南京海峡两岸科工园综合比赛中心设计

黄喆

摘 要：通过对南京市海峡两岸科工园体育中心项目的综合比赛中心结构设计的介绍，具体分析了小型体育场馆结构体系的合理选取，屋盖结构的选取及其与下部结构的连接，特殊造型的屋面荷载选用，以及结构设计中相应的结构分析方法和加强措施，保证结构安全及良好的抗震性能。

关键词：框架结构;空间三角桁架;大空间;整体计算

1 工程概况

本学校项目位于南京市浦口区，体育中心由综合比赛中心和全民健身中心组成。综合比赛中心地上两层设一层地下车库，房屋高度16.00～20.700m，主要功能为15mx28m的标准篮球比赛场地，满足正式篮球、排球比赛场地使用要求。比赛场地两侧一至二层设置容纳1600人的观众席，一层设有门厅、运动员休息室、专用卫生间等功能房间，二层设有观众休息大厅、灯声等控制室，将工作人员办公用房、机房等房间设置于一层及二层的夹层。比赛中心场馆主体结构53.8mx81.8m呈规则矩形形态。比赛场馆及观众席部位形成38mx64m的空旷部位。为与整个体育中心室外错落有致的行人通道匹配，比赛中心外围两边设有从室外地面至13.8m标高的围绕步道。综合比赛中心平面布置详见图1。

建筑物内大空间需求较大，有有较高的通透性要求，楼电梯间布局不对称，较难布置双向均匀有效的剪力墙形成抗侧体系。经过试算，由于建筑体型较为规整，结构体系选为钢筋混凝土框架结构。建筑物抗震设防类别为标准设防类（丙类），抗震设防烈度为7度，框架抗震等级为三级，抗震措施的抗震等级为三级^[1]。

2 合理的柱网及附属结构布置

本项目初始建筑给定柱网为10mx10m，考虑到观众席处结构布置、空间三角桁架屋面的布置及地下室停车利用等因素，根据建筑平面将结构柱Y向柱距调整为6m。又考虑到比赛场地右侧一列框架柱部位需要设置双墙及隔音层以及部分井道需求，此处柱截面有条件增大。故考虑利用此列框架柱作为空间三角桁架屋面的桁架支座，可有效减少桁架主跨度，达到减小桁架高度和降低用钢量的目的。

体育中心整个项目室外通过错落有致的行人通道将主体结构密切相连，综合比赛中心的西侧及北侧需要布置人行步道，存在大量楼梯踏步斜向构件。考虑单面设置斜向构件对整体结构的抗震性能不利，考虑将步道处楼梯设计为带有滑动支座的板式楼梯，有效减少其对主体结构的影响。

3 空间三角桁架屋盖设计

综合比赛中心屋盖的短跨方向为53.8m，长跨方向为81.8m。空间形态为沿长跨方向中部下凹两头翘起的单方向双坡的双翼形态，采用以短跨反向作为主桁架方向的空间三角桁架体系。通过建筑布置，合理利用比赛场地侧的一列框架柱作为中间桁架支座，减少桁架主跨跨度至40m。长向柱距为6m，采用平面三角桁架为次桁架体系，达到经济性目的。桁架平面布置图详见图2桁架矢高2m，并考虑建筑使用功能净高的需求和空间感官效果的最优化，屋面马道梁与上弦系杆连接，将马道随屋面坡度设置，充分利用桁架空腹高度。

由于屋面为中间凹两头翘起的形态，对于轻型钢结构屋面，分别按照全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布考虑屋面荷载效应组合，取其最不利情况复核。除充分考虑屋盖体型对雪荷载的不利影响外，桁架还综合考虑了外围幕墙荷载、室内装修下挂荷载、马道吊挂荷载、横向风荷载及地震作用和温度作用，保证轻钢屋盖结构的安全性。

三角桁架与下部结构采用抗震球形钢支座连接，其支座可各向转动，很好的满足屋盖荷载产生反力的传递、转动、移动的要求，保证反力合力集中、明确、安全可靠^[2]。与板式橡胶支座相比，其静刚度大，支座产生变形较小，耐久性更好。计算中考虑各桁架支座为铰接节点，并与其下混凝土主体结构整体计算时考虑初始刚度3KN/mm，各向滑动位移量控制在100mm以内。

桁架屋盖设计采用3D3S分析软件经行屋盖钢结构的设计，并采用Midas Gen软件进行复核，准确考虑各杆件的计算长度系数，合理对各桁架杆件进行分区分组，控制各主要杆件应力比低于0.90，控制屋盖的短跨挠度小于跨度的1/250。通过两个软件的对比复核，保证分析结果的有效性。桁架主要杆件截面尺寸和材料如表1所示。

4 整体结构分析

本工程采用YJK软件进行带钢桁架屋盖的混凝土框架结构整体分析。本项目结构不规则主要是存在平面大开洞，导致开洞后各部分楼板整体性较差。抗震规范中结构扭转位移比的控制要求是基于刚性楼板假定得出的，对此类平面大开洞的结构，采用刚性楼板假定将会存在一定的误差。因此我们对于综合比赛中心不仅控制位移比，并研究各个阵型对地震力的贡献，分析各框架柱的层间位移，来控制结构整体的位移及扭转效应。采取大开洞周边的楼板进行板厚加厚、双层双向拉通并适当加大配筋等构造措施。

5 主体结构主要分析计算结果

选取前6各自振周期，考虑扭转藕联的计算结果见表2，主要控制参数见表3。

根据计算结果可以得出，综合比赛中心整体结构部分楼板开洞较大，属于平面不规则的局部楼板不连续，其他参数指标均满足规范要求。

6 結语

本文通过对南京海峡两岸科工园综合比赛中心的结构布置、空间三角桁架设计、结构整体计算及计算结果的分析，对此类小型比赛场馆的结构设计提出如下建议：

6.1 深入理解建筑功能需求，根据建筑体量、层数及建筑功能布置合理选择结构体系，积极和建筑协调沟通，尽早介入前期方案设计，可以大大提高建筑和结构的匹配度，达到建筑布置既满足建筑使用功能又满足结构受力特点的目的^[3];

6.2 空间桁架与主体结构连接宜采用抗震球形钢支座等支座连接，使得屋盖传力明确直接有效;

6.3 空间桁架宜灵活布置，如利用三角桁架空腹的高度设置检修马道，达到既简洁美观又有效增加了建筑净高的目的。

6.4 体育场馆类项目往往伴随着楼板大开洞，往往层内楼板被大空间比赛场地分割成若干区域，需有效控制结构整体位移及扭转效应，并对薄弱楼板区域构造加强，以保证其良好的抗震性能。

参考文献：

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[S].2016年版.北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2]JGJ7-2010 空间网格结构技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[3]GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.