土木在线论坛 \ 建筑结构 \ 钢结构工程 \ 延续水墨山水的“一品砚池”——开封市体育中心综合体育馆

延续水墨山水的“一品砚池”——开封市体育中心综合体育馆

发布于：2022-09-15 10:13:15 来自：建筑结构/钢结构工程 [复制转发]

延续水墨山水的“一品砚池”
——开封市体育中心综合体育馆

文/车顺利，刘锋，龙婷，等

开封市体育中心位于开封新区复兴大道以北，第十大街职教园区以西，第十二大街以东，北外环以南，实际占地面积455亩。项目建成后，能够承办省级综合性运动会和国际、国内单项比赛，满足青少年日常训练、竞赛和全民健身的需要。

体育中心项目规划为“一场三馆”（体育场、综合体育馆、游泳馆、全民健身综合馆）。总建筑面积约13.2万平方米(其中体育场42772平方米，约30000座；体育馆33967平方米，约7500座；游泳馆23933平方米，约1500座；全民健身综合馆约29424平方米；其他建筑面积约1731平方米)。

建筑设计理念

综合体育馆的设计中体现出多种中国传统文化元素，将体育馆、训练馆与游泳馆设计为一个整体，成为一个体育综合体，利于赛后运营。

建筑外轮廓为方形，三部分共同围绕着曲线的内庭院。使其在外观上能够形成与体育场相互平衡的建筑体量，同时，在内部生成具有东方传统意蕴的空间体验。

建筑外立面以水墨山水为设计意向，从建筑主体与台基的轮廓到建筑表皮的处理，均表达出这种延续了千年的山水情怀，以水墨线条的洒脱体现体育建筑的动感。

结构难点与亮点

开封市体育馆主要由比赛馆、篮球训练馆和热身馆三部分组成，属于大型综合性多功能场馆。结合建筑布置特点，下部结构采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，热身馆上空采用双向正交钢桁架，上部屋盖采用双向正交正放平面管桁架，上部屋盖与下部主体结构之间通过隔震支座连接。

结构难点：

结构平面中部开洞且上下不对称形成平面不规则，扭转效应明显；
看台为阶梯型，斜向梁支撑作用明显，没有明显的结构层，竖向刚度不均匀；
结构超长，中部开洞导致联系部位薄弱；
热身馆上空的全民健身中心平面尺寸为43.2m×39.9m，建筑功能为篮球训练场，舒适度问题突出；
看台梁侧面均匀开设通风孔，对看台梁削弱严重；
上部屋盖和下部混凝土主体结构的协同工作，如何分析才能保证结构的安全可靠。

▲ 建筑纵向剖面图

▲ 建筑横向剖面图

▲ 二层结构平面

▲ 三层结构平面

▲ 整体三维结构模型

▲ 看台三维结构模型

▲ 主体结构振型图

▲ X向振型图（屋盖平动）

▲ Y向振型图（屋盖平动）

亮点1：

热身馆上空大跨楼盖采用双向正交钢桁架，与型钢柱采用刚接连接，满足舒适度要求。热身馆上空楼盖尺寸为43.2m×39.6m，长宽比约为1.09，小于1.5，呈双向受力特性，故采用了双向正交钢桁架，可以实现双向均匀传力，整体性强，亦可减小桁架高度，保证净高。两向钢桁架均为主要受力构件，相交处弦杆翼缘板为双向受力应力状态，受力状态较为复杂，故相交处腹杆采用了矩形钢管，腹杆贯通、弦杆断开，连接处采用常规“梁-柱”连接方式进行连接加强。

（a）横向

（b）纵向

▲ 钢桁架立面示意

▲ 桁架与柱刚接 ▲ 双向钢桁架刚接节点

(a)连续行走荷载模型（b）时程分析结果

▲ 连续行走荷载模型及楼盖舒适度分析结果

▲ 跑动荷载模型及楼盖舒适度分析结果

亮点2：

上部钢结构屋盖采用双向正交正放平面管桁架。比赛馆上空楼盖尺寸为79.2m×88.8m，长宽比约为1.12，小于1.5，呈双向受力特性，故采用了双向正交正放平面管桁架，可以实现双向均匀传力，整体性强，为进一步加强其整体性，桁架上弦平面内设置水平支撑。篮球训练馆上空与比赛馆上空管桁架连续布置，上弦管贯通，为保证篮球训练馆净高，支座处采用了变截面方式实现管桁架连续过渡。另外考虑到支座处控制内力为剪力，弯矩较小，另外综合考虑比赛馆、篮球训练馆的净高，金属屋面屋面标高等因素，管桁架支座处采用了变截面，支座高度（弦杆轴线间）为3.2m，跨中高度为4.4m。管桁架中腹杆布置尽量使其承受拉力，避免受压失稳。

▲ 屋盖结构平面布置图

▲HJY-3立面布置图

▲HJX-1立面布置图

亮点3：

上部钢结构屋盖与下部主体结构之间采用隔震支座，释放温度应力，弱化下部主体结构与上部钢屋盖之间的影响。

隔震支座布置原则：1）刚度较大的铅芯橡胶支座沿外框架周边布置，其余部位尽量布置刚度较小的天然橡胶支座；2）根据《抗规》12.2.3条，同一隔震层内各个橡胶隔震支座的竖向压力宜均匀，在竖向荷载代表值作用下（考虑竖向地震）的平均压应力不超过乙类建筑的限值12MPa；3）在罕遇地震作用下，隔震支座不宜出现拉应力，出现拉应力时，其拉应力不超过1MPa；4）在罕遇地震作用下，隔震支座的极限水平变形应小于其有效直径的0.55倍和各层橡胶层总厚度3倍的较小值；5）隔震层刚度中心宜与质量中心重合，偏心率不应大于3%。

基于以上原则，本工程选用了天然橡胶支座（LNR）和带铅芯橡胶支座（LRB）两种类型支座， 5~10轴交N~S轴共布置18个天然橡胶支座，其余部位共布置34个带铅芯橡胶支座，支座布置如屋盖结构平面布置图所示，支座与主体结构连接如下图所示。