厦门市运动训练中心综合体育馆结构设计

林缄光

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

1 工程概况

厦门市运动训练中心为厦门市重点建设项目，是该市重要的运动训练基地。场地位于厦门市同安区环东海域西柯片区，用地总面积19.61公顷。建设内容包括体育运动训练场馆、体育教学生活区和室外运动场地，总建筑面积76760㎡。该中心是近年来厦门市兴建的最大的配套最齐全的体育训练中心，也是海西重要的竞技体育运动训练基地，能同时满足16个竞技体育项目1000名运动员训练、学习及后勤需要。

综合体育馆是该中心最大的单体体育馆，建筑面积9470㎡，外围尺寸为双向75.708m，檐口高度23.70m，观众席总人数2606人。平时用作少体校篮球与排球的训练馆，按照大中型乙级体育馆进行设计，能满足举办地区性和全国单项比赛的要求。

图1 立面图

图2 平面图

图3 剖面图

该体育馆功能布局:一层主要为比赛(兼训练)场地、贵宾接待室及附属用房等;二层为比赛大厅固定观众席、观众休息厅等;三层为设备用房和部分办公用房。

2 结构设计概况

本工程结构的设计使用年限为50年，场地土类别为Ⅱ类，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，水平地震影响系数最大值αmax=0.12;设计地震分组为第二组，场地特征周期Tg=0.40s。地面粗糙度为B类，基本风压为0.8kN/m2(50年一遇)。重要性系数取值1.0。抗震设防类别为标准设防类。

结构形式:主体为钢筋混凝土框架结构，屋面为网壳结构，跨度为双向74.828m，采取周边上弦支承，网壳在钢筋混凝土梁柱上的支承点处设置弹性橡胶支座。四周为金属幕墙。框架抗震等级为二级。

基础形式为冲(钻)孔灌注桩，桩径均为800mm，桩身混凝土强度等级为C35，桩端持力层为层碎裂状强风化花岗岩，采取桩端高压后注浆施工工艺。

结构计算分析软件主要有PKPM系列、MST、MIDAS GEN及3D3S等。PKPM系列软件主要用于计算下部钢筋混凝土框架结构及基础;MST软件用于计算分析屋面网壳钢结构;MIDAS GEN软件用于下部钢筋混凝土结构与屋面网壳钢结构整体建模分析，复核验算钢筋混凝土结构的配筋;3D3S软件主要用于计算分析建筑周边围护结构。

3 设计要点分析

(1)本工程为空旷的体育场馆，平面开洞较多，楼板平面内变形将使楼层中各抗侧力构件的内力和位移发生较大变化，采用刚性楼板假定计算分析的结果是不真实的。因此在下部钢筋混凝土结构模型计算内力配筋时，考虑全楼弹性楼板假定。再按全楼刚性楼板假定补充计算周期比和层刚度比。对楼层的位移比控制，则是通过查看位移结果的详细输出，并加以统计分析，以合理控制结构的扭转效应。风荷载则按特殊风荷载的方式输入，这样能反映竖向抗侧力构件的实际受风荷载情况。

(2)下部的钢筋混凝土框架结构左右两侧部分连接较弱，计算分析时也将左右两侧部分切开，单独计算复核配筋。

(3)平面图上南北各有5根框架柱，从4.8m至22.6m标高之间在Y方向上未与框架梁连接。柱顶即为屋面网壳的支座节点，柱截面尺寸为1000mm×1500mm。

该排柱受力复杂，不仅按分开的下部模型计算、上下组合整楼模型分析，还通过PK分析、手算复核等方式进行分析，取包络配筋。

(4)屋盖网壳造型，为满足建筑的造型需要，做多种方案分析，最终选用下图4的布置方式，成X、Y双轴及两对角线对称，上下弦分别向四边方向有一定的弧度。

(5)应用MIDAS GEN软件进行整体建模电算分析时，在网壳支座球节点与钢筋混凝土柱顶之间设弹性连接，弹性连接的弹簧刚度取网壳橡胶支座的竖向刚度和两个水平向的侧向刚度:

KZ0=EA/d0，KN0=KS0=GA/d0

其中，E为橡胶垫板的抗压弹性模量;

G为橡胶垫板的抗剪弹性模量;

A为橡胶垫板的面积;

d0为橡胶垫板的橡胶层厚度，分别为上、下表层及中间各层橡胶片厚度的总和。

图4 网壳布置图

图5 MIDAS GEN整楼分析模型

(6)应用MST软件单独计算屋面网壳时，因网壳的橡胶支座搁置在下部的钢筋混凝土框架结构上，应计算橡胶垫板与支承结构的组合支承刚度。悬臂独立柱的竖向刚度KZL和两个水平方向的侧向刚度KNL、KSL分别如下:

其中，Eh为支承柱的弹性模量;

INh、ISh为支承柱截面两个方向的惯性矩;

h为支承柱的高度。

按串联弹性元件的原理计算支座节点的组合竖向与侧向刚度 KZ、KN、KS:

按上述组合支承刚度输入，MST计算的网壳支座反力与MIDAS GEN整体分析时的支座反力相比较，两者较为接近，说明所取的组合支承刚度是合理的。

网壳的计算还应遵守现行《空间网格结构技术规程》JGJ7－2010的有关规定。

(7)计算下部钢筋混凝土结构时，如何考虑屋面空间网格结构对混凝土结构的影响是个重要问题。设计通常做法有以下几种:①假设网格部分完全刚性，按刚性板假定进行设计。②忽略网格部分的刚度，按屋顶开洞计算。③将网格部分按照一定的规则等代为钢梁，来近似考虑网格的刚度进行整体设计。

第①、②种方法的优点是操作简便，但前者将网格刚度扩大化，计算结构偏刚;后者忽略网格的刚度，计算结果偏柔。第③种方法是将网格结构沿柱子方向等代成若干根钢梁，使这些钢梁的最大竖向位移与网格结构的竖向最大节点位移基本相同。这种方法的优点是可以近似考虑网格结构对下部钢筋混凝土结构刚度的贡献。

本工程采用的是第③种方法。根据计算分析，采用等代钢梁的SATWE计算结果与整楼模型的MIDAS计算结果较为接近。前三个振型周期分别如下:

表1 SATWE等代钢梁

表2 MIDAS GEN整楼模型

4 小结

体育场馆结构复杂，下部多为钢筋混凝土框架或少墙框架结构，屋盖为空间网格结构(包括钢结构桁架、网架、网壳等)，计算分析的内容较多。屋盖钢结构的计算以及如何考虑屋盖钢结构与下部钢筋混凝土结构的相互影响，都是在设计中需要认真考虑的问题。本文阐述了厦门市运动训练中心综合体育馆结构设计中的一些做法，希望能为结构工程师们在进行同类型结构设计时，提供一些参考。

[1]GB50011－2010建筑结构抗震设计规范[S].

[2]JGJ7－2010空间网格结构技术规程[S].

[3]杜文风 张慧.空间结构[M].