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『研之有物』我院結(jié)構(gòu)團隊力作:“超大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)體系”在體育場館中的應用

2023-10-25 19:00:00

1.動圖


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。

2.圖片1

△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。

3.圖片2

△“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。

4.圖片3

△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。

5.圖片4

△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)。

6.圖片5

△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。

7.圖片6

△主場館屋面桁架應力分析圖

8.圖片7

△主場館屋面鋼桁架結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場

9.圖片8

△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。

10.圖片9

△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。

11.圖片10

△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


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