廈門市運動訓練中心綜合體育館結構設計

林緘光

(福建省建筑設計研究院 福建福州 350001)

1 工程概況

廈門市運動訓練中心為廈門市重點建設項目，是該市重要的運動訓練基地。場地位于廈門市同安區環東海域西柯片區，用地總面積19.61公頃。建設內容包括體育運動訓練場館、體育教學生活區和室外運動場地，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練中心，也是海西重要的競技體育運動訓練基地，能同時滿足16個競技體育項目1000名運動員訓練、學習及后勤需要。

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，觀眾席總人數2606人。平時用作少體校籃球與排球的訓練館，按照大中型乙級體育館進行設計，能滿足舉辦地區性和全國單項比賽的要求。

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(兼訓練)場地、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;三層為設備用房和部分辦公用房。

2 結構設計概況

本工程結構的設計使用年限為50年，場地土類別為Ⅱ類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g，水平地震影響系數最大值αmax=0.12;設計地震分組為第二組，場地特征周期Tg=0.40s。地面粗糙度為B類，基本風壓為0.8kN/m2(50年一遇)。重要性系數取值1.0。抗震設防類別為標準設防類。

結構形式:主體為鋼筋混凝土框架結構，屋面為網殼結構，跨度為雙向74.828m，采取周邊上弦支承，網殼在鋼筋混凝土梁柱上的支承點處設置彈性橡膠支座。四周為金屬幕墻。框架抗震等級為二級。

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

結構計算分析軟件主要有PKPM系列、MST、MIDAS GEN及3D3S等。PKPM系列軟件主要用于計算下部鋼筋混凝土框架結構及基礎;MST軟件用于計算分析屋面網殼鋼結構;MIDAS GEN軟件用于下部鋼筋混凝土結構與屋面網殼鋼結構整體建模分析，復核驗算鋼筋混凝土結構的配筋;3D3S軟件主要用于計算分析建筑周邊圍護結構。

3 設計要點分析

(1)本工程為空曠的體育場館，平面開洞較多，樓板平面內變形將使樓層中各抗側力構件的內力和位移發生較大變化，采用剛性樓板假定計算分析的結果是不真實的。因此在下部鋼筋混凝土結構模型計算內力配筋時，考慮全樓彈性樓板假定。再按全樓剛性樓板假定補充計算周期比和層剛度比。對樓層的位移比控制，則是通過查看位移結果的詳細輸出，并加以統計分析，以合理控制結構的扭轉效應。風荷載則按特殊風荷載的方式輸入，這樣能反映豎向抗側力構件的實際受風荷載情況。

(2)下部的鋼筋混凝土框架結構左右兩側部分連接較弱，計算分析時也將左右兩側部分切開，單獨計算復核配筋。

(3)平面圖上南北各有5根框架柱，從4.8m至22.6m標高之間在Y方向上未與框架梁連接。柱頂即為屋面網殼的支座節點，柱截面尺寸為1000mm×1500mm。

該排柱受力復雜，不僅按分開的下部模型計算、上下組合整樓模型分析，還通過PK分析、手算復核等方式進行分析，取包絡配筋。

(4)屋蓋網殼造型，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雙軸及兩對角線對稱，上下弦分別向四邊方向有一定的弧度。

(5)應用MIDAS GEN軟件進行整體建模電算分析時，在網殼支座球節點與鋼筋混凝土柱頂之間設彈性連接，彈性連接的彈簧剛度取網殼橡膠支座的豎向剛度和兩個水平向的側向剛度:

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 網殼布置圖

圖5 MIDAS GEN整樓分析模型

(6)應用MST軟件單獨計算屋面網殼時，因網殼的橡膠支座擱置在下部的鋼筋混凝土框架結構上，應計算橡膠墊板與支承結構的組合支承剛度。懸臂獨立柱的豎向剛度KZL和兩個水平方向的側向剛度KNL、KSL分別如下:

其中，Eh為支承柱的彈性模量;

INh、ISh為支承柱截面兩個方向的慣性矩;

h為支承柱的高度。

按串聯彈性元件的原理計算支座節點的組合豎向與側向剛度 KZ、KN、KS:

按上述組合支承剛度輸入，MST計算的網殼支座反力與MIDAS GEN整體分析時的支座反力相比較，兩者較為接近，說明所取的組合支承剛度是合理的。

網殼的計算還應遵守現行《空間網格結構技術規程》JGJ7－2010的有關規定。

(7)計算下部鋼筋混凝土結構時，如何考慮屋面空間網格結構對混凝土結構的影響是個重要問題。設計通常做法有以下幾種:①假設網格部分完全剛性，按剛性板假定進行設計。②忽略網格部分的剛度，按屋頂開洞計算。③將網格部分按照一定的規則等代為鋼梁，來近似考慮網格的剛度進行整體設計。

第①、②種方法的優點是操作簡便，但前者將網格剛度擴大化，計算結構偏剛;后者忽略網格的剛度，計算結果偏柔。第③種方法是將網格結構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格結構的豎向最大節點位移基本相同。這種方法的優點是可以近似考慮網格結構對下部鋼筋混凝土結構剛度的貢獻。

本工程采用的是第③種方法。根據計算分析，采用等代鋼梁的SATWE計算結果與整樓模型的MIDAS計算結果較為接近。前三個振型周期分別如下:

表1 SATWE等代鋼梁

表2 MIDAS GEN整樓模型

4 小結

體育場館結構復雜，下部多為鋼筋混凝土框架或少墻框架結構，屋蓋為空間網格結構(包括鋼結構桁架、網架、網殼等)，計算分析的內容較多。屋蓋鋼結構的計算以及如何考慮屋蓋鋼結構與下部鋼筋混凝土結構的相互影響，都是在設計中需要認真考慮的問題。本文闡述了廈門市運動訓練中心綜合體育館結構設計中的一些做法，希望能為結構工程師們在進行同類型結構設計時，提供一些參考。

[1]GB50011－2010建筑結構抗震設計規范[S].

[2]JGJ7－2010空間網格結構技術規程[S].

[3]杜文風 張慧.空間結構[M].