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文体中心屋盖结构设计

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【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50米,南北跨度60米,网架支承于22根钢筋混凝土柱上。本文围绕屋盖结构选型、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。

【关键词】

体育场馆;网架结构;荷载与作用;橡胶隔震垫

一、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86米,宽为68米,建筑檐口高度23.3米,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。

二、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50米,南北跨度60米。网架支承在22根截面分别为1.3mX0.8m、1.2mX1.2m的钢筋混凝土柱上,网架为正放四角锥钢网架,网架矢高3.3米,连接形式为螺栓球连接,支座外挑4米,钢网架与混凝土柱依靠弹性支座连接,钢网架网格为边长3米的正方形,所有杆件均为Q235-B钢材。

三、屋盖结构荷载与作用

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。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,比赛标准要求高,工艺要求复杂,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其过渡支架的重量以及动力系数等因素;钢构件连接节点以及焊缝的重量作为恒荷载考虑。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。根据本工程《岩土工程勘察报告》,场地土类别为Ⅱ类。场地特征周期为0.35s,建筑结构的阻尼比为0.05。4、风荷载根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012),本工程取50年一遇的基本风压0.6KN/㎡,地面粗糙度类别为B类。

四、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释放网架水平推力及温度作用影响。网架水平地震作用仍按照8度设防烈度进行计算,未考虑橡胶垫的减震作用。屋盖网架的结构分析中,为了减小分析工作量,抛开下部结构与网架共同作用的影响,采用橡胶支座,利用橡胶垫的变形能力,计算橡胶垫本身的水平刚度和竖向刚度(Kx=Ky=5.23KN/mm),再把这个刚度作为网架支座的约束边界来进行结构分析。分析结果:支座最大水平力为90KN,如果不考虑橡胶垫变形能力即支座直接铰接于下部结构的柱顶时,此时支座最大水平力为175KN,这对下部结构的影响非常大。可见采用橡胶垫后,水平力减小为原来的51%,对下部结构的设计极为有利,大大减小了混凝土框架的构件尺寸。在设计中采用橡胶垫板总厚度100mm,平面尺寸600mmx600mm,内夹薄钢板,橡胶层总厚度为70mm。在计算的所有荷载工况组合中,支座在橡胶垫约束下产生的最大位移为30.7mm。在地震作用下,橡胶垫也能通过变形消能减小网架本身的地震反应,减小地震作用对下部结构产生的不利影响。

五、高精度预埋件及叠层橡胶隔震垫的应用

屋盖网架采用多点支承,支座均设于框架柱上,支座预埋件大,预埋精度要求较高。由于柱头钢筋较密,若采用传统方法整块预埋,柱头难以振捣,埋件下混凝土质量控制有困难,为此设计了一种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。先将锚筋焊接成骨架预埋入柱内,待结构混凝土浇捣完毕后,根据锚筋实际位置将锚板钻孔塞焊固定,使锚板的平整度、标高及位置均能得到精确定位,从而确保了预埋精度。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。对于精度要求较高、受荷载较大的大型预埋件不失为一种较佳的施工方法。

六、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:(1)大跨度的体育建筑屋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。(2)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。(3)对大跨度网架结构,利用橡胶支座的变形能力可大大释放支座的水平推力及减小温度作用的影响,同时也能通过橡胶垫的变形消能减小温度的影响,同时也能通过橡胶垫的变形消能减小网架本身的地震反应,对下部结构的设计极为有利。由于橡胶支座需承受较大的水平推力及变位,故其制作质量应引起充分重视。此外,对橡胶支座除了应进行产品性能试验外,尚应进行现场抽样检测。

参考文献

[1]JGJ7-2010空间网格结构技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社.2010

作者:李建国 张照明 单位:中国石油工程建设公司新疆设计分公司

文体中心屋盖结构设计责任编辑:杨雪    阅读:人次