体育场看台结构设计

　　体育场看台结构设计陈觐真(厦门合道工程设计集团有限公司福州分公司福州350011)[提要]带有钢桁架结构罩棚的体育场斜看台是一种比较典型的体育场结构。本文通过对工程实例的介绍,阐述了该结构的设计特点,分析比较不同风向设计结果,列出主要节点的构造措施。本文可供其他体育场的罩棚设计参考借鉴。[关键词]钢桁架结构斜看台工程实例构造措施ThestructuraldesignofthestadiumbleachersAbstract:Thesteepstadiumwithawningofsteeltrussstructureisatypicalstructure.Withtheintroductionoftheprojectexamples,thisarticleexpressesthedesignfeaturesofthisstructure,analyzesandcomparesthedifferentdesignsunderthedifferentwinddirections,spreadsoutthestructuremeasuresofmainnodes.Itishopedtobereferencefordesigningofsimilarstadiumwithawning.Keywords:steeltrussstructure;steepstand;projectexample;structuremeasures1工程概况某体育中心项目含体育场,综合训练馆,配套教学,宿舍楼等。其中体育场分为东,西看台两个区,总面积约13000m2。其中西看台为主看台,主体为混凝土框架结构,上部设有全覆盖的悬挑钢结构罩棚。西看台南北长188m,径向尺寸最宽处为38m,罩棚最大悬挑达30m,檐口最高处标高为34m。东看台为简单的露天看台及配套用房。总体平面图如图1,平面图见图2。图1总平面图图2西看台平面图本工程为丙类建筑,建筑结构安全等级为二级,所在地区收稿日期:2009—05—06的抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度0105g,设计地震分组为第二组,场地类别为II类,框架抗震等级,基本风压Wo=015kN/m2,地面粗糙度为B类。2设计要点由于本建筑及罩棚外形有别于常规结构,罩棚悬挑大,悬挑端顶标高高,因而罩棚的抗风设计是本设计的重点部分,同时影响着主体框架的设计。为此,专门委托了具有专项设计资质的某省建科院,在模拟大气边界流场的风洞中进行模型试验(考虑拟建场地周围500m范围内建筑物,模型比例为1:200,试验在00-3600之间,每隔150共24个风向下进行,如图3)来测定罩棚表面风压,进行分析后取值并出具相应的风振系数及体型系数计算报告。据此进行上部结构设计。图3风向示意图3罩棚钢结构设计罩棚采用悬挑式钢管立体桁架结构(如图6,7)采用空间钢结构系统软件3D3S(同济大学钢结构计算程序)进行分析,主桁架悬挑32m,桁架最大厚度为413m。各榀主桁架间距约18m,每榀有两个支点,桁架前端压力支座采用销栓支座,径向铰支可转动,x,y,z三向按刚性支座定义,按拉压受力设计,支承于看台后排的框架柱上(如图4a,b,c);桁架后接弧形下弯到3层高度处,侧向与框架柱铰接,作为悬挑桁架的第二个支承点,支座节点处由于处于复杂的空间受力状态,同时对结构的安全性有着至关重要的影响,后期支座节点采用■建筑结构福建建设科技20091No1431了非线性有限元分析。建模时,在不影响使用功能处,侧向墙面镂空,不设檩条及屋面板,如图5,6中“开洞处”,可减弱向上风吸力等的不利影响。风向的风振系数分别计算。设计计算最大挠度为Lo/385=166mm,对于空间整体桁架结构,是满足要求的。分析结果支座1,2的最大反力设计值详下表1:(+为压力,-为拉力)表1支座1、2的最大反力设计值(单位:kN)图5西看台剖面图图6桁架轴测图主桁架的断面为倒梯形4管立体桁架(如图7),每榀桁架之间布有三道横向三角形立体桁架与主桁架的结点采用刚接模型(其中三角形桁架的上,下弦杆为Φ219x10;腹杆为Φ114x4),作为罩棚屋面覆盖材料的支撑结构,同时保证桁架的整体稳定。桁架弦杆采用无缝钢管,腹杆为高频焊接钢管,屋面处采用彩色压型钢板。荷载输入:屋面上弦恒载为015kN/m2,活载为015kN/m2;下弦吊挂荷载为013kN/m2,局部马道处荷载为110kN/m2;温度应力考虑±25o的温差;风荷载按风洞试验提供不同支座1设计值(+为压力,-为拉力)支座2设计值(+为压力,-为拉力)Nx(max)=1000Nx(min)=-1000Nx(max)=750Nx(min)=-1200Ny(max)=1600Ny(min)=-2400Ny(max)=1700NY(min)=-1600Nz(max) = 4400 Nz ( m in) = - 3300 Nz ( max) = 2400 Nz ( m in) = - 1900 图 7 主桁架杆件截面图 4 主体结构设计 对于带有较大悬挑结构罩棚的看台来说 ,协调上部钢结 构传递的内力 ,概念性加强结构的整体刚度 ,使主体结构能较 多地发挥整体空间作用 ,同时加强对支座节点处框架柱的约 束作用 ,是本设计的重点之处 。对于支座节点处预埋件的处 理也应高度重视。 411 结构布置 按看台坡度在框架柱沿径向方向设置斜 梁 ,可通过程序 中改变节点高度的方法 ,将梁设成斜梁 。对于有些斜梁下端 实际 是 搁 在 下 一 层 的 梁 上 , 因 此 在 该 点 处 设 一 虚 柱 ( 50x50mm) ,以便于模型的建立 ,又不影响受力 。沿着斜梁铺 设环向密肋小梁 ,梁高为看台踏步高度 ,密肋梁之间设 80mm 厚混凝土板做为踏步板 。由于密肋小梁及踏步板都不在同一 平面上 ,如果都按实际输入模型中 ,将会使计算结果失真 。因 此在模型建立中 ,有看台踏步处 ,板厚均设为 0, 密肋梁不在 模型中体现 ,该处荷载和自重均按板荷载输入 ,并按单向板传 力 ,以密肋梁的方向传至两侧的框架梁上 。同时 ,采用弹性楼 板假定对结构进行空间整体分析 。而密肋梁的配筋计算可按 简单的连续梁另行计算 。 构造措施方面 ,有意加大柱顶及柱侧预埋件处的环向梁 , 断面为 1000 ×1200mm; 斜看台顶部的环向梁断面为 1000 × 1600mm;罩棚每榀支座处的框架柱 ,则按计算结果分两种断 面 1400 ×1800mm 及 1200 ×1800mm。径向每榀框架内 柱 ,相应加大断面以提高整体刚度 ,提高抗风作用 。 412 电算结果 本工程采用 PKPM 系列的 SA TW E 程序对结构主体进 行 电算 ,结构对称 。除常规结构的荷载输入外 ,根据上部钢 结构 分析所得的各支座内力 ,分别按恒 ,活载单工况作用的 内力 , 输入至 PKPM 前期荷载输入窗口 ;风荷载按罩棚根据 不同风 向所得的不同反力 ,依次输入 SA TW E 前处理中的 “特殊风荷 载定义 ”窗口 ,比较计算结果 ,配筋取包络值 。同时对柱配筋 最大的 150°风向组复核双偏压柱配筋 。列出 4 组 ( 30°, 90°, 150°, 180°)风向反力及柱配筋 (只列出对称结构的边柱及最 大中柱 )如表 2。 表 2 风向反力及柱配筋 柱在节点处与梁筋的锚固等现场问题较难处理半岛综合体育官方App下载。综合考虑 后 ,仍采用钢筋混凝土柱 ,最大柱总配筋率约为 318%。 柱内按短柱 ,超大柱设核芯区 ,尺寸应大于 h ( b) /3,核芯 区纵筋部分可伸出柱顶 ,作为部分顶部预埋件的锚筋 。核芯 区的箍筋则独立设置 。框架柱的箍筋全高加密 , 且体积配箍 率 ≥112%。由于顶部及侧向支座处预埋件的锚筋较多 ,应根 据柱纵筋摆放情况 ,调整锚筋的位置 ,避免相矛盾 。预埋件钢 板 - 1200X1000X40, 锚筋 54C32, 均匀布置 , 满足锚固长度。 锚筋端部均采用小钢板焊接 ,增加锚固能力 ,保证支座结构的 安全 。同时设置抗剪件 。 电算结果 ,结构的周期满足规范要求 , 具体周期见表 3。 水平力作用下最大层间位移角均小于 1 /550。 表 3 西看台结构周期 振 型 1 2 3 周期 ( s) 0. 867 (平动 ) 0. 434 (平动 ) 0. 429 (扭转 ) 4. 3 PK程序的复核 由于斜看台对看台柱有一水平推 力 , 考虑到 SA TW E 程 序无法准确模拟看台梁推力对柱的影响 ,本设计抽取两榀典 型框架用 PK 程序进行复核 ,如图 8。其中 , PK 程序无法读 取 SA TW E 中的特殊风荷载项 , 在 P K 程序中要重新输入 。 对 梁 ,柱的配筋取两种程序计算结果的大值。 图 8 框架立面图 ( PK - 1) 414 支座处柱的设计 根据计算结果 ,罩棚支座处柱的配筋较大 。设计时考虑 了两种方案 :一种采用钢筋混凝土柱 ,柱内增设核芯柱 ; 另一 种采用钢骨混凝土柱 ,柱内增设核芯柱 ,如图 9。进行经济性 比较 ,两种方案用钢量相当 ,但从施工角度考虑 ,钢骨混凝土 图 9 框架柱 KZ - A 415 超长结构采取措施 西看台南北长 188m,因功能要求不设缝 , 因此必须考虑 在施工期间及投入使用后如何减少或控制裂缝 。各层平面上 布置 3 道施工后浇带 ,带宽 800mm,间距约 40m 并要求至少 一个月后采用强度等级比原混凝土高 5M Pa 的无收缩混凝土 浇灌密实 , 以解决施工期间的裂缝问题 ; 同时 , 按照 110M Pa 的预压应力值在各层平面的梁中及局部板内设置环向预应力 束抵抗后期混凝土收缩应力 。 5 结束语 1)带有钢结构罩棚的体育场看台的结构设计与常规的 公共建筑还是不同的 ,须整体考虑罩棚的抗风设计对下部主 体的影响 。 2)罩棚的抗风设计宜通过风洞试验确定 。 3)下部斜看台整体刚度要与上部罩棚的相互作用匹配 , 主要采用弹性楼板假定对结构进行整体分析 ,再通过平面框 架结构分析进行校核 。设计中应认真对多种受力方向进行计 算 ,比较 ,得出构件最不利配筋 。 4)支座处柱及预埋件设计是重点部分 , 尤其要对比 ,推