公安縣文化體育中心鋼結構分析與設計

程文剛 李潔

摘 要：以公安縣文化體育中心鋼結構為研究對象，在探討工程概況的基礎上，論述了公安縣文化體育中心鋼結構設計的基本依據，并對該文化體育中心的鋼結構布置及其基礎設計、鋼結構的整體受力進行分析，旨在為其他城市快速提升文化體育中心鋼結構分析與設計水平帶來更多參考和啟迪。

關鍵詞：公安縣;文化體育中心;鋼結構;設計分析

中圖分類號：TU318? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-6903（2022）09-0016-03

0引言

隨著當代社會國民經濟地飛速發展和人們健康養生意識地不斷增強，文化體育中心在滿足人們基礎健康需要上做出了重要貢獻，各地市政府部門為了充分滿足市民的健身需要和運動需要，紛紛建設了文化體育中心。鋼結構作為建筑結構中的重要形式，在文化體育中心的建設過程中有著建設速度快、整體結構設計優良等諸多優勢。因此，對公安縣文化體育中心鋼結構的分析與設計研究，也就具備重要理論意義和現實價值。

1 工程概況

本工程為公安縣文化體育中心鋼結構設計與施工項目，項目選址位于公安縣城南新區，西臨公石路，東臨濱河西路。本工程由文化中心、展覽館、綜合球類訓練館（全民健身中心）及游泳館、體育館等建筑群組成。總建筑面積約6.98萬 m2，其中地上建筑面積約5.18萬 m2;地下1層，建筑面積約1.80萬 m2。文化中心集圖書館、檔案館、博物館、科技館、文化館等于一體;綜合球類館定位于全民健身中心，設置健身館、排球、籃球、乒乓球、羽毛球、武術、柔道等體育項目訓練館。

整體工程項目建筑布局呈四面合圍狀，其中文化中心地上4層，局部呈臺階狀收進，建筑高度20.0 m（從室外地面起算），主樓下設一層地下室，主要功能為設備用房和車庫;體育館地上2層，建筑高度20.0 m（從室外地面起算），無地下室;綜合球類訓練館（全民健身中心）及游泳館地上2層（含1個夾層），建筑高度20.0 m（從室外地面起算），主樓下局部設一層地下室與文化中心地下室及展覽館的下沉廣場連為一體;展覽館地上3層，建筑高度20.0 m（從室外地面起算），主樓下設一層地下室，主要功能為下沉式廣場，為群眾活動、休閑場所。圖1為建筑效果示意圖。

2 鋼結構整體分析

對公安縣文化體育中心鋼結構進行整體分析，首先應明確該項目建筑結構等級，表1為本工程建筑結構等級。根據相關規范，本工程所有露天、直接接觸非侵蝕性的水或土壤的結構構件所處環境類別均為二類，其余未注明的結構構件所處環境類別均為一類，地下室防水等級為一級，屋面防水等級為二級。

公安縣文化體育中心鋼結構主要承受地震作用、風作用、雪作用、建筑面層恒載作用、主要樓面活載作用、墻體作用、溫度作用和混凝土收縮作用[1]。分析地震作用時，場地類別為Ⅲ類，結構整體彈性分析時，水平地震影響系數最大值αmax=0.054，特征周期Tg= 0.45 s，結構阻尼比為0.05（綜合球類館及游泳館、體育館為0.04）。分析風作用時，公安縣文化體育中心混凝土結構基本風壓值為0.30 kN/m2（n=50），鋼屋蓋結構基本風壓值為0.35 kN/m2（n=100）。分析雪作用時，混凝土結構基本雪壓值為0.40 kN/m2（n=50）;鋼屋蓋結構基本雪壓值為0.45 kN/m2（n=100）。混凝土結構和鋼屋蓋結構的組合系數0.7，頻遇組合系數為0.6，準永久系數0.2。分析建筑面層恒載作用時，建筑面層恒載標準值如表2所示，主要樓面活載標準值表3所示;分析墻體作用時，±0.000以上墻體采用A3.5、B06級加氣混凝土砌塊，且外墻厚200 mm，內墻厚200 mm，局部墻厚100 mm。分析溫度作用和混凝土收縮作用時，室內混凝土結構最大升溫：△Tk=Ts，max-T0，min=21.5-10=11.5℃;最大降溫：△Tk=Ts，min-T0，max=11.8-25=-13.2℃。混凝土結構降溫時，水平構件變為拉彎構件開裂加劇，溫度應力釋放比溫升時要多，可對溫降適當折減：-13.2×0.85=-11.22℃。室內鋼結構最大升溫：△Tk=Ts，max-T0，min=28.2-10=18.2℃;最大降溫：△Tk=Ts，min-T0，max=3.45-25=-21.55℃。

3 結構布置及基礎設計

在公安縣文化體育中心鋼結構項目中，文化中心、展覽館、綜合球類訓練館+游泳館、體育館主體結構均采用現澆鋼筋混凝土框架結構，地下室采用現澆鋼筋混凝土框架結構。

工程設計中，上部混凝土主體結構均采用現澆鋼筋混凝土框架結構體系，樓蓋采用鋼筋混凝土梁板體系，綜合球類館局部上方屋蓋、體育館及游泳館局部上方屋蓋均采用倒三角立體鋼桁架屋蓋[2]。局部大跨度梁、大跨度懸挑梁采用預應力鋼筋混凝土梁。結構主要柱網尺寸為8.4 m×8.4 m，柱截面尺寸主要為800 mm×800 mm、700 mm×700 mm、600 mm×600 mm。主要框架梁截面尺寸為400 mm×700～1 000 mm，次梁為250 mm ×400～600 mm，一般樓屋面采用現澆鋼筋混凝土梁板結構，板厚100～150 mm。

綜合球類館、游泳館、體育館局部大空間上方屋蓋采用倒三角立體鋼桁架屋蓋，以達到方便施工、節省材料的目的。綜合球類館、文化中心、展覽館局部大跨度屋蓋采用現澆預應力鋼筋混凝土梁。文化中心、體育館、游泳館結構平面局部樓板開大洞，樓板不連續，平面不規則，綜合球類館及體育館因羽毛球館、比賽館、多功能廳需要抽柱形成大空間，故而造成局部夾層、豎向不規則的設計難題。

屋蓋采用鋼結構方式，綜合球類館大空間上方屋蓋為倒三角立體鋼桁架組成的空間結構，鋼屋面最大高度約為21.0 m，綜合球類館籃球訓練大廳上方鋼屋蓋跨度為42 m。游泳館游泳池大空間上方屋蓋為倒三角立體鋼桁架組成的空間結構，鋼屋面最大高度約為21.1 m，上方鋼屋蓋跨度為42 m;體育館大空間上方屋蓋為倒三角立體鋼桁架組成的空間結構，鋼屋面最大高度約為21.3 m，上方鋼屋蓋跨度為50.4 m，屋面板為鍍鋁鋅壓型鋼板，其下設檁條支承在桁架節點上，鋼屋蓋支座采用抗震抗拉球型支座。

此外，本工程地上建筑根據建筑功能和結構平面規則性需要進行了合理分縫，使之形成彼此獨立的單元，地上設置多道抗震縫，使得各建筑單體形成彼此獨立的抗震單元，滿足建筑平面及豎向規則性的要求，同時減小混凝土的收縮和溫度應力的影響，綜合球類訓練館與游泳館之間不設縫，地下室不設縫，圖2即為結構分縫平面示意圖[3]。

4 結語

總而言之，以公安縣文化體育中心鋼結構作為分析研究對象，在論述該體育中心鋼結構設計與基礎的前提下，探討了整個公安縣文化體育中心鋼結構設計的布置和基礎設計內容，論述了整個鋼結構文化體育中心的受力和支撐等，在解決鋼結構使用過程中大跨度、造型獨特甚至是內力結構分布不均等問題，滿足建筑結構使用目標和結構設立基本需求作出了應有貢獻。

參考文獻

[1] 陳進于，李東強，傅劍波，等.肇慶新區體育中心結構設計[J].建筑結構，2016，46（21）：70-74

[2] 李燁，張濤，湯涵，等.天水體育中心鋼結構分析與設計[J].建筑結構，2020，50（17）：27-33.

[3] 畢磊，劉松華，任志彬，等.天津海河教育園區體育中心結構設計[J].建筑結構，2013，43（18）：49-53.