某体育馆演艺中心结构设计与技术特点分析

  某体育馆演艺中心结构设计与技术特点分析

辜少河

筑博设计股份有限公司

摘要：本文根据工程案例，对某演艺中心的结构设计及大跨度型钢混凝土转换结构、钢结构屋面大跨度平面桁架及转换桁架、工业化预制看台板等结构技术进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：演艺中心；型钢混凝土转换结构；钢结构屋面；预制看台板

1 工程概况

本项目主要功能包括体育、商业、餐饮、办公及配套停车库等，为高层体育建筑综合体。其中主体场馆部分为地下三层，地上单层大空间，附属五层辅助用房，建筑高度32.60m，场馆观众座位约1.5万个，包含活动坐席约3000个，固定坐席约12000个。办公塔楼位于东北角，地上十层，建筑高度50.00m，北侧局部设有对外商业及配套餐饮。主体场馆与商业、办公部分贴临建设，消防疏散独立设计。

场馆坐席看台采用了预制清水混凝土看台板施工方式。场馆看台分上、中、下三层结构，共47排，采用在现浇梁柱结构上安装清水混凝土预制看台板设计方案，看台部分清水混凝土预制构件包括看台板、踏步板。在项目土建施工的同时，总包在加工工厂同步生产预制看台板，完成相关生产测试后直接运至现场拼装，且看台板采取清水混凝土做法，看台表面不需要另做饰面处理，既极大提高了现场施工效率，又能保证达到很好的建筑效果。

2 结构设计

本项目分为主体体育馆及商业、办公高层塔楼，商业、办公高层塔楼位于体育馆的东北角，地上与体育馆分缝脱开，缝宽200mm。体育馆地上共7层，总高度34.1m，地下室共3层，总高度16.8m；商业、办公高层塔楼地上共10层，总高度50m。本项目采用盈建科软件进行结构计算，表1为体育馆部分结构设计参数表。

图1建筑剖面图

表1 体育馆结构设计参数表

图2结构计算模型

2.1 基础部分

根据地基土质、上部结构体系及施工条件等资料，经技术和经济对比优化，根据建筑上部结构、荷载及建筑沉降变形要求，采用钻孔(冲孔)桩基础，摩擦端承桩，以稳定中风化岩或微风化岩为桩端持力层,其岩石天然湿度单轴抗压强度标准值frk≥4MPa（中风化）或frk≥8.5MPa（微风化），桩身及承台混凝土强度等级C35，桩径取1000mm、1200mm、1400mm三种。由于结构自重及首层填土等永久荷载不能平衡水浮力时，为满足建筑物整体抗浮要求及控制底板结构配筋的经济性，地下室桩钻孔(冲孔)桩基础兼作抗拔基础，进行抗浮，同时增加配重，地下室底板厚度取为900mm，来平衡一部分水浮力。

2.2 混凝土主体结构部分

体育馆采用混凝土框架-剪力墙结构体系，根据建筑功能布局，在平面四个角部楼梯间位置布置剪力墙，抵抗水平力，框架柱根据建筑需求层层收进。经计算，结构超限总结为：1.扭转不规则，最大扭转位移比为1.38，大于1.2，且层间位移角大于1/1600，为Ⅱ类扭转不规则；2.楼板不连续，体育馆双数层开洞率较大，接近46.4%，开洞率大于50%，并且楼板有效宽度也较小，小于50%；3.竖向构件不连续，首层局部存在柱不连续，为Ⅰ类竖向构件不连续（0.5条），共2.5条一般不规则项，结构无严重不规则项。商业、办公高层塔楼采用混凝土框架结构，经计算，结构超限总结为：1.扭转不规则，最大扭转位移比为1.25，大于1.2，且层间位移角1/1100＜1/859≤1/550，为Ⅰ类扭转不规则（0.5条）；2.侧向刚度不规则，第三层侧向刚度为上层侧向刚度的66.4%<80%，共1.5条一般不规则项，结构无严重不规则项。综上所述，本项目不用进行超限高层建筑工程抗震设防专项审查。

图3三层结构平面图

3 技术特点

3.1 大跨度型钢混凝土转换结构

本项目由于地下负一层图4处为训练场地，有局部大空间需要，首层采用型钢混凝土转换结构进行托柱转换，每根转换梁上托有三根框架柱，转换梁最大跨度达到了31m，从而很好的解决了地下负一层训练场的大空间要求。型钢混凝土转换梁梁宽1400mm，梁高3500mm，型钢腹板厚度40mm，高度2470mm，翼缘厚度65mm，宽度800mm,转换梁混凝土强度等级同转换柱；型钢混凝土转换柱尺寸为1500mmx1500mm，型钢腹板厚度40mm，高度970mm，翼缘厚度65mm，宽度800mm，转换柱混凝土强度等级为C50。

图4首层转换处结构平面图

3.2 大跨度平面桁架及转换桁架

体育馆屋盖采用钢结构体系，计算模型如图5，屋盖东西横向长度97.478m，南北纵向长度128m，采用平面桁架+支撑体系，桁架支承于下部混凝土结构上，采用上弦支撑的形式，屋面为轻钢屋面。屋盖方案主受力结构体系为十榀横向平面桁架及东侧平面转换桁架，如图6所示，主桁架跨度为97.478m，高度为10m，同时由两榀纵向次桁架作侧向支撑，如图7所示，次桁架跨度为126.954m，高度为9.9m。主桁架根据需要设置固定铰支座，单向滑动铰支座及双向滑动铰支座，如图8所示，以释放温度荷载下产生的水平力。

图5钢屋盖计算模型

图6 主桁架布置图

图7 次桁架布置图

（a）固定铰支座            （b）滑动铰支座

图8支座节点大样

3.3 工业化预制看台板

本项目采用工业化预制看台板。本项目看台区域原采用传统现浇工艺，但工期较长，工期无法按计划完成。后经优化，看台区域大部分采用预制看台板，预制看台板部分自负一层至四层，除首层的前两排、二层和三层（不包括踏步板）外，其余均采用预制看台板。预制看台构件的种类有看台板、单梁和踏步板，有210种预制看台板构件，总共2214块预制构件，其中看台板1120块，平板135块，肋梁79块，踏步板880块，预制看台板的最大跨度为 8.4m，看台板厚度均为80mm。预制看台板均为清水混凝土看台板，不再对看台板表面进行防水处理及抹灰装修，设计中所有外露的混凝土设计要求均为清水混凝土，现浇混凝土看台要求与预制混凝土看台的质量和颜色相协调。预制看台处，现浇混凝土斜梁梁面采用阶梯型构造，预制看台板与现浇斜梁通过氯丁橡胶垫块传递竖向力，通过销栓连接抵抗水平力，能够满足预制看台板在水平地震作用下的抗剪承载力要求；上下相邻看台板连接设置2个抗剪连接件，上下相邻看台板长度方向按间距≤1.2m均匀设置氯丁橡胶支垫，满足看台板均匀传力要求。

本项目原计划的体育馆地上结构工期为154天，改用预制看台板后，根据实际施工组织安排，吊装工期为50天，绝对吊装时间约为100小时，采用预制看台板方案通过合理的吊装计划与设备安排，节省了大量的地上结构施工工期，极大提高了现场施工效率。

4 结语

（1）本项目基础形式采用钻孔(冲孔)桩基础，主体部分体育馆采用混凝土框架-剪力墙结构体系，商业、办公高层塔楼采用混凝土框架结构，体育馆屋盖采用平面桁架+支撑钢结构体系。

（2）体育馆首层采用型钢混凝土转换结构进行托柱转换，转换梁最大跨度达到了31m，从而很好的解决了地下负一层训练场的大空间要求。

（3）体育馆屋盖采用平面桁架+支撑体系，桁架支承于下部混凝土结构上，采用上弦支撑的形式，屋面为轻钢屋面，屋盖方案主受力结构体系为十榀横向平面桁架及东侧平面转换桁架。

（4）体育馆采用工业化预制清水混凝土看台板，看台板与现浇混凝土斜梁连接可靠，节省了大量的地上结构施工工期，极大提高了现场施工效率。

参考文献

[1]中国建筑标准设计研究院. 国家建筑标准设计图集（13SG364）：预制清水混凝土看台板［M］.中国计划出版社，2013.

[2]建筑地基基础设计规范：GB 50007-2011［S］.中国建筑工业出版社，2012.

[3]混凝土结构设计规范：GB 50010-2010［S］.中国建筑工业出版社，2010.

[4]王伟江,余楚江,刘薇．佛山新城NBA级别篮球馆装配式看台设计及安装［Ｊ］．广东土木与建筑，2019，26(6):10-12.

[5]钢结构设计标准：GB 50017-2017［S］. 中国建筑工业出版社，2018.

[6]卢斌，彭征，陈程. 深圳大运中心体育场预制看台板设计［J］. 建筑结构，2011，41（S1）：627-631.

[7]隋庆海,张亚伟．西安奥体中心体育馆结构设计及若干技术介绍［Ｊ］．建筑钢结构进展，2020，22(6):136-142.

[8]何远明,黄用军,吴军,钟学赋,贺逸云,何哲宇,易枝江,毛同祥．龙华文体中心结构设计［Ｊ］．建筑结构，2021，51(24):51-56.

[9]建筑抗震设计规范：GB 50011-2010［S］. 中国建筑工业出版社，2010.

[10]车顺利,刘锋,贾俊明,吴琨,刘涛．开封市体育中心体育馆结构设计［Ｊ］．建筑结构，2022，52(11):57-63.