某体育公园结构设计要点

３８　江苏建筑　２０１７年第３期（总第１８３期）　某体育公园结构设计要点　程湘琳　（江苏省建筑设计研究院有限公司，江苏南京２１００１９）　［摘　要】　文章阐述了宝应县生态体育休闲公园的设计要点，主要有结构方案的比选，风荷栽体型系数的取值，温度荷栽　的计算方法等。　【关键词】　体育公园；结构方案，风荷载体型系数，温度荷载　【中图分类号］ＴＵ２４５［文献标识码】Ｂ［文章编号】ｌ０Ｏ５—６２７０（２０１７）０３—００３８—０４　Ｋｅｙ　Ｐｏｉｎｔｓ　ｉｎ　ａ　Ｓｐｏｒｔｓ　Ｐａｒｋ　Ｄｅｓｉｇｎ　ＣＨＥＮＧ　Ｘｉａｎｇ－ｌｉｎ　（Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．．Ｌｔｄ．Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｊｉａｎｇｓｕ　２　１００１９　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｄｅｓｉｇｎ　ｋｅｙ　ｐｏｉｎｔｓ　ｏｆ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｐｏｔｓ　Ｐａｒｋ　ｉｎ　Ｂａｏｙｉｎｇ　Ｃｏｕｎｔｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｃｈｏｏｓｉｎｇ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｃｈｅｍｅｓ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ　ｓｈａｐｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｌｏａｄｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｐｏｒｔｓ　ｐａｒｋ，ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｃｈｅｍｅｓ，ｗｉｎｄ　ｌｏａｄ　ｓｈａｐｅ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ，ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｌｏａｄｓ　１　工程概况　年重现期０．４５ｋＮ／ｍ２　２结构方案的比选　宝应生态体育休闲公园位于宝应县城南新城宝南湖　南侧．东至城中路，南ｌ临宝南路，北临宝南湖．西至淮江大　体育场为两侧看台通过外嗣护钢结构从东、南、西三面　同合．北侧开敞而形成平面开口椭圆形（体育场看台建筑平　面图如图２）．．东西两侧看台均为２层。总高度１４．９１５ｍ，采　用现浇钢筋混凝土框架结构．框架的抗震等级为３级。每侧　看台外环建筑总长约为１９５ｍ．径向建筑总长为３０ｍ．采用　预制清水混凝土看台板（根据国家标准图集１３ＳＧ３６４选　型）．预制看台间的缝隙释放了温度应力，因此看台结构部　分不考虑温度应力．仅５．４ｍ平台结构超长，拟采用的方法　道　项目由体育场、体育综合馆两部分组成，为乙级体育建　筑．各场馆规模为小型。其中体育场满足举办地区性和全　国单项比赛．看台座位数１２３７９座，主体结构设计使用年限　５０年．耐火等级一级：体育综合馆包含体育馆、游泳馆和全　民健身中心３个部分．其中体育馆看台座位数３５４９座，满　足举办地区性和全国单项比赛．游泳馆局部下设１层地下　室．地下室防水等级２级．抗渗等级Ｐ６。体育综合馆主体结　构设计使用年限均为５０年．耐火等级１级，屋面防水等级　Ｉ级　建筑效果图如图ｌ。　是结构不设缝．加强温度应力计算，荷载组合考虑温度作　用．采用“抗防结合”来抵消温度应力的不利影响。主要结构　图ｌ建筑效果图　本Ｔ程设计使用年限５０年．抗震设防类别体育场为乙　图２体育场看台建筑平面图　类．体育综合馆为丙类。建筑安全等级为２级，地基基础设　【收稿日￣］２０１７－０ｌ—ｌ９　计等级乙级。抗震设防烈度为６。（０．０５ｇ），设计地震分组为第　３组．场地类别Ⅳ类，场地特征周期０．９０ｓ，基本风压按一百　［作者简介】程湘琳，江苏省建筑设计研究院有限公司，高级工程师。　江苏建筑　２０１７年第３期（总第１８３期）　ｑ　技术措施有：通过设置后浇带和施工缝释放施工阶段大部　分因混凝土收缩引起的应力，使用阶段．控制环向次梁间距　并通过在环向梁中施加预应力来提高混凝土自身的抗裂能　力，并在混凝土中掺人一定比例的微膨胀剂和抗裂纤维，以　期结构不出现肉眼可见的裂缝。看台结构剖面如图３。　图４方案ａ　ｃ的结构单元计算模型　图３看台结构剖面图　体育场钢围护结构单元考虑３种结构方案：实腹式工　字钢截面（方案ａ），弦杆和腹杆均为圆管的平面桁架ｆ方案　ｂ）以及弦杆为圆管、腹杆为钢板的平面桁架（方案ｃ）。以一榀　落地钢结构单元为例（单元根部截面高度或弦杆中心线间　距为１．６ｍ。单元竖向高度或悬挑长度为２１ｍ）．各方案的结　构单元计算模型如图４．方案ａ采用梁单元模拟．方案ｂ弦　杆和腹杆均采用梁单元模拟．方案ｃ采用梁单元模拟弦杆、　膜单元模拟腹板。各方案的优劣性比较如表１。　经过比选，采用方案ｂ，即平面钢管桁架方案。体育场　图５体育场典型结构单元一　图６体育场典型结构单元二　由三个典型的结构单元组成：东西两侧看台处（７１　９轴和　４７　３１轴）平面钢管桁架支承在看台主体结构上．如图５所　体育场整体计算模型如图８所示．采用３Ｄ３Ｓ和　ＳＡＰ２０００两个计算程序进行结构分析．计算结果十分吻合。　根据体育场整体模型模态计算结果．结构前ｌ６阶振型　均为钢结构部分的振动。且依次是平面开口上的两个典型　示：１Ｏ一２７轴无看台处平面钢管桁架支承在桩基承台基础　之上，如图６所示：围护结构在尽端（６６　７０轴和５２　４８轴）　因建筑造型需要不能落地．采用空间钢管桁架结构以实现　竖向和水平两向悬挑．如图７所示。　结构单元三的水平振动．１Ｏ　３０轴典型结构单元二的竖向　振动以及主席台侧典型结构单元一的竖向和水平振动．第　表１　体育场结构单元方案比较　表２　典型结构单元规格　江苏建筑　２０１７年第３期（总第１８３期）　图ｌ０游泳馆单体计算模型（ＳＡＰ２０００）　图７体育场典型结构单元三　图１　１全民健身中心单体计算模型（ＳＡＰ２０００）　图８体育场整体计算模型　ｌ７阶振型为主席台侧混凝土主体结构和钢结构的整体水　平和竖向振动。模态分析结果表明结构整体刚度较弱．整体　振型少，局部振型多，且以钢结构部分的振动为主。因此，体　育场结构各典型结构单元模型的计算分析和整体模型计算　分析同等重要．且设计采用两者的包络设计　体育综合馆由体育馆、游泳馆和全民健身中心３个单　体组成，其中体育馆主体结构２层（局部３层），ｌ层层高　５．４ｍ，屋面标高１５．００ｍ～２５．９３７ｍ，屋顶平面呈椭圆形，长轴　ｌ２０ｍ￣短轴９０ｍ：游泳馆主体结构ｌ层（局部２层），屋面标　高１５．００ｍ～２３．１９８ｍ．屋顶平面呈椭圆形．长轴１００ｍ￣短轴　８０ｍ：全民健身中心主体结构２层，ｌ层层高５．４ｍ。屋面标　高１５．００ｍ　２１．８７３ｍ．屋顶平面呈椭圆形．长轴８８ｒｅｘ短轴　图ｌ２游泳馆和全民健身中心整体计算模型（ＳＡＰ２０００）　对各模型计算结果进行分析，可以得ｍ以下结论：　（１）钢屋盖面内接近无限刚，结构的抗侧刚度仅来源于　柱子的抗侧刚度贡献．而由于建筑对于立面的需要，无法通　过设置层间梁或柱间交叉支撑的方式来调整结构的抗侧刚　度和抗扭刚度：　７０ｍ　各馆均采用框架结构，框架抗震等级为３级，屋面采　用单向平面钢管桁架并通过在另一方向设置支撑桁架同时　设置上下弦交叉支撑形成屋面面内刚度。保证水平力的双　向可靠传递．柱顶与桁架均采用铰接。体育馆单独作为一个　（２）南于建筑造型的需要．各馆柱子均统一截面为　８ｏ０．但是柱子线刚度因受斜屋面标高的制约相差很大．　因此结构扭转振型较明显：　（３）游泳馆和全民健身中心两个单体各自的模态差异较　结构单元。计算模型如图９；游泳馆和全民健身中心考虑脱　开（计算模型如图ｌ０．罔ｌ１）和连成整体（计算模型如罔　ｌ２）两个结构方案　为显著．连为一体后整体振型弱．仍然以各自的振动为主。　综合以上分析．最终采纳游泳馆和全民健身中心脱开　的方案　３风荷载体型系数的取值　本Ｔ程体型较为复杂．对风荷载较为敏感．风荷载的计　算尤为重要．由于丁期等客观原因无法进行风洞试验，因此　结构设计借鉴已有体育建筑（南京奥体中心、青奥体育公园　等）并参照荷载规范ＧＢ　５０００９—２０１２取值．体育场钢结构　部分按荷载规范表８－３．１条第３４项．混凝土框架部分按　８．３．１条第５项取值（如图ｌ３，图ｌ４）；体育综合馆按８＿３．１　图９体育馆整体计算模型（３Ｄ３Ｓ）　条第３０项和第５项取值（如图１５）。　江苏建筑　２０１７年第３期（总第１８３期）４　表６　基底剪力　上）（表４、表５）　体育场西侧看台在风荷载作用下的基底剪力（见表６）。　东侧看台结果略。　其余结果略。　圈ｌ３体育场单榀结构单元的风荷载（３Ｄ３Ｓ）　一　一　≥图ｌ４体育场整体模型的风荷载位移图（３Ｄ３Ｓ）　　体育场西侧看台风荷载统计如下：（ｘ正向为体育场南　北方向．Ｙ正向为体育场东西方向，Ｚ正向为垂直纸面向　Ｉ　图ｌ５体育综合馆风荷载体型系数　表４　风压　图ｌ６体育馆风荷载作用下位移图（左风）　４温度荷载计算　体育综合馆温度荷载的确定：　结构最大温升／ｘＴＫ＝＂Ｉｓ，ｍａｘ—ＴＯ，ｍｉｎ；　结构最大温降△ＴＫ＝Ｔｓ．ｍｉｎ—ＴＯ．ｍａｘ　结构最高平均温度Ｔｓ．ｍａｘ和最低平均温度Ｔｓ，ｍｉｎ分　别由最高、最低基本气温确定。“对室内结构，结构最高平　ｌ下转第５０页）　江苏建筑　３结论　２０１７年第３＿｝ｌｌ】（总第１８３期）　基于ＢＩＭ—ＦＥＭ的钢删架液压提升安．牟＝预警系统．以时　变有限元分析为核心，利ｊ１】基ｌＦＢＩＭ的网架液压提升动态　模型为基础，实　ｒ　架液压提升过程自动预警　这一研　究．在珠海航腥ＩｆＩ　Ｏ新建圭展馆Ｔ＝稃钢结构网架施丁进行　了测试和应用．能够满足需求、　参考文献　Ｊ　１］Ｌｕｉｇｉ　Ｂａｒａｚｚｅｔｔｉ，Ｆａｂｒｉｚｉｏ　Ｂａｎｆｆ，Ｐ，．ａｆｆａｅｌｌａ　Ｂｒｕｍａｎａ，Ｇａｉａ　Ｇｕｓｍｅｒｏｌｉ，Ｍａｔｔｉａ　Ｐｒｅｖｉｔａｌｉ，Ｇｉｕｓｅｐｐｅ　Ｓｃｈｉａｎｔａｒｅｌｌｉ．Ｃｌｏｕｄ－ｔｏ－　Ｂ１Ｍ－ｔｏ－ＦＥＭ：Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｉｔｎｕｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ａｃｃｕｒａｔｅ　ｈｉｓｔｏｒｉｃ　图８钢结构屋盖网架空间姿态（Ｓｔｅｐ一８１　ＢＩＭ　ｆｒｏｍ　ｌａｓｅｒ　ｓｃａｎｓ　ｔｌ　１．Ｓｉｎｍｌａｔｉｏｎ　Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　Ｔｈｅｏｒｙ，２０１５，５７：７１—８７．　【２］Ｐｉｎｇｂｏ　Ｔａｎｇ，１）ａｎｉｅｌ　Ｈｎｂｅｒ，Ｂｕｒｃｕ　Ａｋｉｎｃｉ，Ｋｏｂｅｍ　Ｌｉｐｍａｎ，　Ｊ馐罐　：谴１１　Ｍａｎ　Ｌｙｔｌｅ．Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｓ—ｂｕｉＩｔ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｉｎ—　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｍｏｄｅｌｓ　ｆｒｏｍ　ｌａｓｅｒ——ｓｃａｎｎｅｄ　ｐｏｉｌＩｔ　ｃｌｏｕｄｓ：Ａ　ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｒｅｌａｔｅｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　２（３　１　０．１　９：　８２９－８４３．　Ｉ３１上海同及宝建设机器人有限公司，殊海航展ｅｅ心新建主　展馆屋盖网架液压提升专项作业方案【ｚ１，２（）１６．　【４ｌ黄三珊．大跨度铜网架结构整体提升施工关键技术及　图９屋盖网架液压提升时变有限元分析一竖向位移　（左区．Ｓｔｅｐ　８）　ＢＩＭ应用研究【１）ｌ华南理工大学，２０１４．　￣－。—’＿。十。十。’＋－　—＿卜　＋＊十－＋－１一。＋一＋一＋“＋－＋”＋”＋”＋－＋　＋＊＋・＋一＋一＋一十一＋一＋一十－＋“＋一＋一＋－＋－＋　＋“＋一＋一＋　＋一＋一＋一＋一＋一＋一＋－　（上接第４１页）　均温度和最低平均温度一般可依据窀内和室外的环境温度　按热ｒ学的原理确定．可近似地取窀内外环境温度的平均　值”。宝应地区最高、最低基本气温分别为３６℃和一６ｏＣ．室内　环境温度根据暖通专业设定值夏季平均为２６℃．冬季为　ｌ　６￣Ｃ，　（１２）１．２　１．０恒＋１．４　１．０活＋１．４＊０．６风＋１．４｛０．６温降　（１３）１．２　１．０忸＋１．４＊０．７活＋１．４　１．０　ＪｘＬ＋１．４＊０．６温升　（１４）１．２　１．０恒＋１．４＊０．７活＋１．４　１．０风＋１．４　０．６温降　（１５）１．２　１．０恒＋１．４＊０．７活＋１．４＊０．６风＋１．４　１．０温升　此Ｔｓ，ｍａｘ：（３６＋２６）／２：３　ｌ℃，Ｔｓ，ｎｆｉｎ＝（一６＋ｌ　６）／２＝５￣Ｃ。　（１６）ｌ－２　１．０　＋１．４＊０．７活＋１．４＊０．６）Ｘｌ＋ｌ－４￥１．０温降　（１７）１．Ｏ　】．０恒＋１．０　０．６温升　根据Ｔ期弩虑结构的合拢温度为ｌ０℃～】５￣Ｃ．　此结构最大　温升△　ＦＫ＝３ｌ＿ｌ０＝２ｌ℃，最大温降为５一ｌ５＝－ｌ０　．考虑温度　茼栽的复杂性，结构设汁计算取＋２５℃．一２０￣Ｃ　温度倚载的分项系数为１．４．组合值系数为０．６．含温度　荷载的荷载组合如下．　（１）ｌ＿２　１．０　＋１．４　１．Ｏ温升　（１８）１．０｛１．０恒＋１．０￥１．０温降　（１９）１．０　１．０恒＋１．０　１．０温升＋１．０＂０．７活　（２０）１．　１．０恒＋１．０｝１．０温降＋１．０＂０．７活　（２１）１．Ｏ　１．０　＋１．０＂０．６温弭　＋１．０　１．０活　（２２）１．Ｏ　１．０恒＋１．０　０．６温降＋１．０　１．０活　５结论　（２）１．２　１．０恒＋１．４　Ｉ．Ｏ温降　（３）１．２　１．０恒＋１．４　Ｊ．Ｏ活＋Ｊ．４＊０．６温升　（４）１．２　１．０恒＋１．４　１．Ｏ活＋１．４＊０．６温降　（５）１．２　Ｉ．０恒＋１．４　０．７活＋１．４｛１．０温升　本史对宝７澎牛念『奉育休　公网结构设计中的结构方案　比选问题、风荷戟和温度简载的计算等问题进行了探讨．基　本做到了技术先进．侏证Ｊ　结构的安全可靠，、　参考文献　（６）１．２　１．０恒＋１．４　０．７活＋１．４　Ｉ．０温降　（７）１．２　１．０恒＋１．４　１．Ｏ风＋１．４　０．６温升　ｌ１】建筑抗震设计规范：ＧＢ　５【）（｝１１—２０１（）ｌＳ１．中国建筑工业出　版社．２（１１ｏ．　（８）１．２　１．０恒＋１．４　１．０风＋１．４｛０．６温降　（９）ｌＩ２　１．０恒＋１．４＊０．６风＋１．４　１．０温升　１２　Ｊ建筑结构荷载规范：ＧＢ　５Ｏ（１（１９—２０１２［Ｓ］．中国建筑工业出　版社．２（】１２．　（１Ｏ）１．２　１．０恒＋１．４＊０．６风＋１．４　１．０温降　（１１）１．２　１．０恒＋１．４　１．０活＋１．４＊０．６　Ｊｘｔ＋１．４　０．６温升