提要：慶陽市體育館下部結構采用現澆鋼筋混凝土框架，上部屋蓋采用馬鞍形雙向桁架結構, 該屋蓋跨度大, 且是省內外同類結構中唯一的馬鞍形屋蓋, 相比正圓形網殼, 平板網架等，馬鞍形具有各向受力不對稱, 設計、施工難度更大等特點。本文介紹了該工程在設計過程中的設計方法。僅下部混凝土框架結構模型，或者僅上部鋼桁架結構模型，上下部組合結構模型，分別在不同軟件下的計算結果，并對其計算結果的差異，及造成差異的原因進行分析。

　　關鍵詞：體育館設計;鋼桁架;整體分析;混合結構

　　Abstract: Qingyang City Gymnasium substructure use situ reinforced concrete frame，and the upper large span roof use saddle bidirectional truss structure. Which is the only saddle-shaped roof

　　outside of the province compared with circular shells and flat grid.Saddle-shaped with an asymmetric stress, difficulty in design and construction. The paper introduces the design process of the engineering. The lower concrete frame structure model，or the upper steel truss structure model，or the upper part and the lower combined structure model.The calculated results with the different software has much difference, and analysis the cause of the difference.

　　Key words: Gymnasium Design; steel truss; global analysis; hybrid structure

　　中圖分類號：TB482.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104(2012)

　　1 工程概況

　　慶陽體育館位于慶陽市世紀大道東側，設計觀眾人數為4998人。由體育館及訓練館兩部分組成，體育館和訓練館設置一道防震縫，縫寬100mm，體育館總建筑面積約19505m2,建筑層數地上4 層,其中主館混凝土結構的外輪廓尺寸為113.10m x 105.75m, 包括南北懸挑端2.75m,西側2.85m 的三周懸挑部分, 柱頂高度15.00m;覆蓋了整個場館, 屋蓋造型呈馬鞍形。體育館結構整體模型見圖1，體育館結構立面模型見圖2，屋蓋桁架結構平面布置見圖3。

　　2 結構形式

　　慶陽體育館，主體結構抗震設防烈度6 度(0.05g) , 設計地震分組第三組[1], 場地類別III類,設計基本風壓：0.30kN/m2(50年一遇);基本雪壓：0.40kN/m2(50年一遇) [2]。結構設計中，遇到了超大結構平面、超大跨度、超大空間、大懸挑鋼桁架，桁架造型復雜等技術問題。在設計過程中，經過多次方案比選，體育館下部主體結構根據建筑高度、使用要求、抗震設防烈度等因素綜合考慮,確定采用全現澆鋼筋混凝土框架結構體系, 體育館屋蓋及樓蓋結構：屋蓋采用鋼管桁架，局部采用曲面弧形造型的拱結構。看臺樓蓋采用現澆鋼筋混凝土樓板[3]。整個結構采用周邊柱點支撐框架抗震等級三級。考慮到支撐屋蓋結構柱的重要性，將其抗震等級提高至二級。柱網尺寸為6.9x7.2m、6.4x7.2m。主要框架柱截面為450 x 450、600 x 600、900 x 900、1000x1000 , 框架主梁300x600、300x800、400x800、支撐上部屋蓋柱在柱頂設置800x1000拉梁。馬鞍形屋蓋采用雙向桁架結構， 屋蓋桁架跨度為75.8x83.6m,角部最大懸挑15.21m，最小懸挑3.95m，根據下部結構柱網尺寸，桁架橫向間距6.4、6.9m、7.0m，縱向間距6.4m、6.6m、7.0、7.6m，最高點34.45m，桁架覆蓋面積為108X100.2=10821.6m2，平面跨度短向75.8m，長向83.6m。結構沿長向設置三角形立體桁架，桁架寬度3.5m，高度5m，根據曲面關系逐步變截面[6]。

　　圖1 體育館整體模型

　　圖2 體育館立面模型

　　圖3 屋蓋桁架平面布置

　　4 計算分析：

　　(1) 屋面恒載: 屋面覆蓋材料0.5kN/m2 燈橋、馬道荷載。

　　(2) 屋面活載0.5kN/m2。活載輸入時, 考慮了內跨和懸挑段的不利布置, 以取得最不利荷載效應。

　　(3) 風荷載: 因大懸挑桁架為風致敏感結構, 計算時基本風壓按100 年設計基準期取為0.35kN/m2進行了復核。

　　(4) 溫度荷載: 取使用階段環境最高和最低溫度與鋼結構安裝合攏溫度的差值, 該工程升溫及降溫均取300C; 溫度荷載與其他荷載組合時組合系數取0.6。

　　(5) 地震作用: 該工程抗震設防烈度為6度, 設計地震分組為第三組, 設計地震基本加速度為0.05g。結構分析時, 按抗震規范規定的反應譜方法進行地震作用計算。

　　體育館下部鋼筋混凝土框架計算采用中國建筑科學研究院編制的“多層及高層建筑結構空間有限元分析與設計軟件SATWE”(軟件版本為2007年3月版)，并且采用中國建筑科學研究院編制的“特殊多、高層建筑結構分析與設計軟件(廣義協調墻元模型)PMSAP”(軟件版本為2006年9月版)復核。屋面鋼管桁架計算采用浙江大學空間結構研究中心編制的“空間網格結構MSTCAD”(軟件版本為2006年版)，計算結果如表1所示。

　　　為了改善結構體系鋼筋混凝土框架部分通過以上幾種模型的計算分析，計算結果存在以下差異：

　　用SATWE開大洞鋼梁模擬上部鋼網殼屋蓋[5] ，結構自振周期較PMSAP整體計算長，說明上部鋼網殼存在一定剛度。在風荷載和地震作用下，結構的層間位移PMSAP整體模型大于SATWE開大洞模型，地震剪力同樣是PMSAP整體模型大于SATWE開大洞模型。ANSYS整體模型計算結果與PMSAP整體計算結果基本接近，無異常情況，計算結果如表2所示。說明上部鋼網殼存在一定剛度，對結構整體有一定影響。

　　用SATWE開大洞模擬上部鋼網殼屋蓋，基底地震剪力、基底地震傾覆彎矩較PMSAP整體計算小很多，造成此結果的原因是整體計算時真實考慮了上部鋼網殼的重心高度較三層屋頂高出約7m。

　　　上部鋼桁架屋蓋

　　用MST軟件單獨分析時，上部鋼網殼采用MST軟件計算分析，并采取以下措施[4]：

　　a)計算橡膠墊支座的水平剛度，將其帶入桁架支座信息。

　　b)適當折減混凝土柱的剛度，減小其對桁架的約束，從而適當地增大網殼自身的剛度。

　　c)桁架跨中撓度控制在1/400以內。

　　d)桁架腹桿的長細比控制在1/150以內，并嚴格控制其它桿件的長細比。支座框架柱僅能模擬第三層框架柱，無法計入其它梁柱的剛度，而在整體建模分析時，可以真實模擬下部所有梁柱整體建模分析時網殼支座及其剛度無法進入計算，故MST計算的鋼屋蓋的變形大于其它整體建模的鋼屋蓋的變形，桿件內力也存在同樣的差別。

　　橡膠墊支座的剛度可在MST單獨計算時計入，MST軟件可以對橡膠墊支座的剛度提供計算。

　　5、結束語

　　本文以慶陽體育館結構設計為例，結構設計運用恰當的建模和分析手段, 通過對結構不同部位分別分析,最終通過整體分析求解鋼、砼連接界面各構件在各種工況組合下的內力, 來進行相應構件的設計, 確保整體結構安全;通過總裝分析, 揭示砼結構對鋼結構的彈性支承對上部鋼結構的影響, 校核上部鋼結構, 確保整體結構安全，解決了結構設計與施工中多項關鍵技術問題, 保證了建筑得以實現。 介紹大型混合結構設計的相關思路和計算分析內容，可供同行在設計相關工程時參考。

　　參考文獻

　　[1] GB50011-2001建筑抗震設計規范[S] . 北京: 中國建筑工業出版社, 2001.

　　[2] GB 50009-2001(2006年版) 建筑結構荷載規范, [S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2006.

　　[3] 鄭良知，董華挺.體育館圓形網架結構的優化設計[J] .工程設計CAD與軟件應用，2002，6(12)：60-62.

　　[4] JGJ61-2003網殼結構技術規程[S]. 北京: 中國建筑工業出版社，2003.

　　[5] 陳岱林，趙兵，劉民易.PKPM結構問題解惑及工程應用實例解析[M].北京：中國建筑工業出版社，2008.

　　[6] 沈祖炎，陳揚驥.網架與網殼[M].上海：同濟大學出版社，1997.