某体育馆结构分析设计及相关问题的思考
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.Shanghai United Design Group INC,Nanjing Jiangsu 210009 China)
Abstract： Taking Siyang gymnasium as an example, it discusses a series of problems in the structural calculation of the reinforced concrete structure because of the steel grid，and puts forward relative solution and structural measures.The structural type of the gymnasium，the treatment of structural model and the integrity analysis about the hollow building are discussed.The post-pouring drip and strengthening drip are used to solve the large span and super long problems.The thoughts on the common problems in the structural design of the similar type of the stadium，and some solutions are provided，which can be referred to by the similar project design. Key words： stadium； torsional effect； torsional displacement ratio; structural calculation； co-working； structural design
1 工程概述 泗阳县体育中心由体育场、体育馆、游泳馆 3 栋建筑组
成，位于泗阳新区上海南路旁，为当地标志性建筑。 其中体 育馆建筑面积 13 814.4 m2，设 有 3 470 个座 位 ，是 1 栋建 筑 等级为丙级的中型体育建筑， 由 1 个比赛馆和 1 个训练馆 组成。体育馆和训练馆中间设抗震缝分开，本文着重介绍比 赛馆的结构分析及设计。 体育馆平面及剖面简图见图 1。
从使用功能上来说，比赛馆四周不宜设置缝，为解决混 凝土收缩徐变问题， 在建筑物的纵横向从上到下设置 5 道 后浇带， 在两侧构件混凝土浇捣完成并正常养护不少于 60d 后 ，用 强 度 等 级 高 一 级 的 混 凝 土 （内 掺 10%~12%微 膨 胀剂）浇捣封死。 在地下室底板、外墙及现浇钢筋混凝土屋 面的混凝土内掺入混凝土减缩抗裂增强剂， 并按产品要求 做现场配合比实验。 同时加强 2 层室外大平台上的保温层 处理。 大量工程经验表明，采取这些措施后，由于温度变化 及混凝土收缩对超长结构的影响可以得到有效控制。
图 1 体育馆平面及剖面简图 2 整体概念设计
2.1 概念设计 近年来随着国民经济的高速发展， 各地建设体育健身
场所的力度相比过去有很大提高。 中小型体育馆给当地人 民群众的精神生活提供了必要的场所。 体育馆与普通的房 屋建筑相比，其造型较为独特，空间关系复杂，建筑师一般 会追求建筑独特的形象美， 这给结构设计带来了一定的难 度。结构设计除了要满足本身的受力要求外，还需与建筑美 学上的要求相结合。此时，建筑师需要具备一定的力学基础 及常识判断能力，结构师辅以密切配合，最终应能达到结构 力量美与建筑形象美的巧妙结合。
江苏建筑 2012 年第 1 期（总第 146 期）
33
某体育馆结构分析设计及相关问题的思考
刘 军 1，2，鲍 利 1，3
（1 东南大学 土木工程学院，江苏南京 210096;2 江苏中和建筑设计有限公司，江苏南京 3 上海联创建筑设计有限公司，江苏南京 210009）
210009；
［摘 要］ 以泗阳体育馆为例，讨论了钢网架在钢筋混凝土结构计算中带来的一系列问题，提出了相应的解决办法及结
构措施。 介绍了该体育馆在主体结构设计中对结构布置和计算模型的考虑及处理措施。 通常设置后浇带和加强带解决大跨、 超长问题。 对该类工程结构设计中常见的问题作了一些思考，提出了一些解决方法，可供同类工程设计参考。
［关键词］ 体育馆；扭转效应；扭转位移比；整体计算；共同作用；结构设计 [中图分类号]TU245.2:TU318 [文献标识码]A [文章编号]1005-6270（2012）01-0033-03
江苏建筑 2012 年第 1 期（总第 146 期） 桩基 础 采 用 预 应 力 混 凝 土 管 桩 ，型 号 为 PC-400(90)AC70。 根据淮安市建筑设计研究院有限公司提供的《岩土工 程勘 察 报 告 》（勘 察 编 号 ：K2010-010）， 取⑥层 粉 质 粘 土 层 为桩端万持力层 ，桩进 入 该 层在 3 m~5 m 之 间 。 对于 体 育 馆这类立面变化复杂的建筑来说，框架柱下轴力变化较大， 故工程桩承载力特征值不作区分取同一值无疑是不合适 的。出于控制整个建筑沉降均匀的目的，本工程通过调整桩 进入持力层的长度， 单桩竖向抗压承载力特征值分别取 1 200 kN，800 kN， 桩长分别为 20 m 和 18 m。 基础布桩采 用变刚度调平原则，采取主动控制，外围平台处及入口门厅 处 仅 1 层 ，桩 承 载 力 特 征 值 取 800 kN，内 部 2 层 看 台 及 网 架支承柱下桩承载力特征值取 1 200 kN。 桩承台间设置基 础拉梁，增强基础整体刚度，并考虑上部结构刚度影响，采 用 PKPM 系 列 软 件 中 基 础 设 计 软 件 JCCAD(2008 版 ) 进 行 整体计算分析。 3.2 关于非工程桩试桩的讨论 工 程 桩 施 工 前 进 行 非 工 程 桩 试 桩 。 目 前 工 程 界 ，由 于 各 方人员对试桩原理及目的理解有误，在做非工程桩试桩时， 出于某些原因，未破坏（桩身破坏或土体破坏）即停止加载， 未达到试桩目的，造成巨大的经济浪费，并可能留有安全隐 患。有人甚至将其与工程桩的检测性试验混为一谈。这些错 误的理解对基础工程造成的影响是难以估计的。 桩基础施 工前做实验性试桩，目的是试验测得工程桩的极限承载力， 并检验桩基施工工艺的可行性，如用非工程桩做试桩，则需 加载至破坏。而工程桩施工结束后进行的静载试验，则是为 了监测工程桩的承载力是否满足设计要求， 加载至设计要 求的值即可。 可见，二者在目的及施工做法均截然不同。 本 工程做非工程桩破坏性试桩，试验获得了桩的极限承载力， 与未做破坏的试桩相比，承载力特征值获得了 20%的提高， 取得了较好的经济效益。 4 上部结构分析及设计 4.1 结构体系 4.1.1 整体结构体系 本工 程 建 筑场 地 类 别为 III 类 ，工 程 抗 震 设 防 烈 度 为 7 度 （0.10 g），建 筑 抗 震 类 别 为 丙 类 ，按 7 度 设 防 烈 度 采 取 抗 震措施，基本风压为 0.4 kN/m2, 基本雪压为 0.4 kN/m2。 比赛馆内部空旷 ，2 层以上平面呈圆形 ，支 撑网 架 的 大 柱沿圆周均匀布置，沿柱顶设置水平预应力环梁，沿环向形 成强框架，为网架提供良好的支座条件。本工程空间整体作 用明显 ， 采用空间 有 限元 分 析 与设 计 软 件 SATWE 进 行 整 体计算。 四围看台构成斜向框架，结构布置较为复杂，采用 钢 筋混 凝 土 框、 排 架 结 构计 算 软 件 PK 对 单 榀 主 框 架 进 行 复核 ，获得主框架定性 的 受 力形 式 ，并 与 SATWE 计 算 结 果 做比较分析。 4.1.2 看台结构体系 看台结构是体育馆的主要结构，是体育馆设计的重点， 目前常见的有 3 种处理方式：
比赛馆结构平面布置呈圆形， 中部空旷， 采用框架结 构 ，屋 盖 采用 钢 网 架结 构 。 网 架结 构 由 16 根 直 径 为 1m 的 大 柱 子 支承 ，其 柱 距约 为 14 m。 为 减少 网 架 对下 部 结 构 的 影响，网架支座采用橡胶支座，减小网架推力对柱的影响。 在 柱 顶 设 置 截 面 尺 寸 为 800mm×1200mm 的 环 形 预 应 力 大 梁， 与框架柱形成环向强框架， 为网架提供良好的支座条 件，同时加强底部平台环板的厚度及配筋，充分发挥结构的 整体空间作用，使环向框架与看台框架的整体性得到加强。 2.2 关于中震防发〔2009〕49 号文的思考
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Structural Analysis and Design of a Gymnasium and some Thoughts on the Relevant Issues
LIU Jun1，2 BAO Li1，3 (1. Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096 China;2.Jiangsu Zoomar Architecture，Co．，Ltd，Nanjing Jiangsu 210009 China;
34
能的前提下，提前把握好结构总体方案，使结构布置尽量规 则 及 传 力 直 接 。 该 体 育 馆 总 长 约 156 m，宽 约 105 m，比 赛 馆及训练馆分别呈圆形及椭圆形，整体空间性能较好。根据 建筑平面布置，在结构整体设计方面，设置 3 道抗震缝，将 2 个入口处的大台阶、比赛馆、训练馆相互脱开，避免地震 时由于质量、 刚度分布不均匀而使整体建筑产生不必要的 破坏。
考虑到本工程在紧急情况（发生地震等紧急情况）时可 能成为人员避难所，本工程在抗震措施上作了加强，框架抗 震等级取二级（相当于按重点设防类别设防）。 未提高地震 作用而提高了抗震措施， 这与单纯的提高地震作用有所不 同。 提高抗震措施，着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱 部位的抗震能力上，是经济而有效的方法；如只提高地震作 用，则结构的各构件均全面增加材料，投资增加的效果不如 前者。 可见抗震加强应有的放矢，结合当地经济水平，注重 投资回报率。 3 基础设计 3.1 变刚度调平布桩
120 mm，用弹 性 膜 理论 进 行 框架 结 构 整体 计 算 。 二 者 的 刚
江苏建筑 2012 年第 1 期（总第 146 期） （1）现浇 整 体 板式 （类 似 板式 楼 梯 ），优 点 是 整 体 性 好 、
35
是非常大的，本工程网架与框架结构连接为橡胶支座，故网
外形美观，缺点是结构自重大、材料浪费。
架平面外刚度很小。 在模拟网架刚度时采用了定义板厚为
（2）L 型 预 制 板 ，其 优 点 是 施 工 速 度 快 ，缺 点 是 整 体 性
由于该体育馆使用功能对大空间、大跨度有较高要求， 在建筑中形成了大空间，在四周形成了斜向大看台，看台下 灵活布置了建筑功能要求的房间。 本工程在建筑方案阶段 结构师就与建筑师配合设计， 力图在实现建筑复杂使用功
[收稿日期]2011-11-07 [作者简介]刘军，男，东南大学土木工程学院，一级注册结构工程 师，工程师。
汶川 地 震 后，中 国 地 震 局 发 布 了 中 震 防 发 〔2009〕49 号 文件，即《关于学校、医院等人员密集场所建设工程抗震设 防要求确定原则的通知》。本工程根据国家规范按标准设防 类别 设 防 ，本设 计 未 执行 中 震 防 发 〔2009〕49 号 文 。 对 于 一 般的公共建筑，人员密集的频率相对学校、医院而言较低， 考虑到规范抗震设防思想及当地经济水平， 不宜一概而论 对只要有“人员密集”可能的公共建筑都按该文件执行。 盲 目提高地震动峰值加速度，并不一定能带来相应的效益。后 经电 话 咨 询地 震 局 相关 工 作 人员 ，中 震 防 发 〔2009〕49 号 文 件仅对学校及医院两类人员密集场所的建筑执行。 可见本 工程的设计理念是符合文件精神的。
Abstract： Taking Siyang gymnasium as an example, it discusses a series of problems in the structural calculation of the reinforced concrete structure because of the steel grid，and puts forward relative solution and structural measures.The structural type of the gymnasium，the treatment of structural model and the integrity analysis about the hollow building are discussed.The post-pouring drip and strengthening drip are used to solve the large span and super long problems.The thoughts on the common problems in the structural design of the similar type of the stadium，and some solutions are provided，which can be referred to by the similar project design. Key words： stadium； torsional effect； torsional displacement ratio; structural calculation； co-working； structural design
1 工程概述 泗阳县体育中心由体育场、体育馆、游泳馆 3 栋建筑组
成，位于泗阳新区上海南路旁，为当地标志性建筑。 其中体 育馆建筑面积 13 814.4 m2，设 有 3 470 个座 位 ，是 1 栋建 筑 等级为丙级的中型体育建筑， 由 1 个比赛馆和 1 个训练馆 组成。体育馆和训练馆中间设抗震缝分开，本文着重介绍比 赛馆的结构分析及设计。 体育馆平面及剖面简图见图 1。
从使用功能上来说，比赛馆四周不宜设置缝，为解决混 凝土收缩徐变问题， 在建筑物的纵横向从上到下设置 5 道 后浇带， 在两侧构件混凝土浇捣完成并正常养护不少于 60d 后 ，用 强 度 等 级 高 一 级 的 混 凝 土 （内 掺 10%~12%微 膨 胀剂）浇捣封死。 在地下室底板、外墙及现浇钢筋混凝土屋 面的混凝土内掺入混凝土减缩抗裂增强剂， 并按产品要求 做现场配合比实验。 同时加强 2 层室外大平台上的保温层 处理。 大量工程经验表明，采取这些措施后，由于温度变化 及混凝土收缩对超长结构的影响可以得到有效控制。
图 1 体育馆平面及剖面简图 2 整体概念设计
2.1 概念设计 近年来随着国民经济的高速发展， 各地建设体育健身
场所的力度相比过去有很大提高。 中小型体育馆给当地人 民群众的精神生活提供了必要的场所。 体育馆与普通的房 屋建筑相比，其造型较为独特，空间关系复杂，建筑师一般 会追求建筑独特的形象美， 这给结构设计带来了一定的难 度。结构设计除了要满足本身的受力要求外，还需与建筑美 学上的要求相结合。此时，建筑师需要具备一定的力学基础 及常识判断能力，结构师辅以密切配合，最终应能达到结构 力量美与建筑形象美的巧妙结合。
江苏建筑 2012 年第 1 期（总第 146 期）
33
某体育馆结构分析设计及相关问题的思考
刘 军 1，2，鲍 利 1，3
（1 东南大学 土木工程学院，江苏南京 210096;2 江苏中和建筑设计有限公司，江苏南京 3 上海联创建筑设计有限公司，江苏南京 210009）
210009；
［摘 要］ 以泗阳体育馆为例，讨论了钢网架在钢筋混凝土结构计算中带来的一系列问题，提出了相应的解决办法及结
构措施。 介绍了该体育馆在主体结构设计中对结构布置和计算模型的考虑及处理措施。 通常设置后浇带和加强带解决大跨、 超长问题。 对该类工程结构设计中常见的问题作了一些思考，提出了一些解决方法，可供同类工程设计参考。
［关键词］ 体育馆；扭转效应；扭转位移比；整体计算；共同作用；结构设计 [中图分类号]TU245.2:TU318 [文献标识码]A [文章编号]1005-6270（2012）01-0033-03
江苏建筑 2012 年第 1 期（总第 146 期） 桩基 础 采 用 预 应 力 混 凝 土 管 桩 ，型 号 为 PC-400(90)AC70。 根据淮安市建筑设计研究院有限公司提供的《岩土工 程勘 察 报 告 》（勘 察 编 号 ：K2010-010）， 取⑥层 粉 质 粘 土 层 为桩端万持力层 ，桩进 入 该 层在 3 m~5 m 之 间 。 对于 体 育 馆这类立面变化复杂的建筑来说，框架柱下轴力变化较大， 故工程桩承载力特征值不作区分取同一值无疑是不合适 的。出于控制整个建筑沉降均匀的目的，本工程通过调整桩 进入持力层的长度， 单桩竖向抗压承载力特征值分别取 1 200 kN，800 kN， 桩长分别为 20 m 和 18 m。 基础布桩采 用变刚度调平原则，采取主动控制，外围平台处及入口门厅 处 仅 1 层 ，桩 承 载 力 特 征 值 取 800 kN，内 部 2 层 看 台 及 网 架支承柱下桩承载力特征值取 1 200 kN。 桩承台间设置基 础拉梁，增强基础整体刚度，并考虑上部结构刚度影响，采 用 PKPM 系 列 软 件 中 基 础 设 计 软 件 JCCAD(2008 版 ) 进 行 整体计算分析。 3.2 关于非工程桩试桩的讨论 工 程 桩 施 工 前 进 行 非 工 程 桩 试 桩 。 目 前 工 程 界 ，由 于 各 方人员对试桩原理及目的理解有误，在做非工程桩试桩时， 出于某些原因，未破坏（桩身破坏或土体破坏）即停止加载， 未达到试桩目的，造成巨大的经济浪费，并可能留有安全隐 患。有人甚至将其与工程桩的检测性试验混为一谈。这些错 误的理解对基础工程造成的影响是难以估计的。 桩基础施 工前做实验性试桩，目的是试验测得工程桩的极限承载力， 并检验桩基施工工艺的可行性，如用非工程桩做试桩，则需 加载至破坏。而工程桩施工结束后进行的静载试验，则是为 了监测工程桩的承载力是否满足设计要求， 加载至设计要 求的值即可。 可见，二者在目的及施工做法均截然不同。 本 工程做非工程桩破坏性试桩，试验获得了桩的极限承载力， 与未做破坏的试桩相比，承载力特征值获得了 20%的提高， 取得了较好的经济效益。 4 上部结构分析及设计 4.1 结构体系 4.1.1 整体结构体系 本工 程 建 筑场 地 类 别为 III 类 ，工 程 抗 震 设 防 烈 度 为 7 度 （0.10 g），建 筑 抗 震 类 别 为 丙 类 ，按 7 度 设 防 烈 度 采 取 抗 震措施，基本风压为 0.4 kN/m2, 基本雪压为 0.4 kN/m2。 比赛馆内部空旷 ，2 层以上平面呈圆形 ，支 撑网 架 的 大 柱沿圆周均匀布置，沿柱顶设置水平预应力环梁，沿环向形 成强框架，为网架提供良好的支座条件。本工程空间整体作 用明显 ， 采用空间 有 限元 分 析 与设 计 软 件 SATWE 进 行 整 体计算。 四围看台构成斜向框架，结构布置较为复杂，采用 钢 筋混 凝 土 框、 排 架 结 构计 算 软 件 PK 对 单 榀 主 框 架 进 行 复核 ，获得主框架定性 的 受 力形 式 ，并 与 SATWE 计 算 结 果 做比较分析。 4.1.2 看台结构体系 看台结构是体育馆的主要结构，是体育馆设计的重点， 目前常见的有 3 种处理方式：
比赛馆结构平面布置呈圆形， 中部空旷， 采用框架结 构 ，屋 盖 采用 钢 网 架结 构 。 网 架结 构 由 16 根 直 径 为 1m 的 大 柱 子 支承 ，其 柱 距约 为 14 m。 为 减少 网 架 对下 部 结 构 的 影响，网架支座采用橡胶支座，减小网架推力对柱的影响。 在 柱 顶 设 置 截 面 尺 寸 为 800mm×1200mm 的 环 形 预 应 力 大 梁， 与框架柱形成环向强框架， 为网架提供良好的支座条 件，同时加强底部平台环板的厚度及配筋，充分发挥结构的 整体空间作用，使环向框架与看台框架的整体性得到加强。 2.2 关于中震防发〔2009〕49 号文的思考
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Structural Analysis and Design of a Gymnasium and some Thoughts on the Relevant Issues
LIU Jun1，2 BAO Li1，3 (1. Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096 China;2.Jiangsu Zoomar Architecture，Co．，Ltd，Nanjing Jiangsu 210009 China;
34
能的前提下，提前把握好结构总体方案，使结构布置尽量规 则 及 传 力 直 接 。 该 体 育 馆 总 长 约 156 m，宽 约 105 m，比 赛 馆及训练馆分别呈圆形及椭圆形，整体空间性能较好。根据 建筑平面布置，在结构整体设计方面，设置 3 道抗震缝，将 2 个入口处的大台阶、比赛馆、训练馆相互脱开，避免地震 时由于质量、 刚度分布不均匀而使整体建筑产生不必要的 破坏。
考虑到本工程在紧急情况（发生地震等紧急情况）时可 能成为人员避难所，本工程在抗震措施上作了加强，框架抗 震等级取二级（相当于按重点设防类别设防）。 未提高地震 作用而提高了抗震措施， 这与单纯的提高地震作用有所不 同。 提高抗震措施，着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱 部位的抗震能力上，是经济而有效的方法；如只提高地震作 用，则结构的各构件均全面增加材料，投资增加的效果不如 前者。 可见抗震加强应有的放矢，结合当地经济水平，注重 投资回报率。 3 基础设计 3.1 变刚度调平布桩
120 mm，用弹 性 膜 理论 进 行 框架 结 构 整体 计 算 。 二 者 的 刚
江苏建筑 2012 年第 1 期（总第 146 期） （1）现浇 整 体 板式 （类 似 板式 楼 梯 ），优 点 是 整 体 性 好 、
35
是非常大的，本工程网架与框架结构连接为橡胶支座，故网
外形美观，缺点是结构自重大、材料浪费。
架平面外刚度很小。 在模拟网架刚度时采用了定义板厚为
（2）L 型 预 制 板 ，其 优 点 是 施 工 速 度 快 ，缺 点 是 整 体 性
由于该体育馆使用功能对大空间、大跨度有较高要求， 在建筑中形成了大空间，在四周形成了斜向大看台，看台下 灵活布置了建筑功能要求的房间。 本工程在建筑方案阶段 结构师就与建筑师配合设计， 力图在实现建筑复杂使用功
[收稿日期]2011-11-07 [作者简介]刘军，男，东南大学土木工程学院，一级注册结构工程 师，工程师。
汶川 地 震 后，中 国 地 震 局 发 布 了 中 震 防 发 〔2009〕49 号 文件，即《关于学校、医院等人员密集场所建设工程抗震设 防要求确定原则的通知》。本工程根据国家规范按标准设防 类别 设 防 ，本设 计 未 执行 中 震 防 发 〔2009〕49 号 文 。 对 于 一 般的公共建筑，人员密集的频率相对学校、医院而言较低， 考虑到规范抗震设防思想及当地经济水平， 不宜一概而论 对只要有“人员密集”可能的公共建筑都按该文件执行。 盲 目提高地震动峰值加速度，并不一定能带来相应的效益。后 经电 话 咨 询地 震 局 相关 工 作 人员 ，中 震 防 发 〔2009〕49 号 文 件仅对学校及医院两类人员密集场所的建筑执行。 可见本 工程的设计理念是符合文件精神的。