某体育中心结构设计.pdf
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1、工程概况位于佛山市顺德区某体育中心项目用地狭长,建筑呈长方形布局;其中综合体育场(20 000座)体量较大,按场地正南北向要求布置于地块东侧;其余综合体育馆(12 000座)、训练馆(2 000座)、游泳馆(2 000座及附属设施)等单体沿用地长边由东向西、从高到低依次展开布置。各个体育场馆通过自地面而起的绿化屋顶整合成有机统一的整体性地景建筑(见图1)。在北侧布置了商业配套功能,满足日常运营需要。体育中心总建筑面积 234 458 m2,项目定位为集体育竞技、健身休闲、商业娱乐、文艺演出为一体的多功能、综合性、生态型的大型体育中心。2结构设计相关参数本工程抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速
2、度为0.10g,设计地震分组为第一组,建筑场地类别为类,地震特征周期值为0.45 s,下部混凝土结构阻尼比z=0.05,钢结构部分结构阻尼比z=0.021,整体计算时采用组阻尼定义不同材料阻尼比计算分析。体育场、体育馆的抗震设防类别分为重点设防类,其余建筑物的抗震设防类别为标准设防类。本工程风荷载按基本风压o=0.60 kN/m2(100年o=0.70 kN/m2)取值。本工程4个场馆屋面大跨度和自重比较轻的钢结构,属于对风荷载比较敏感建筑,屋面钢结构承载力设计时按100年基本风压取值。根据项目所在地的气温情况,钢结构施工合拢温度拟定为254,施工阶段考虑-25 和+55 的施工温差荷载。游泳
3、馆和综合体育场考虑35 温度作用,其余钢结构考虑30 温度作用。某体育中心结构设计刘雪兵,区彤(广东省建筑设计研究院有限公司广州510370)摘 要:详细介绍了某体育中心的结构设计。针对项目用地条件,工程采用了先进、同时对施工吊装设备要求较低的索承结构体系。体育馆、训练馆和游泳馆充分利用周圈布置的环梁和V撑为索结构屋盖提供水平和竖向刚度;大跨度屋盖刚度由索结构体系自身的预张索力提供。根据建筑造型以及功能要求,场馆下部混凝土采用框架结构、预制看台板体系,屋盖钢结构分别采用索穹顶、单层索网、轮辐式双层索网以及张弦梁等索承结构体系,达到了技术先进、安全适用、经济合理、美观以及高效的材料利用率的目标,
4、为大跨度索承结构体系在强台风地区的应用起到了一定的推动作用。关键词:索承结构体系;巨型桁架;索穹顶;单层索网;轮辐式索桁架中图分类号:TU393.3文献标志码:A文章编号:1671-4563(2023)07-052-05Structural Design of a Sports CenterStructural Design of a Sports CenterLIU Xuebing,QU Tong(Guangdong Architectual Design&Reasearch Institute Co.,Ltd.Guangzhou 510370,China)AbstractAbstr
5、act:Introduces the structure design of a sports center in detail.According to the land conditions of the project,the advanced cablesupported structure system with low requirements for construction hoisting equipment is adopted in the project.Gymnasiums,training hallsand natatoriums make full use of
6、ring beams and V-braces arranged around the perimeter to provide horizontal and vertical stiffness for cablestructure roofs.The stiffness of long-span roof is provided by the pretensioned cable force of the cable structure system itself.According tothe architectural modeling and functional requireme
7、nts,the lower concrete of the venue adopts a frame structure and a prefabricated standplate system,and the steel structure of the roof adopts cable supported structural systems such as cable dome,single-layer cable net,spoketype double-layer cable net,and beam string,achieving the goal of advanced t
8、echnology,safe application,economic rationality,beauty,and efficient material utilization,It has played a certain role in promoting the application of long-span cable supported structures in strong typhoon areas.Key wordsKey words:cable supported structure system;giant truss;cable dome;single layer
9、cable net;spoke cable truss图1某体育中心效果Fig.1Renderings of a Sports Center52刘雪兵,等:某体育中心结构设计JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期3地质条件和地基基础3.1 地质条件项目场地大部分为鱼塘,上部土体均为软弱土,软土平均厚度为20.65 m,下部为泥质粉砂岩。场地内无活动断裂带通过,场地基底稳定。工程建设适宜性较差,需要通过地基处理或采用桩基础后,方可进行本工程的建设。3.2地基基础设计3.2.1地下室设计本工程在体育馆、游泳馆及商业底部设置一层地下室,建筑功能为人防地下室,地下室平
10、面尺寸为542.6 m183.6 m,为超长地下结构。根据建筑功能和设备走线要求,在地下室顶板短度方向上布置3条设备管沟,管沟面标高-2.30 m,如图2所示。地下室采用框架结构,底板采用隔水板设计,板厚500 mm;顶板采用梁板结构。3.2.2针对超长地下室采取的措施超长地下室,解决温度应力是设计重点之一。针对这个问题主要采取以下3个方面的措施:利用现有的设备管沟,设置通长凹槽2,将地下室顶板分隔成长度不大于120 m的板块,减小连续梁板的长度;同时在地下室侧壁上对应管沟部位设置温度诱导沟,以部分释放温度作用。地下室部分在结构设计中考虑温度应力的影响,进行定量计算的同时提高长方向的混凝土楼板
11、和结构梁的配筋率,提高混凝土抗收缩能力。混凝土楼面设置间距 3050 m 的后浇带,后浇带采用微膨胀混凝土,减少施工阶段的温度收缩应力。利用膨胀混凝土的补偿收缩性能,控制结构混凝土由干缩、冷缩、化学减缩、塑性收缩等原因引起的开裂现象,控制混凝土水化硬化期间由于水泥水化过程释放的水化热所产生的温度应力和混凝土干缩应力3。3.2.3地基基础形式根据地质勘察报告,场地淤泥分布广泛,层厚较厚。针对本场地地质特点,旋挖灌注桩对地层适宜性强,单桩承载力较高,但施工期长。PHC管桩在经济性、施工速度、施工便捷、质量易于保证等方面具有优越性,但单桩承载力比灌注桩低一些。综合以上两种桩型优势,对于纯地下室部分,
12、柱轴力较小,采用D500100高强预应力管桩(PHC-AB桩),桩端持力层为 4-2 强风化或者 4-3 中风化泥质粉砂岩。对各场馆下部柱,柱轴力较大,采用旋挖灌注桩,桩径为D1 000D1 800,桩端持力层为 4-3中风化泥质粉砂岩。本工程体育馆、训练馆场地中央以及结构轮廊以外地下室的结构自重(包括顶板面覆土、桩身自重)未能完全平衡地下水作用于底板的水浮力,为满足建筑物整体抗浮要求及控制底板结构配筋的经济性,不平衡部分的利用承压桩兼抗拔使用,以满足抗浮要求。4结构整体设计方案本工程场地大部分为鱼塘,覆盖土层由上至下依次为:素填土、流塑软塑淤泥质土、淤泥质粉砂、粉质黏土、泥质粉砂岩等。素土层
13、平均厚度约2 m,为新近填土,淤泥质土层厚1.2034.00 m,平均厚度为9.07 m。场地土软弱,大型施工机械,特别是钢结构吊装需要使用的大型吊机,难以在现有场地上行走。场地东侧为城际铁路,南侧、西侧为河涌,北侧为市政道路,施工场地限值因素较多(见图3)。根据场地狭长、地层淤泥深厚,大型施工机械较难适应本工程的特点,综合考虑建筑效果,做到技术先进、安全适用、方便建造,优先选用索承结构体系,以尽量避免适用大型机械进行施工作业。经综合分析和比较,体育馆采用索穹顶结构体系、训练馆采用轮辐式索桁架结构、游泳馆采用单层索网结构体系。体育场因建筑造型受到场地影响,南北两侧建筑体系过于单薄,无法做成相对
14、规则的受力形态,因此体育场采用巨型桁架+V支撑+张弦梁网格结构体系。5各体结构设计方案5.1体育场结构体系体育场无地下室,由地上4层(局部5层)看台+屋盖钢结构组成。屋面钢结构平面为近似椭圆,南北侧长度约为236.5 m,东西两侧长度约为228.5 m。最窄处为南北端的钢结构屋盖,宽度约 23 m。屋面钢结构标高51.29 m,投影面积23 400 m2。图2地下室顶板示意图Fig.2Schematic Diagram of Basement Roof(mm)54260037700商业综合游泳馆设备管沟地下室边线训练馆综合体育馆泳池商业76000117600527008400770098900
15、135000830018360073800109800结构标高-1.80 m结构标高-0.10 m结构标高-0.15 m结构标高-0.60 m结构标高-2.30 m结构标高-1.00 m结构标高-2.15 m泳池图3项目用地示意图Fig.3Schematic Diagram of Project Land921m(基地)753m(场地)基地建筑用地红线 建筑控制线431m(基地)257m(场地)149m(基地)110m(场地)53广东土木与建筑JUL 2023 Vol.30 No.72023年7月 第30卷 第7期体育场主要采用框架柱来提供结构的抗侧及抗扭刚度4。二层及以下环向柱跨为8 m,径
16、向主跨由里往外增大,最大约10 m;二层以上最外圈混凝土柱因建筑要求,采用隔一抽一的方式布置。柱混凝土强度C50C35,典型框架柱截面D800,800 mm800 mm,1 500 mm1 200 mm。体育场由于场地红线限制原因周边支撑体系不完整,形状不规则,因此结合建筑造型采用内圈巨型桁架+巨型格构柱支撑结构,保证结构受力,避免单臂悬挑结构。屋面钢结构传力路径为屋面檩条张弦网格(南北连廊)内(外)环桁架格构柱、柱脚万向支座看台结构混凝土柱灌注桩基础。支座间环向框架梁最大跨度为18 m,采用预应力混凝土梁,主要截面为500 mm800 mm,500 mm1 000 mm,700 mm1 50
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