前言
由我院設(shè)計的“北京理工大學珠海學院體育文化綜合館”（以下簡稱‘北理工體育館’）項目，榮獲2022-2023年度第一批“國家優(yōu)質(zhì)工程獎”。北理工體育館作為大型綜合性體育場館，為滿足使用的多功能性，需要超大的建筑跨度和復雜的技術(shù)工藝來實現(xiàn)，這對結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了巨大的挑戰(zhàn)。本期『研之有物』，將對我院結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊在“北京理工大學珠海學院體育文化綜合館”（以下簡稱“北理工體育館”）項目中所面臨的結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)與技術(shù)創(chuàng)新進行專題分享。
△北理工體育館航拍
一 項目簡介
北理工體育館項目總建筑面積約2.3萬㎡，由東場館、西場館和主場館三個部分組成，整座建筑呈現(xiàn)“天圓地方”造型。東、西場館地上兩層，結(jié)構(gòu)總高度12米；中部主場館地下一層，地上局部兩層，設(shè)有73米x92.5米x12米（凈高）的超大內(nèi)部無遮擋多功能使用空間，建筑屋面最大高度23.4米，可提供8個籃球場，或6165個集會活動伸縮看臺座位。
△“天圓地方”的建筑形態(tài)
二 技術(shù)難點
在任何一座城市，大型體育場館的數(shù)量都是屈指可數(shù)，能積累的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗也相對有限，本項目結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要難點包括：一是主場館跨度超70米的鋼桁架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計，如何在保障安全、適用的前提下，盡可能保障經(jīng)濟、節(jié)能的技術(shù)挑戰(zhàn)；二是需要與建筑、機電專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的生產(chǎn)廠家進行嚴格謹慎的配合，不僅滿足各項結(jié)構(gòu)受力指標，更要達到讓建筑造型與各種設(shè)備的實現(xiàn)最經(jīng)濟合理的落地可能。
△設(shè)計效果圖
三 結(jié)構(gòu)設(shè)計
01、結(jié)構(gòu)選型：
由于使用功能及建設(shè)標準較高，需滿足正常學校訓練活動、國內(nèi)外高標準比賽、大型集會典禮等方面的要求，綜合考慮安全、經(jīng)濟、后期維護等因素，采用大跨鋼桁架結(jié)構(gòu)及金屬屋面，下部支撐結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)安全等級為二級，設(shè)計使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度。主場館抗震設(shè)防類別為乙類，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)+大跨鋼桁架金屬屋面。
△場館之間通道采用：鋼梁上鋪鋼筋桁架樓承板連接
02、大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計：
主場館外圍設(shè)鋼筋混凝土柱，柱跨9.5米。鋼桁架跨度73米，下弦桿下凈高12米。主鋼桁架高度5.4米，其上部結(jié)合建筑造型及采光通風要求，局部設(shè)置子鋼框架結(jié)構(gòu)；在與局部二層交界的高低跨處設(shè)上下雙層鋼桁架過渡，高度9.9米。鋼桁架上下弦為H型鋼，弦高度500mm,腹桿高300mm。上下弦平面內(nèi)在桁架之間設(shè)系桿，并沿周邊及中部在上下弦平面內(nèi)設(shè)水平交叉支撐，及部分桁架間的豎向交叉支撐。上下弦桿平面內(nèi)系桿傳遞的水平力，通過端部結(jié)合造型設(shè)計的弧形桁架傳遞到柱頂?shù)幕炷廖菝娼Y(jié)構(gòu)。
△主場館三維模型圖
結(jié)構(gòu)分析采用了盈建科YJK（主設(shè)計軟件），建立空間整體模型進行計算分析，滿足規(guī)范對受力與變形的要求。同時進行了抗震性能化包絡設(shè)計，重要的混凝土支撐柱滿足中震抗彎剪彈性。對空間桁架結(jié)構(gòu)，采用盈建科YJK和有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件Midas.GenV800進行對比復核，加強節(jié)點受力分析。桁架端部在柱頂采用了固定橡膠鉸支座，減小地震力的作用，起到抗震減震作用。
△主場館屋面桁架應力分析圖
△主場館屋面鋼桁架結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場
△主場館內(nèi)部實景圖
03、伸縮式看臺：
場館坐席系統(tǒng)采用伸縮式看臺解決方案，高達28排，可容納人數(shù)超6000人。伸縮式看臺節(jié)省空間和人力，需要時展開支架，不用時折疊起來，只需一人即可在短時間內(nèi)同時操作數(shù)千個座位，可適應場館在各類文化、體育場景下的多功能用途，是目前國內(nèi)規(guī)模和技術(shù)難度最大的同類項目之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計中針對不同功能場景的使用工況，對構(gòu)件進行了受力包絡設(shè)計。
△伸縮式看臺讓空間使用效率極大提升
04、專業(yè)之間緊密配合：
利用三維模型，結(jié)合了空調(diào)、消防管線設(shè)備、燈光、音響等布置使用需求，對屋頂桁架布置與檢修馬道設(shè)置進行復核調(diào)整，使空間得以合理有序高效的利用。與專業(yè)幕墻公司反復溝通金屬屋面及外墻的結(jié)構(gòu)節(jié)點，加強防風防水細節(jié)處理。為實現(xiàn)本項目綠建二星的標準，結(jié)構(gòu)團隊為各專業(yè)提供了強有力的實施保障。
△強有力的結(jié)構(gòu)設(shè)計保障建筑高實施度
結(jié)語
我院結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊在本項目的設(shè)計過程中，不斷探索最新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)方法，從方案設(shè)計到施工圖設(shè)計深化，在經(jīng)過與方案設(shè)計師、業(yè)主、各專業(yè)，以及裝修、舞臺燈光、活動看臺、體育賽事等專業(yè)公司的不斷溝通配合下，達到結(jié)構(gòu)安全性、構(gòu)件尺度、建筑功能及使用舒適性較好平衡的最優(yōu)結(jié)構(gòu)方案，得到業(yè)主一致認可。本期以“北京理工大學珠海學院體育文化綜合館”項目為例，分享了“超大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)體系”在體育館中的應用，后續(xù)我院結(jié)構(gòu)設(shè)計團隊將繼續(xù)分享更多項目的專題研究，歡迎持續(xù)關(guān)注。
撰稿 | 技術(shù)管理委員會