饒孟樹(shù)

（廣東順鐵控股有限公司）

1 設(shè)計(jì)概況

體育場(chǎng)平面輪廓為閉口橢圓形，短向?yàn)?05m，長(zhǎng)向約220m。從建筑方案構(gòu)型和結(jié)構(gòu)方向考慮，本結(jié)構(gòu)擬采用場(chǎng)內(nèi)巨型桁架結(jié)構(gòu)方案，巨型桁架采用三角形立體桁架，桁架高度8m，巨型桁架長(zhǎng)跨跨度146m，短跨跨度88m。四個(gè)角部位置（場(chǎng)地入口位置）采用菱形立體桁架落地。

體育館屋面輪廓為橢圓形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)軸直徑為145m，短軸直徑為110m，屋面面積約12500m2。屋頂最高標(biāo)高38m，檐口標(biāo)高28m，與斜坡屋面架空層交接標(biāo)高約為21.7m～25.7m。

訓(xùn)練館屋面輪廓為橢圓形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)軸半徑為81.3m，短軸半徑為66.5m。屋蓋矢高4.5m，矢跨比約為1/16。支撐屋蓋柱子一共16 根，柱距約為12m；游泳館屋面輪廓為橢圓形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)軸半徑為101m，短軸半徑為71m。

2 選型和設(shè)計(jì)

2.1 體育場(chǎng)屋蓋選型和設(shè)計(jì)

屋蓋結(jié)構(gòu)采用交叉簡(jiǎn)支箱型梁結(jié)構(gòu)，一端支撐與巨型桁架，另一端支撐與看臺(tái)頂部V 柱或者尾部V 柱至上，簡(jiǎn)支梁最大跨度31.6m 左右。屋蓋結(jié)構(gòu)最大懸挑距離為40.8m（包括巨型桁架范圍），支撐屋蓋柱距約為12m。根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)機(jī)理，巨型拱桁架為斜臥式桁架，為平衡該桁架的水平分量和豎直分量，支撐斜柱和看臺(tái)梁結(jié)構(gòu)形成一個(gè)巨型三角撐提供水平抗側(cè)力，以抵消巨型桁架的水平分量。巨型桁架的豎直力通過(guò)混凝土屋面自重平衡。該受力體系避免屋蓋結(jié)構(gòu)成為受力不利的懸挑結(jié)構(gòu)，成為安全性較高的簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)的可靠度以及降低現(xiàn)場(chǎng)施工難度。在建筑效果上可提高觀眾區(qū)的凈高，同時(shí)巨型桁架內(nèi)部可集中布置馬道功能和相關(guān)設(shè)備管線，馬道上梯位置可在巨型桁架柱內(nèi)解決。計(jì)算結(jié)果表明該方案變形、振型和用鋼量都適中，結(jié)構(gòu)方案可行。（見(jiàn)圖1～圖4）

2.2 體育館屋蓋選型和設(shè)計(jì)

圖1 體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)選型

圖2 體育場(chǎng)局部結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖

圖3 體育場(chǎng)第一振型（T1=0.786s，豎向振動(dòng)）

圖4 體育場(chǎng)D+L 作用下豎向撓度（最大豎向撓度235.5mm）

屋蓋矢高8m，矢跨比約為1/13。支撐屋蓋柱子一共24 根，以等角度（15°）進(jìn)行劃分，柱距約為16.8m。主選方案：張弦穹頂方案，屋蓋采用環(huán)肋型徑向網(wǎng)格，采用24 道徑向索，內(nèi)圈一道環(huán)向索，索撐采用V 形撐桿，增強(qiáng)穩(wěn)定性。索撐高度12m，矢跨比為1/10。本方案適合桁架馬道和相關(guān)設(shè)備管線集中布置，同時(shí)，內(nèi)環(huán)可根據(jù)建筑功能布置相關(guān)表演吊點(diǎn)及其它功能需求布置，功能需求集中，適合在有演出功能的體育館。最后實(shí)施時(shí)可結(jié)合斗屏布置優(yōu)化內(nèi)圈結(jié)構(gòu)形式。備選方案：采用葵花形網(wǎng)格弦支穹頂體系。一共采用三圈徑向索和環(huán)向索，索成環(huán)肋型布置；從外圈到內(nèi)圈索撐高度分別為7.5m、6m和4.5m，屋蓋殼體為葵花型單層網(wǎng)格。本方案馬道布置相對(duì)受限，一般布置在相關(guān)環(huán)索附近，且其寬度不能太大，所受荷載不能過(guò)重，適合在無(wú)表演功能場(chǎng)館。計(jì)算結(jié)果表明兩種方案變形、振型和用鋼量都適中且相近，結(jié)構(gòu)方案可行。（見(jiàn)圖5～圖10）

2.3 訓(xùn)練館和游泳館屋蓋選型和設(shè)計(jì)

屋頂最高標(biāo)高18m，檐口標(biāo)高13.5m，與斜坡屋面架空層交接標(biāo)高約為7.2m～10m。屋蓋矢高4.5m，矢跨比約為1/16。支撐屋蓋柱子一共16 根，柱距約為12m；訓(xùn)練館和游泳館屋蓋采用張弦梁結(jié)構(gòu)體系，游泳館中間撐桿高度6m，弦支穹頂高跨比為1/11。其余榀桁架撐桿高度根據(jù)標(biāo)高漸變，平面外另加一道穩(wěn)定索。（見(jiàn)圖11～圖12）

圖5 體育館結(jié)構(gòu)選型（張弦彎頂方案）

圖6 體育館張弦索撐布置圖

圖7 體育館第一階振型（T2=0.72s）

圖8 體育館第一階振型（T2=0.72s）

圖9 體育館備選方案(弦支穹頂結(jié)構(gòu))

圖10 體育館備選弦支穹頂方案索撐布置

圖11 訓(xùn)練館和游泳館結(jié)構(gòu)選型

圖12 游泳館第一振型（T1=0.569s）和豎向撓度（149.4mm）

2.4 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

大跨度屋蓋空間關(guān)系復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)定位容易出現(xiàn)偏差。支撐鋼屋蓋的支座可采用糾偏支座為了降低現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差，及其它相關(guān)索結(jié)構(gòu)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)如圖13 所示。

圖13 相關(guān)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)圖參考

3 鋼結(jié)構(gòu)施工方案考慮及對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響分析

對(duì)于大型體育場(chǎng)館鋼結(jié)構(gòu)而言，鋼結(jié)構(gòu)施工方案、吊裝路線和胎架布置對(duì)于主體結(jié)構(gòu)、地下室設(shè)計(jì)荷載有巨大影響。由于施工單位進(jìn)場(chǎng)往往都在設(shè)計(jì)階段完成之后，其屆時(shí)提交的施工方案和施工荷載偏滯后、很多預(yù)留結(jié)構(gòu)需要通過(guò)結(jié)構(gòu)改造才能實(shí)現(xiàn)，往往會(huì)使整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)處于極大的被動(dòng)狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，有意識(shí)地設(shè)定吊裝路線，對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行必要預(yù)留，能夠避免后期吊裝時(shí)因?yàn)轭A(yù)留荷載不足進(jìn)行大規(guī)模改造，不僅浪費(fèi)大量資金，也極大延誤工期。本項(xiàng)目地塊周邊設(shè)置工地圍墻，包括場(chǎng)地東南側(cè)道路。于地上樓板邊線外側(cè)設(shè)置臨時(shí)施工環(huán)路。根據(jù)場(chǎng)地情況布置施工道路、吊車行走路線、鋼構(gòu)拼裝與堆放場(chǎng)地，其中綜合體育場(chǎng)采用履帶吊于場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝，土建看臺(tái)預(yù)留吊車進(jìn)退場(chǎng)道路空間，履帶吊于場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行組裝及解體，鋼結(jié)構(gòu)支撐胎架設(shè)置于主桁架下方。綜合體育館、訓(xùn)練館、游泳館采用履帶吊于場(chǎng)外進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝，鋼結(jié)構(gòu)支撐胎架設(shè)置于主梁節(jié)點(diǎn)下方。由于本項(xiàng)目體育館和游泳館范圍存在大量地下室，吊車允許路線和現(xiàn)場(chǎng)大堆料場(chǎng)地因盡量避開(kāi)地下室范圍，僅限散拼場(chǎng)地在該范圍內(nèi)，并預(yù)留好荷載。同時(shí)由于鋼構(gòu)吊裝需要，大斜坡屋面建議通過(guò)分階段施工，與鋼構(gòu)施工進(jìn)度有序結(jié)合。(見(jiàn)圖14～圖17）

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)工程中屋蓋異形大跨度懸挑鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，形成創(chuàng)新優(yōu)化實(shí)施方案：

⑴巨型桁架落柱位置內(nèi)移，適當(dāng)縮小兩向跨度差距，保證均勻受力，提高經(jīng)濟(jì)性；屋面找形盡量形成標(biāo)準(zhǔn)馬鞍形，提高巨型桁架內(nèi)部受力大回環(huán)效率；結(jié)合結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化柱網(wǎng)布置。

圖14 鋼結(jié)構(gòu)施工平面布置圖示意

圖15 綜合體育場(chǎng)吊車與胎架布置

圖16 綜合體育館吊車與胎架布置

圖17 訓(xùn)練館和游泳館吊車與胎架布置示意

⑵屋面找形可盡量降低屋面拱度，以增加拉索角度，提高拉索受力效率，同時(shí)結(jié)合結(jié)構(gòu)方案和建筑造型優(yōu)化柱網(wǎng)布置。

⑶本項(xiàng)目大跨度屋蓋空間關(guān)系復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)定位容易出現(xiàn)偏差。支撐鋼屋蓋的支座可采用糾偏支座體育館備選弦支穹頂方案索撐布置，降低現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差。