體育館空曠建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析

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關(guān)鍵字：空曠建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；體育館本

本文討論屋蓋為鋼網(wǎng)架或桁架，下部為鋼筋混凝土框架的體育館等空曠建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，可供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員參考。此類結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，體型復(fù)雜，大跨度，樓面面積較小，大開(kāi)洞，屋蓋一般為網(wǎng)架或桁架大跨度鋼屋蓋，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架或框架剪力墻體系。近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑行業(yè)及經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，像體育館等空曠建筑越來(lái)越多，而針對(duì)空曠建筑，規(guī)范對(duì)其規(guī)定的內(nèi)容不是很多，這就給經(jīng)驗(yàn)尚未豐富的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在初次接觸此類結(jié)構(gòu)時(shí)，會(huì)造成一時(shí)的找不到設(shè)計(jì)思路，不知道該控制哪些參數(shù)，不知道該注意什么，不知道需要加強(qiáng)什么，概念設(shè)計(jì)又包括哪些方面等問(wèn)題。在本文中，本人結(jié)合剛做完的一個(gè)實(shí)際工程對(duì)這類建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行討論，總結(jié)此類建筑的一般設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)步驟，給結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)此類建筑時(shí)以參考，明確設(shè)計(jì)思路。本文的實(shí)例工程為：某市職業(yè)中專學(xué)校體育館。

1工程概況

本工程所在地的場(chǎng)地抗震抗震設(shè)防烈度為8度（0.20g），設(shè)計(jì)地震分組為第二級(jí)，場(chǎng)地類別為II。此體育館建筑高度為21.77m，中間為比賽運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地，四周為看臺(tái)及局部辦公室，看臺(tái)為2層，局部辦公室為4層，屋蓋采用鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，體育館剖面示意圖見(jiàn)圖1。

2概念設(shè)計(jì)

此類建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)，從整體的角度來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置，以保證結(jié)構(gòu)具有良好抗震性能。此類建筑概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：選擇對(duì)抗震抗風(fēng)有利的結(jié)構(gòu)方案和布置、結(jié)構(gòu)整體是增加剛度還是減小剛度、釋放溫度應(yīng)力還是硬抗溫度應(yīng)力、盡可能多地使構(gòu)件處于軸向受力狀態(tài)而充分發(fā)揮材料強(qiáng)度、盡可能多地使構(gòu)件處于受拉狀態(tài)而避免穩(wěn)定性問(wèn)題、結(jié)構(gòu)傳力路徑的選擇等［1］。本工程工程的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)主要從以下幾方面考慮：

2.1加強(qiáng)網(wǎng)架支座下的鋼筋混凝土柱

（1）加大柱的截面尺寸，截面不能限制得太小，應(yīng)比計(jì)算需要的適當(dāng)放大。本工程采用直徑為900mm、1000mm的圓形截面柱，計(jì)算出的軸壓比最大為0.40。（2）將此柱的抗震等級(jí)提高一級(jí)。（3）比計(jì)算結(jié)果適當(dāng)放大柱的縱筋。（4）柱的箍筋采用全長(zhǎng)加密，以提高柱的延性。

2.2對(duì)薄弱部分采取加強(qiáng)措施

（1）對(duì)于柱頂?shù)沫h(huán)梁，應(yīng)加大其截面，使其有足夠的剛度，保證結(jié)構(gòu)的整體性。對(duì)于本工程，頂部的環(huán)梁截面400mm×900mm。且在配筋時(shí)，環(huán)梁的縱筋應(yīng)有較多的拉通筋，以承受拉力。（2）對(duì)四周的局部樓板，當(dāng)板寬度較小時(shí)應(yīng)加強(qiáng)板厚及配筋。對(duì)于本工程在四層處的天橋，其寬度只有1.7m，故本設(shè)計(jì)對(duì)天橋板進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)，板厚采用150mm厚，配筋為雙層雙向拉通設(shè)置。

3設(shè)計(jì)方法

（1）鋼屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行建模分析。（2）下部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用PKPM鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相應(yīng)模塊進(jìn)行建模分析，并將鋼屋蓋在支點(diǎn)處的內(nèi)力在柱的節(jié)點(diǎn)處以節(jié)點(diǎn)內(nèi)力輸入，參與計(jì)算。且分析時(shí)對(duì)于整體指標(biāo)的控制及配筋計(jì)算應(yīng)分別建立模型進(jìn)行分別計(jì)算，兩個(gè)模型在建模分析時(shí)的主要注意點(diǎn)如下：①整體指標(biāo)計(jì)算模型：網(wǎng)架屋蓋用鋼梁輸入，柱上端設(shè)置成鉸接，板厚可設(shè)50mm（主要是考慮網(wǎng)架屋蓋的自重及剛度），考慮剛性樓板假定計(jì)算整體指標(biāo)：位移、位移比、周期、周期比；②配筋計(jì)算模型：網(wǎng)架屋蓋按空洞輸入，將支座反力按節(jié)點(diǎn)內(nèi)力輸入在柱頂，柱上端設(shè)置成鉸接。又因網(wǎng)架屋蓋有風(fēng)浮力及豎向地震作用，所以提供過(guò)來(lái)的支座反力是一個(gè)從最大正值到最小負(fù)值的一個(gè)范圍，而X向及Y向力取最大值/1.2按整個(gè)平面同一個(gè)方向輸入即若輸正值則全部輸正值，若輸負(fù)值則全部輸負(fù)值，故按以下兩種工況模型分別計(jì)算：a.體育館Nmax工況模型：根據(jù)網(wǎng)架提供的支座反力，取RZ為負(fù)最大值（即向下的壓力最大值）；同時(shí)考慮梁上的墻體荷載。此模型用于：計(jì)算梁配筋；計(jì)算柱在壓力工況下的配筋；計(jì)算在壓力工況下的柱底內(nèi)力；b.體育館Nmin工況模型：根據(jù)網(wǎng)架提供的支座反力，取RZ為正最大值（即向上的拉力最大值）；同時(shí)取消梁上的墻體荷載（此時(shí)梁上墻荷屬于有利荷載）。此模型用于：計(jì)算柱在拉力工況下的配筋；計(jì)算在拉力工況下的柱底內(nèi)力［2］。

4結(jié)構(gòu)布置

結(jié)構(gòu)布置的原則同一般建筑結(jié)構(gòu)一樣，基本要求如下：（1）結(jié)構(gòu)布置宜規(guī)則、對(duì)稱，受力明確，傳力合理、途徑不間斷，并應(yīng)具有良好的整體性，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)布置。（2）盡可能設(shè)置多道抗震防線。當(dāng)建筑允許設(shè)計(jì)剪力墻時(shí)，宜設(shè)計(jì)剪力墻，將下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

5控制指標(biāo)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)指標(biāo)控制：（1）控制結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比、剛度比、層間受剪承載力、剪重比、位移角。（2）因此類結(jié)構(gòu)為空曠、開(kāi)口結(jié)構(gòu)，不具有明顯的“層”概念，所以對(duì)于位移比、周期比的計(jì)算結(jié)果僅作為參考，且盡量滿足規(guī)范要求。（3）應(yīng)控制軸壓比、配筋率、配箍率、剪壓比等各項(xiàng)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

6考慮溫度作用

對(duì)于體育場(chǎng)館等類型的建筑往往為超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，溫度作用效應(yīng)不可忽視，應(yīng)采用措施減少溫度應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，可通過(guò)設(shè)置適宜的后澆帶、加大梁板通長(zhǎng)筋的配筋率、采用低水化熱的普通硅酸鹽水泥和級(jí)配良好的碎石骨料配制混凝土、低溫合攏、加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)、采用高效減水劑降低水泥用量、配置適當(dāng)?shù)臉?gòu)造鋼筋等措施都可以有效地減小施工階段溫度應(yīng)力以及混凝土收縮的影響。

7結(jié)束語(yǔ)

總而言之，體育館類建筑為空曠、開(kāi)口結(jié)構(gòu)，體型復(fù)雜，應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)，且在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，積累經(jīng)驗(yàn)，使此類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理、安全、經(jīng)濟(jì)、適用。本文根據(jù)體育場(chǎng)館結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹體育場(chǎng)館類結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法，為此類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供一些建議和參考。

參考文獻(xiàn)

［1］建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［2］建設(shè)部.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB50011-2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

作者：陳賜端 單位：福建福大建筑設(shè)計(jì)有限公司