某体育馆建筑结构设计与分析

某体育馆建筑结构设计与分析

作者：沈虹

来源：《城市建设理论研究》2012年第29期

摘要：本文针对某一体育馆这一特殊工程设计，对建筑设计要点进行了叙述，充分体现出结构的特色与优势。在此基础上对结构设计进行了说明，屋顶采用网架结构体系，既实现了轻屋面的结构设计理念，又保证了室内的自然采光。随后介绍了主体结构、基础和设备的设置。可为开展同类工程设计提供参考。

关键词：建筑造型；结构设计

中图分类号： TU441.3 文献标识码：A 文章编号：

1.工程简介

大庆市实验中学是省级重点中学，位于大庆市高新技术产业开发区，比邻滨州湖，与万城华府仅一道之隔，南与东北石油大学相连，地理位置优越，交通方便，教学设施布置齐全，教学质量全省名列前茅。不但具有完善的教学楼、实验楼、宿舍群，而且也非常注重学生身体素质的培养，在市政府的大力支持下修建了一座综合性的体育馆。该体育馆建筑面积为12159平方米，层数为地上1层，局部2层，建筑高度为15.6米，一端设有篮球场地、四周设有看台，另一侧是局部2层，包括乒乓球和羽毛球训练场地和比赛场地，1层为公共服务区，供学生洗澡、休息和更换衣服的场所。建筑外观如图1所示。本文对该体育馆的建筑、结构设计进行了详细说明，为同类工程设计提供参考。

图1 体育馆建筑外观

2.建筑设计要点

2.1交通疏散

体育馆位置的规划布置比较合理，在体育馆的设计过程中考虑到学生人流和车流同城市交通之间的协调，把体育馆建在离教学楼较远的学生宿舍区，离学生宿舍较近，而且出入东门比较方便，与教学楼放学学生出入的北门分开，避免人员过多。体育馆外侧设有大面积停车场地，并靠近交通干道，便于家长接送孩子，同时也便于一些其他单位临时到体育馆活动。

2.2平面布置

体育馆平面布置严格按照各项国际标准来进行，蓝球赛场净高不低于15米。采用进口的木质地板。为达到良好的视觉效果，篮球场地比室内标高低900mm，观众席安排在最佳视觉范围内。比赛场地屋顶未设天然采光窗。2块比赛场地联系方便，可很好的供学生们上课和平

时的娱乐。局部2层的上层是乒乓球和羽毛球场地，考虑到这2类球的活动对楼下的影响较小，因此设置在2楼。

2.3剖面设计

观众席看台的剖面设计是至关重要的，直接影响到人们观赏比赛的质量。看台设计成阶梯形，坡度为常规的30度，考虑到座位的设置，台阶高度为45厘米，宽为50厘米。场地设置不能低于室内标高太低，否则视线模糊，也不便于学生们出入。

3结构设计

3.1屋顶结构体系

为了体现体育馆的特色，同时体育馆屋盖的跨度较大，因此屋顶结构在整个建筑设计中占据比较重要的地位，对整个建筑造型起着决定性的作用。近些年体育馆等大型娱乐活动设施的兴建促进了大跨度在结构建筑方面的应用与发展。可供采用的有空间结构很多，如网架结构、网壳结构、悬索结构、充气结构和组合结构等。一般截面尺寸为矩形的采用网架结构和悬索结构的较多，圆形截面的采用网壳结构和充气结构的较多。屋顶的轴线跨度120×120米，屋顶结构一侧支撑于沿建筑物周边布置的十一根柱子上。另一侧通过悬索悬挂于突出屋面的柱子上，整体效果图如图2所示。

图2 整体屋盖效果图

根据建筑师对屋顶结构布置的要求，屋顶采用抽空四角锥网架结构[1]，单向桁架体系做受理结构。

图3 三角锥桁架详图

桁架不是常规的钢管焊接而成，而是有三角锥网架构成，结构自重轻，屋顶采用压型钢板金属屋面板，与网架可靠连接在一起。为使屋顶结构体系外形美观、受力更加合理，将桁架做成变高度的形式。三角锥桁架体系详图如图3所示。

3.2有限元分析

本文采用ANSYS有限元软件[2]对网架屋盖进行分析，采用单元库中的LINK8三维单元模拟杆件，定义单元、实力常量和材料属性。直接建立节点，通过连线生成杆件，建立有限元模型，给结构施加约束和荷载，考虑到网架面积较大，又处于降雪量较大的北方，故设计时将雪荷载作为主要的屋面活荷载，取下列四者的较大值。

S=1.2×恒SGK+1.4×雪SQK

S=1.35×恒SGK+0.7×1.4×雪SQK

S=1.2×恒SGK+1.4×活SQK

S=1.35×恒SGK+0.7×1.4×活SQK

静力求解，建立单元表，输出杆件的内力，进行截面的初选和杆件应力、稳定的验算。采用后处理查看网架的变形，计算挠度，要满足钢结构设计规范[3]的要求。

节点采用焊接空心球节点，工厂预制杆件，现场焊接，空心球采用直径为160mm的高强钢板焊接而成，杆件与空心球之间采用完全焊透的坡口对接焊。焊缝视与母材等强，不必验算。支撑柱采用空钢管，考虑到长细比较大，对轴压柱有不利影响，因此在空钢管中间设置了加劲肋[3]，在焊接时与钢管同时焊好。

3.3主体结构

结构内部主体采用现浇钢筋混凝土框架结构[4]，多孔轻质砌块砖做填充墙，外贴密致保温板和吊挂玻璃幕墙。由于建筑功能的要求，只能布置很少的填充墙，为保证结构的整体刚度，在2侧设置了耳墙。既起到增加刚度的作用，而且比较适合作为北方的门斗，更有利于避免室内温度的流失。

3.4地基与基础

考虑到建筑不高，整体承载力不是很大，故采用天然地基方案。基于本体育馆工程的特点，各竖向承重构件的轴力差别不大，跨度也基本相同，故采用柱下独立基础和墙下条形基础和局部浅基础。由于体育馆位置离滨州湖较近，地下水位较高，因此采用抗水板的方法解决建筑的防水问题。

4设备与电气

体育馆内给排水设施齐全，生活热水24小时供应、中水和消防给水系统布置标准；采暖、集中空调、机械通风和机械防排烟系统样样齐全。篮球比赛大厅设有全自动消防水炮灭火系统。比赛大厅及观众休息厅采用全空气空调系统，比赛大厅的观众座椅下自动送风。强电部分包括电力负荷等级及分类，高压10KV系统及继电保护，低压配电及柴油发电机子系统，照明，干线敷设，防雷及接地保护系统。弱电系统包括以下内容：卫星接收及有线电视系统，综合布线系统，建筑设备监控系统，安全防范系统，集成管理系统，计时记分与成绩处理系统，会议、扩声系统，消防系统。

5总结