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1、乌石化文体中心屋盖结构设计- 工程论文乌石化文体中心屋盖结构设计李建国 LIJian-guo ；张照明 ZHANGZhao-ming（中国石油工程建设公司新疆设计分公司，乌鲁木齐830019 ）（ ChinaPetroleumEngineeringConstructionCorp.XinjiangDesignBranch，Urumqi830019，China ）摘要：乌石化文体中心为乌石化公司职工、家属及周边群众锻炼身体，组织文体活动的主要场所， 该工程为一复杂体育建筑，其上部屋盖为钢网架结构， 网架东西跨度 50m ，南北跨度 60m ，网架支承于 22 根钢筋混凝土柱上。本文围绕屋盖结构选
2、型、受力特点及结构设计中的关键性问题，进行了分析研究，归纳、总结了钢网架屋盖结构设计中应注意的关键问题及应采取的结构措施，可供同类工程参考。Abstract:UrumqiPetrochemicalCompanyCulturalandSportsCenteristheplaceforthestaffandtheirfamilymemberandthemassesaroundtoorganizerecssteelgridstructure,whichis50mfromeasttowestand60mfromnorthtosoutesthestructureselection,stresschara
3、cteristicsandthekeyproblemsinstructuredesignoftheroofstructure.Thekeyproblemsandmeasuresforroofstructurearesummarized,whichcanprovidereferenceforsimilarprojects.关键词 ：体育场馆；网架结构；荷载与作用；橡胶隔震垫Keywords:sportsstadium； spacetrussstructure； loadandfunction；rubbervibrationisolationcushion中图分类号：TU318文献标识码：A 文章
4、编号： 1006-4311（ 2015 ）28-0096-020 引言随着科技与经济的发展，人们对结构有了越来越高的要求，结构的规模越来越大，形式也越来越复杂。大跨度空间结构是一类结构受力合理、刚度大、重量轻、杆件单一、制作安装方便的空间结构体系， 它具有良好受力性能、 形体优美，具有大空间的跨越能力， 其良好的经济性、 安全性和实用性， 使其成为我国发展最快的结构形式之一，近年来在大跨度、大柱网的公共建筑中得到了广泛应用。1 工程概况乌石化文体中心位于乌鲁木齐市米东区乌石化生活区，是乌石化公司职工、家属及周边群众锻炼身体，组织文体活动的主要场所，长为86m ，宽为 68m ，建筑檐口高度23
5、.3m ，总建筑面积8690m2 。建设规模2800 座，乌石化文体中心分三层，首层为羽毛球厅、乒乓球厅；二层为多功能厅、健身厅、瑜伽馆；三层为篮球场和排球场。建成后已成为一座集比赛、训练、集会、演出等功能于一体的设施先进的综合性体育场馆，效果图见图1 。2 屋盖结构布置及特点乌石化文体中心主体结构形式为钢筋混凝土框架结构，屋盖为钢网架结构，网架东西跨度 50m ，南北跨度 60m 。网架支承在 22 根截面分别为 1.3m 0.8m 、1.2m 1.2m的钢筋混凝土柱上，网架为正放四角锥钢网架，网架矢高3.3m ，连接形式为螺栓球连接，支座外挑4m ，钢网架与混凝土柱依靠弹性支座连接，钢网架
6、网格为边长3m 的正方形，所有杆件均为Q235-B钢材。网架平面、正立面布置图如图2 、图 3 所示。3 屋盖结构荷载与作用3.1 设计使用年限与安全等级按照设计任务书要求和相关设计规范，结构耐久性设计年限为50 年，设计基准期为 50 年，下部混凝土框架结构的安全等级为二级， 结构重要性系数为1.0 ，屋盖钢结构的安全等级提高取为一级，结构重要性系数取为1.1 。3.2 恒荷载与活荷载屋盖恒荷载和活荷载标准值如表1 所示。作为乌石化广大职工家属健身及中油系统篮球比赛之用，要达到CBA 比赛标准要求，工艺要求较高，活动扩声和照明设备、 LED 大屏、马道等局部吊挂荷载较大，对于网架结构，网架杆
7、件以承担轴向力为主， 外部设备仅能吊挂于网架螺栓球节点上，此荷载取值时应充分考虑各项因素，确保其正确性和合理性。3.3 地震作用抗震设防烈度为8 度，设计基本地震加速度值为0.2g ，设计地震分组为第二组。建筑抗震设防类别为丙类，设计基准期为50 年。场地土类别为类，场地特征周期为 0.35s ，建筑结构的阻尼比为0.05 。3.4 风荷载结合相关规范标准，本工程取50 年一遇的基本风压0.6kN/m2，地面粗糙度类别为 B 类。4 屋盖结构设计屋盖采用正放四角锥钢网架，采用下弦多点支承，支座均设在钢筋混凝土框架柱上。屋盖网架内力分析采用浙江大学MSTCAD 程序进行计算，并采用橡胶支座以部分
8、释放网架水平推力及温度作用影响。计算网架水平震动作用时仍依照8 度设防烈度，不需考虑其他因素。分析屋盖网架结构时，为了避免诸多客观因素的干扰，也为了减少分析工作量，应采用橡胶支座， 通过计算和分析橡胶垫的变形，获取橡胶垫本身的水平刚度和竖向刚度（ Kx=Ky=5.23kN/mm），然后以此为依据分析网架支座的结构。分析结果显示支座最大水平力为90kN ，但若假设橡胶垫不具变形能力的话，支座的最大水平力就会增大，变成175kN ，而过大的水平力会严重影响网架的下部结构。而采用橡胶垫后，由于最大水平力会大大减少，上述问题会迎刃而解。关于橡胶垫的设计具体要求如下：厚度100mm ，平面尺寸 600m
9、m 600mm，内夹薄钢板，橡胶层总厚度为70mm 。在试验过程中由于在橡胶垫的作用下支座的最大位移仅为30.7mm ，因此通过采用橡胶垫，在地震作用下，也会有效减少地震反应，减小其对下部结构的不利影响。5 高精度预埋件及叠层橡胶隔震垫的应用由于屋盖网架施工复杂，周遭影响因素众多，施工难度很大，此时若采取传统的方法进行施工， 难以满足施工需求， 应依据施工具体情况， 选用科学合理的施工方法，即将锚板与锚筋分离施工，先预埋锚筋，再钻孔焊接锚板，最后注浆的施工方法。首先在柱内预埋已经焊接成骨架的锚筋，等结构混凝土完成施工准备工作后，依据锚筋实际位置将锚板钻孔塞焊固定，同时保证锚板的各项参数符合相关
10、要求， 如此可有效保证预埋精度。锚板固定后， 采用高强无收缩灌浆料进行注浆。该种注浆料呈自流态，1 天的强度即可达到50MPa ，并具有微膨胀性，从而保障了锚板与混凝土的紧密结合。尤其是对于大型预埋件来说， 该方法具有广泛的应用空间。6 采用大跨度钢网架结构及叠层橡胶隔震垫技术的效果实践证明，文体中心屋盖采用大跨度钢网架结构及叠层橡胶隔震垫技术后，大大节约了建筑的单位面积用钢量，节省了建筑投资。文体中心屋盖采用双层正放四角锥钢网架，网架矢高3.3m ，结构杆件采用的最大无缝圆管直径194mm （t=5mm），该屋盖结构设计的理论用钢量约为53.3kg/m2，比传统结构形式用钢量大幅下降。文体中
11、心屋盖结构的静内力及变形受到很多因素的影响，跨中沿y 方向的杆件受力对整体网架具有直接的作用，其中下弦杆件及腹杆主要受拉力的作用影响，上弦杆件主要受压力的作用影响，因此可知， 不同支座约束条件下杆件内力是不同的，具体如表2 。分析表 2 可知，在与固定约束相比，在弹性约束情况下网架的变形更大，因此不仅增加了杆件的轴力， 也加大了拉力的增幅。 然而与设计值相比， 还存在较大差距，其原因是跨中节点z 向及 y 向位移增幅较大， 导致杆件变形增大， 所以拉力增大。采用这种技术，减小地震作用对下部结构产生的不利影响。7 结束语通过乌石化文体中心工程的屋盖结构设计，可得到如下几点结论：大跨度的体育建筑屋
12、盖采用钢网架结构具有受力合理，造型优美，结构轻盈，空间体积利用率高等优点。 后装锚板的施工方法能够保证大型预埋件的预埋精度，同时又保证了柱头混凝土的浇筑质量。对大跨度网架结构来说， 采用橡胶支座是一个明智的选择， 因为橡胶支座的变形能力可有效释放支座的水平推力，还能够大大减少温度作用， 同时还可以利用橡胶垫的变形减小网架本身的地震反应，如此有利于下部结构的设计。 但需要注意的是由于橡胶支座在整个施工中的作用举足轻重，必须保证其质量符合相关标准和规范要求，不仅要进行产品性能试验， 还要进行现场抽样检测。参考文献：1JGJ7-2010 ，空间网格结构技术规程 S. 北京：中国建筑工业出版社， 2010.2 吴兵，孟美莉，傅学怡，等 .2011 年第 26 届世界大学生运动会篮球馆结构设计 J.建筑结构， 2009.3 董石麟，赵阳 .论空间结构的形式和分类 J.土木工程学报， 2004 ，37（ 1）：7-12.