普陀体育馆改扩建项目结构设计

郭 俊 林

(上海申联建筑设计有限公司，上海 200082)



普陀体育馆改扩建项目结构设计

郭 俊 林

(上海申联建筑设计有限公司，上海 200082)

结合上海市普陀体育馆的工程概况，介绍了该工程上部结构的布置方案，并从混凝土梁、柱、基础等方面，阐述了具体的结构设计要点，使该体育馆的设计满足了相关规范要求，有效发挥了其体育运动功能。

体育馆，结构设计，基础设计，混凝土梁

1 工程概况

普陀体育馆位于上海市普陀区曹杨路以东、普雄路以北路口。原场馆建于20世纪80年代，目前已设施老旧，不能适应现代体育运动的功能要求。受上海市普陀区体育局的委托，我公司承接并完成了该体育馆改扩建的设计任务。经政府规划，此次改扩建拟将原有场馆拆除，在原址新建一场馆，功能以多功能全民健身中心为主，包含篮球、羽毛球、乒乓球、网球、台球、健身等群众性体育运动项目，同时在1层提供一个多功能大空间作为今后社区群众性集体健身活动之场所。与一般正式的体育竞赛场馆不同的是，本项目为群众性体育运动场所，不举办正式的体育竞赛。本工程设1层地下室，作为地下车库使用。地下室含夹层1层，作为办公室和贮藏室、备用房使用。地上2层(含夹层2层)。1层为篮球场兼社区群众性集体健身活动场所，2层为网球场及羽毛球场。2层夹层为办公空间及台球室和健身室。因地面场地有限，屋顶设草坪绿地，以补偿部分绿化面积。本工程总用地面积为5 284 m2，总建筑面积为10 210 m2，建筑高度为23.90 m(室外地面至女儿墙顶)，属多层建筑。本工程地处城市中心地段，用地西临曹杨路，南临普雄路，北面为6层航天证券办公楼，东面为3层武宁新村幼儿园，周边曹杨路地面下有地铁11号线通行以及曹杨地区合流泵房，建设场地条件较为复杂，对基础设计的总体沉降量、桩基施工场地挤土效应、地下室基坑开挖时的基坑围护变形量等要求较高。

2 上部结构布置

本工程抗震设防烈度7度，设计地震分组第一组，设计基本地震加速度值0.10g，场地类别Ⅳ类，场地特征周期0.9 s，建筑抗震设防类别为标准设防类。以上抗震设计标准均按国家及上海市抗震规范取值并通过了上海市抗震办的审批。本工程上部建筑平面近似椭圆形(见图1)。因建筑对大空间的功能要求，结构中部采用大柱网，且Y向为大跨度单跨框架，根据抗震规范第6.1.5条“高度不大于24 m的丙类建筑不宜采用单跨框架结构”的规定，本工程为避免采用单跨框架结构，采用了框架剪力墙结构。利用建筑楼梯间等部位设置若干剪力墙，以增强结构的抗震性能。因剪力墙数量较少，框架抗震等级仍按框架结构采用三级，大跨度框架抗震等级按规范要求提高为二级，剪力墙抗震等级采用三级。

3 大跨度预应力混凝土梁设计

本工程结构平面中部为大跨度框架，X向跨度达39 m,Y向亦达33.5 m。因结构跨度很大，框架梁及框架柱受力均较大。设计时考虑了预应力混凝土梁及型钢混凝土梁两种结构方案，经计算分析和方案比选，综合结构受力及施工方便可靠等因素，最终采用了预应力混凝土梁方案。为减少梁跨中弯矩，结合建筑平面功能，在Y向梁两端设置了悬挑端，以平衡部分跨中弯矩。

预应力混凝土梁共设5根：横向3根，纵向2根(见图1)，梁截面尺寸采用1 000×2 200。为改善预应力混凝土梁的抗震性能，施工工艺采用粘结预应力混凝土。预应力筋采用φs15.2高强低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值fptk=1 860 MPa，梁混凝土强度等级采用C40。每根梁内设2组共4束钢绞线，每束8根预应力筋。预应力筋线型配合弯矩图设置，采用四段抛物线线型。预应力混凝土梁采用中国建筑科学研究院研制的PREC程序进行计算分析。计算结果表明，预应力混凝土梁承载力满足要求，其挠度计算值为1/740l0、裂缝宽度计算值为0.14 mm，均满足规范要求。预应力施工时要求预应力筋张拉控制应力为0.75fptk,为抵消施工及使用阶段的各项预应力损失，要求施工时超张拉3%，张拉端锚具采用夹片群锚体系。

4 钢骨混凝土柱设计

支撑大跨度预应力混凝土梁的框架柱共10根(见图1)。因框架梁传递的梁端弯矩很大，且因建筑功能要求，层高较高，1层层高9.8 m,2层层高12.2 m，导致柱顶弯矩很大，其处于大偏压受力状态，经计算分析，采用普通钢筋混凝土柱已不能满足其受力要求。为保证其抗弯及抗剪承载力，设计采用钢骨混凝土柱。

经结构计算，柱截面尺寸采用1 100×1 700，混凝土强度等级采用C40，混凝土柱内设600×1 200×40×30工字形钢骨。为增强钢骨柱的承载力和抗震性能，钢骨采用Q345-B级高强度低合金结构钢。柱钢骨腹板与翼缘的连接及其竖向拼接均采用全焊透焊接连接，采用E50焊条。为增强钢骨和混凝土的协同受力性能，在钢骨两侧翼缘通长设置3排φ19@200栓钉，栓钉长度90 mm。

钢筋混凝土梁与钢骨柱的节点设计很重要，且其构造较复杂。梁纵筋在钢骨柱内的锚固应尽量避免在柱钢骨上穿孔，以避免削弱钢骨强度。结合本工程的具体情况，对梁柱节点设计采取了以下措施：与柱钢骨腹板垂直相交的梁，因钢骨腹板两侧空间较富余，梁纵筋伸入腹板边的水平长度基本能满足规范对框架梁纵筋水平锚固段的长度要求，梁纵筋可伸至腹板边后下弯锚固，避免穿过腹板；与柱钢骨翼缘垂直相交的梁，其纵筋尽量弯折至钢骨两侧通过，避开柱钢骨，当无法避开时采用国标图集04SG523《型钢混凝土组合结构构造》中的套筒连接，连接套筒的钢材采用Q345-B级高强度低合金结构钢。另外，预应力混凝土大梁在钢骨

柱支座处设置水平加腋段，预应力筋从加腋段通过，避开柱钢骨。对与钢骨柱翼缘垂直相交的悬挑梁，悬挑梁及其内侧相邻跨梁端部均加宽至同柱宽，以方便梁纵筋尽量从柱钢骨两侧通过，避免削弱柱钢骨强度。

5 基础设计

本工程地处城市中心地段，且周边地下有地铁通过及市政管网密集，场地条件复杂，对基础的沉降、变形、挤土效应等要求均较高。本工程基础设计时与地铁管理部门上海申通地铁集团有限公司进行了协商沟通，为避免桩基施工时产生挤土效应及满足地铁方对总体沉降量的控制要求，设计采用无挤土效应的钻孔灌注桩基础。根据本工程地勘报告，有以下土层可供选择作为桩端持力层：第⑦2层粉砂层，该层土性较佳，但土层较薄，平均层厚仅3.5 m左右，且其下为土性相对较软弱的第⑧1层粉质粘土层，若作为桩端持力层，基础沉降变形不易控制；第⑧2层粉质粘土夹粘质粉土层，该层土性较好，分布稳定，且平均层厚达17 m左右，无软弱下卧层，较适合作为本工程的桩端持力层；第⑨层细砂层，分布稳定，土性更佳，但埋深较深，桩端入土深度达70 m左右，经济性不佳。以往上海中心城区邻近地铁的项目为满足地铁方要求，控制沉降量，特别是高层建筑，多采用第⑨层细砂层作为桩端持力层。考虑到本项目为多层建筑，结构总体荷载不大，且设有1层地下室，挖土后可以抵消部分土层应力，附加应力有限，经与地铁方协商，在满足沉降量控制的条件下，为经济性及施工便利性考虑，最终采用第⑧2层粉质粘土夹粘质粉土层作为本工程抗压桩的桩端持力层。本工程抗压桩桩长47 m，桩径采用700 mm，其单桩极限抗压承载力标准值为5 800 kN；本工程存在局部外扩纯地下室，该部分设置抗拔桩，采用第⑦2层粉砂层作为桩端持力层，桩长31 m，桩径采用600 mm，其单桩极限抗拔承载力标准值为1 800 kN。

本工程桩基计算采用中国建筑科学研究院研制的JCCAD程序。计算结果表明，最大计算沉降量为9 mm，能满足地铁方对总体沉降量的控制要求。

6 结语

本工程虽然体量不大，但建筑功能、体型复杂，对结构设计要求较高，涉及大跨度、预应力混凝土梁、钢骨混凝土柱、距离地铁较近、场地条件复杂等技术难点。设计时综合考虑各种不利因素，精心选择合理的结构方案和结构布置，通过细致的计算分析，采取合理的技术措施，满足了相关各方对工程的各项技术要求，保证了建筑功能的实现。

[1] GB 50011—2010，建筑抗震设计规范[S].

[2] JGJ/T 279—2012，预应力混凝土结构设计规范[S].

[3] JGJ 138—2001，型钢混凝土组合结构技术规程[S].

[4] YB 9082—2006，钢骨混凝土结构技术规程[S].

[5] DGJ 08—69—2007，预应力混凝土结构设计规程[S].

[6] DGJ 08—11—2010，地基基础设计规范[S].

The structure design of Putuo gymnasium renovation and expansion project

Guo Junlin

(ShanghaiShenlianArchitecturalDesignLimitedCompany,Shanghai200082,China)

Combining with the engineering situation of Shanghai Putuo Stadium, this paper introduced the layout scheme of engineering upper structure, from concrete beam, column, foundation and other aspects, elaborated the structure design key points, made the stadium structure design to satisfy the relevant codes requirements, to effectively play its sports function.

gymnasium, structure design, foundation design, concrete beam

1009-6825(2016)20-0023-02

2016-05-06

郭俊林(1973- )，男，工程师

TU318

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