限公司， 四川成都 610041)

【摘要】某体育馆下部采用钢筋混凝土框架结构，上部采用钢桁架结构。通过采用合理的设计模型对屋盖进行分析，经过计算比较，选择安全、美观、经济的结构设计形式。同时介绍了屋盖结构中关键节点的分析及设计工作。

【关键词】体育馆；屋盖结构；结构分析；节点分析

1工程概况

某体育馆建筑总面积约3×104m2。依据建筑屋面造型和使用的需要，屋盖分为左、右两个主要区域。本工程位于7度区，基本地震加速度为0.1g，基本风压为0.35 kN/m2，基

本雪压为0.35 kN/m2。工程屋面荷载取值：屋面附加恒载1.0 kN/m2，屋面活载0.5 kN/m2，马道荷载1.2 kN/m2。考虑温度荷载为升温30℃，降温30℃。钢屋盖平面及剖面见图1。

图1　钢结构平面及剖面(单位:mm)

2结构体系

考虑建筑美学以及体育馆的各种使用功能等因素，本工程下部采用钢筋混凝土框架结构，上部采用钢结构形式。上部屋盖方面，通过对网架、桁架以及张弦桁架等结构体系的综合比较，最终选择桁架结构形式。桁架结构具有受力明确、布置灵活、经济性好等特点。本工程在10轴处将屋盖分为两个部分，分别由五榀立体桁架组成，最大跨度为64.8 m(2轴～10轴)，利用场地中部的2轴、10轴、15轴混凝土柱列作为桁架的支座；在1轴～3轴配合建筑立面的要求选用摇摆柱，在右侧端头进行悬挑；在1/01轴处设置钢桁架落地支座。经过计算比较，当主桁架间距考虑为16.2 m、矢高为3.5 m时，符合经济性的要求和建筑美观的需求。

因左侧区域钢桁架跨度较大，如支座均考虑为铰支座的形式，那么主桁架因受温度应力的影响而将在支座处产生较大的水平推力。特别是在10轴位置处，因本位置混凝土柱上部、中部分别设置了铰支座，混凝土柱在不同高度处会受到左、右钢桁架分别产生的水平推力，这对混凝土柱极为不利。同时，为抵抗推力而增大混凝土柱截面是不经济的，且影响建筑的使用功能。为改善这种情况，设计时将10轴混凝土柱上部的支座形式改为滑动支座形式，以释放钢桁架产生的水平推力，有效地改善了混凝土柱的受力情况。

本工程采取将有条件的檩条支座设置在混凝土梁、柱上(如A轴～E轴区域以及N轴～S轴区域)，这种方式相对于专门另外设置钢结构作为檩条支座的方法更为节约。同时，为减小檩条因受温度应力的影响，而对主体钢桁架及混凝土梁、柱造成不利影响，檩条两侧支座采用一端铰接、一端滑动的方式，以释放温度应力。

3分析模型及内力计算

本工程屋盖采用MIDAS/Gen进行计算分析，主桁架材质选用Q345B。典型的荷载组合为：(1)恒载+活载；(2)恒载+活载+风荷载；(3)恒载+活载+温度荷载；(4)恒载+活载+风荷载+温度荷载；(5)恒载+活载+地震荷载。挠度控制为1/250以内(悬挑部位控制在1/125以内)。

图2、图3为屋盖结构前2阶振型，图4为屋盖结构在1.2恒载+1.4活载工况下应力图，图5、图6分别为屋盖结构在恒载工况下和活载工况下位移曲线图。分析结果数据显示，最大竖向位移出现在左侧桁架部分，最大挠度满足相关规范的要求。

图2　屋盖结构第一阶振型(T1=0.83 s)

图3　屋盖结构第二阶振型(T1=0.734 s)

图4　屋盖结构应力图(1.2恒载+1.4活载)

图5　屋盖结构位移曲线图(恒载)

图6　屋盖结构位移曲线图(活载)

4支座节点

在分析模型中铰节点均为理想铰接节点(即认为其可以各向自由转动)，以释放各个方向的弯矩。在实际情况中，为了与计算模型假设尽量一致，就需要采用万向铰支座的形式。但是由于万向铰支座成本较高，有时会采用“上下耳板加销轴”支座形式，但是这种形式支座的实际受力情况与分析模型是不同的，可能出现平面外转动能力不足的情况。为避免此现象的出现，本工程的部分节点采用“上下耳板加向心关节轴承”的支座形式(图7)。这种形式的支座解决了平面外转动能力不足的问题，但是此种形式的支座受力情况较为复杂，也难以用现有公式进行计算。为考察此影响，本工程采用了MIDAS/FEA有限元程序对此类节点进行计算分析，结果如图8所示。通过分析，本种形式支座满足设计的需求。

图7　上下耳板加向心关节轴承

图8　1倍受压荷载应力图

5结束语

(1)体育馆工程通常尺度较大，各方面的影响因素也较多，需要通过结构方案分析，选择合理的结构体系。

(2)设计需要在安全的前提下，全面考虑建筑、设备等专业的综合需求，通过精心设计以达到美观、节约等方面的要求。

(3)应考察实际情况与计算分析模型可能存在不一致的因素，并采取手段以保证结构的安全性。

参考文献

[1]GB 50009-2012 建筑结构荷载规范[S].

[2]GB 50011-2010 建筑抗震设计规范[S].

[3]GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].

[4]JGJ 7-2010 空间网格结构技术规程[S].

[作者简介]王智勤 (1984～)，男，硕士，工程师，从事结构设计工作。

【中图分类号】TU323.4

【文献标志码】A

[定稿日期]2015-10-13