谈谈某县体育馆的结构设计

江深

摘要：体育馆结构一般都采用钢结构体系或钢结构+混凝土结构的混合结构体系，所以结构设计的关键部分就是钢屋盖的设计以及钢屋盖与下部框架的协同计算。本文主要介绍了安徽省某县体育馆屋面钢屋盖结构设计中的关键技术问题以及如何采用midas Gen软件进行钢屋盖+下部砼框架的整体协同计算。

关键词：钢屋盖；后浇带；阻尼比；整体分析

Abstract: the gym structure typically use the steel structure system or steel structure + concrete structure mixed structure system, so the structure design is a key part of the steel roof design and the steel roof and the lower frame of collaborative computing. This paper mainly introduces some county in anhui province gymnasium roof steel roof structure design of the key technical problems and how to use Midas Gen software steel roof in the framework of the concrete + whole collaborative computing.

Keywords: steel roof; Of the pouring belt; Damping ratio; Overall analysis

中图分类号:TU318 文献标识码：A 文章编号：

1工程概况

安徽省某县体育馆位于该县县城中心地段，总建筑面积约为15000平方米，其外形像一朵盛开的荷花，造型新颖独特，是当地的标志性建筑，也是该县的全民健身中心。其主馆为圆形，屋顶标高约为21.6m，屋盖直径约为94.4m，采用钢结构。本工程建筑结构安全等级为二级，结构的设计使用年限为50年，抗震设防烈度7度，设计基本加速度值为0.10g,设计地震分组为第一组，建筑场地类别为Ⅱ类，场地特征周期为0.35s，建筑物的抗震设防分类标准为标准设防类，框架抗震等级为二级。

2 结构设计

2.1 基础设计

根据本场地地质情况，本场地内的②层粘土层，地基承载力特征值为300KPa，是良好的基础持力层，故采用天然地基，在内外圈柱基采用柱下条形基础，以承担屋顶钢结构传给柱的拉力。其余柱均采用柱下独立基础。

2.2结构选型与结构设计

体育馆主体结构采用现浇钢筋混凝土框架结构受力体系，屋顶采用钢结构受力体系。体育馆主体为钢筋混凝土结构，直径58米、70.4米、83.6米、94.4米，径向16.36。布置柱网，在4.8米标高设置一结构平层，其上沿看台设置结构楼层。为满足使用的功能要求，整体结构之间未设永久性结构缝，为避免混凝土自身收缩和温度的不利影响，在设计中采取了以下的措施。

(1)在结构平面图中设了四道施工后浇带，并严格控制相邻板块的浇筑间隔时间（一般为两个月），以减少混凝土的早期收缩。

(2)在混凝土中增加添加剂，并采用低标号混凝土及控制配合比、骨料碱性等可靠措施，解决砼的自身收缩和温度收缩问题。

（3）设计时对环形框架梁和次梁的腰筋进行了加强。

（4）调整下部主体结构的刚度，在满足规范要求的前提下，尽量减小下部框架的刚度，以减少温度作用对柱端弯矩的影响。

2.3、屋盖钢结构设计

屋盖钢结构平面为圆形，整个屋面结构由径向布置的22根箱形大梁支撑，箱形大梁支撑在内外两圈柱子之上，箱形大梁最内端相互支撑在顶压环上。顶压环、内柱环、外柱环、悬挑外边缘的直径分别为18米、70.4米、83.6米及94.4米。各部分结构构件组成如下：

图1 屋盖主钢梁平面布置图 图2 屋盖环形桁架及顶压环平面布置图

1．柱子：柱子分内外两圈，内圈半径35.2m，外圈半径41.8m。内柱共有22根，为钢筋混凝土柱，直径为1000mm；外柱共有22根，直径为1000mm。

2．主梁：主梁截面形式为变截面的箱形钢梁，截面尺寸为1000x1000～2500 mm (高),在内环柱以内部分增加了两根钢棒组成的下弦杆，为保证外壁钢板的局部稳定性，设置T形内加劲肋。环向檩条的下弦从主梁截面中部穿过。

3．梁柱节点：

主梁支撑在柱顶钢铸件支座之上，沿主梁侧向的支座形式为铰支座。为减小温度变化引起的主梁轴向变形对柱子产生强大的推力，将外柱与主梁的连接节点做成弹性铰支座，允许主梁沿径向有一定的变形。

4．屋顶中心内压环：主梁的顶端支撑在中心内压环上，中心内压环为三角形平面桁架，用于承担主梁传来的压力。

5．环向檩条：环向檩条支撑于主梁之上，平面形状为弧形，由上下两根圆形截面的弦杆和H形直腹杆组成，形成类似空腹桁架的受力结构体系。

6．索体系：索体系主要起稳定、提高体系抗侧刚度及抗扭刚度的作用，包括环索、主索。

7．中间直径圆顶采用钢绗架和檩条支撑玻璃系统。

3 结构分析和主要计算成果

本工程为混合结构，即钢结构+混凝土结构，故在进行结构分析和计算时采用了采用两种不同力学模型的软件进行分析；

1 采用中国建筑科学研究院研制的PKPM系列软件中的《多层及高层建筑结构有限元分析与设计软件SATWE》进行三维空间结构分析。在用SATWE进行计算时，是将钢结构屋盖假定成一块0mm厚砼板，将钢屋盖的荷载简化成等效静荷载加到0mm厚板上，再进行整体计算。SATWE计算结果均在规范允许范围之内，详见下表。

SATWE主要结果

采用北京迈达斯技术有限公司的midas Gen软件进行整体结构计算。midas Gen软件是一款建筑结构分析与设计的通用有限元软件，应用范围较广，对于空间结构或有层概念的结构都适用，且midas Gen较为特色的组阻尼分析功能，对于钢、混凝土混合结构的抗震分析尤为适用。本工程为下部混凝土+上部钢结构屋盖的混合结构，midas Gen软件可以将钢结构与混凝土构件在同一模型中建立并进行整体分析，此外还可以按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010要求，依据应变能原理，将钢结构、混凝土分别定义不同阻尼比，进而求出每个振型的各独立的阻尼比用于周期及反应谱计算，更为准确地模拟地震作用。其计算结果如下表。

通过对两种软件计算结果的对比发现，其主要成果比较接近；但是由于下部框架与屋盖相比刚度很大，且下部框架对屋盖动力特性的影响不大，故采用midas Gen整体模型计算时，对屋盖平面内构件内力的影响不显著，但是对于下部框架的柱子的柱底弯矩有一定的影响，柱子的计算配筋值比SATWE的计算结果要大；框架梁及次梁的配筋结果，两种软件的计算结果相差不大。故在设计中，柱子的配筋值采用midas Gen的结果，框架梁及次梁的配筋值采用SATWE的结果。

4 结语

1 对于超长的混凝土结构，采取一些措施后，可不设置伸缩缝，既方便了使用，又不影响建筑的立面效果。

2 对于钢结构+混凝土结构的混合结构，应采用不同的空间结构软件进行计算分析。

3 大跨结构必须考虑结构体系的整体稳定性。

参考文献

[1] 周建龙，李时，邹瑾，邢文磊上海铁路南站站屋结构设计建筑结构，2007，37（5）.

[2] 汪大绥，周建龙，李时，沈祖炎，罗永峰 上海铁路南站钢屋盖整体稳定与抗震研究建筑结构，2007，37（5）.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。