东丽体育中心体育馆结构分析论文

东丽体育中心体育馆结构分析

摘要：东丽体育中心体育馆采用空间桁架体系，并采用环形桁架为结构的辅助支撑点。使用整体模型经过优化分析，及满足了各个工况下结构的安全，也保证了结构的合理和经济。

关键词: 钢结构桁架，整体分析，结构优化

中图分类号：tu391 文献标识码：a 文章编号：

1 工程概况

东丽体育中心位于天津市东丽区津塘二线以北，东丽宾馆西侧。总建筑面积约63600平方米，其中体育馆12000平方米，高度28米，地下一层、地上四层，主体为钢筋混凝土框架结构，屋盖为钢结构桁架，形似蝴蝶上扬翅膀，分别以主拱和四周看台为支点，形成完整的混凝土和钢结构共同工作体系。

图1 体育馆效果图

2结构设计

结构底座呈圆形，屋盖造型较为复杂，采用混凝土框架+钢桁架结构。其中，体育馆下部采用混凝土框架结构（见图1），地下一层，地上2-4层；根据拱形屋盖的空间形状，在主拱横跨方向为地上2层，斜柱屋面最高处为地上4层。其中柱网分别按照环向和水平竖直轴线正交布置。框架抗震等级为一级。基础采用独立单桩或多桩承台基础，桩选用钻孔灌注桩，桩径600毫米，桩长28.5米。

图1 体育馆下部结构模型

体育馆上部采用拱形屋盖结构，沿x向为主拱方向，主拱净高22m，

跨度达125m；两侧屋面为斜柱面与体育馆平面投影相切得到空间曲面，曲面最高点和主拱总高相同。为增加屋盖整体刚度，并方便设置支座，沿空间曲面外围布置环向桁架。屋面主桁架以环向桁架和主拱为支点，构成了拱形屋盖的主要受力体系。另外在屋面主桁架之间布置次桁架和水平支撑，构成该屋面的次要受力体系（图2）。杆件控制应力比0.8，结构总用钢量470t，55kg/m2。

a) 屋盖主拱b) 屋盖环向桁架

图2 屋盖主要支点

鉴于本结构计算要求模型具有清晰的空间概念、丰富的计算单元库及允许定义复杂截面，常规的计算软件satwe已不适用于本工程。采用csi公司的sap2000中文版进行整体分析，用midas/ gen程序进行计算校核。计算模型从地下1层开始至地上4层，并加入屋盖整体计算。采用弹性楼板假定，计算模型中楼板和屋面板均选用薄壳单元。

图3 体育馆整体结构模型

3 整体计算分析

考虑看台和屋盖之间相互作用，采用整体分析比分离分析结果更为准确，更有说服力；并且整体分析的结果对部分结构体系是有利的，可以避免设计构件过大而产生的浪费。在计算条件允许时，应尽量考虑整体模型（图3）分析的方法。

通过整体分析，结构整体振型如下：

第一振型第二振型第三振型

图4 整体模型振型图

由图中可以看出，第一振型和第二振型为平动振型，第三振型为扭转振型。符合一般高层房屋的振型规律。其中，第一振型为y向平动，第二振型为x向平动；这与单独计算屋盖结构时振型是不同的。单独计算屋盖结构时，第一振型为z向振动，这是由于大跨空间结构自由度多，跨中变形和应力偏大的原因。计算得，第一振型自振周期为0.9645s，第二振型自振周期为0.9498s，第三振型自振周期为0.8616s；总体振型合理，在此前提下，可以进行进一步的分析。对模型进行线性屈曲，屈曲模态为：

表1 模型线性屈曲模态

线性屈曲模态特征值说明改结构，具有较强的整体稳定性，结构安全储备较为充足。在通常条件下，很难出现整体失稳的情况。结构位移满足规范要求[1]，在地震工况下，x向位移角为1/620，y 向为1/575[2]。屋顶钢结构应力比分布图表示了应力比的分布，从图中可以看出，应力比分布比较均匀，杆件的材料性能的到充分的发挥。

图5 主要杆件应力分布图

4 结论

通过完整的结构分析，确定了体育馆的结构体系，并通过整体计算使整个结构形式更趋于合理[3]。在各种工况下，结构都能满足承载力及稳定要求。

参考文献

jgj3-2010《高层建筑混凝土结构设计规程》,中国建筑工业出版社, 2010

gb50017-2003《钢结构设计规范》, 中国计划出版社, 2003

汪大绥,周建龙等.世博演艺中心屋盖钢结构设计与分析.建筑结构,2009,s1