建筑结构丨金强国际赛事中心体育馆结构方案选型

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金强国际赛事中心体育馆结构方案选型

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文/胡振杰，许平，陈平友

金强国际赛事中心项目作为2021年第31届世界大学生夏季运动会比赛场馆之一，备受各方重视，项目的整体建筑风格经历了多次研讨，不断完善，最终呈现“鲸”涛海浪的流线形式。该项目作为客户首个大型场馆类项目，对建筑的功能及效果提出很多要求。因此，结构设计在前期方案阶段需要考虑的因素也会更多。针对屋盖的选型，除结构自身的安全性与经济性以外，需同时兼顾多种使用功能。

1   工程概况

金强国际赛事中心位于四川省成都市温江区，总建筑面积约16.2万m²，地上设一道防震缝，分为体育馆和商业两个结构单元。体育馆建筑面积约4.49万m²，地上5层，屋顶标高43.120m，包含12560座固定座席及1620座活动座席，属特大型甲级体育馆，可承办NBA，CBA等高水平国际篮球比赛，同时兼具演艺中心功能，可举办文艺演出等活动。

▲  整体鸟瞰图

▲  建筑效果图

▲  体育馆剖面示意图

2  结构设计参数

建筑结构安全等级为一级，建筑抗震设防类别为乙类，地基基础设计等级为甲级，建筑结构构件耐火等级为一级，结构设计使用年限为50年。工程所在地区抗震设防烈度为7度，地震分组为第三组，基本地震加速度值为0.10g，场地类别为Ⅱ类。50年重现期的基本风压值0.3kN/m²；地面粗糙度类别B类；计算屋盖时按照100年重现期的基本风压值0.35kN/m²和风洞试验结果取大值进行包络设计。

3  结构体系比选

3.1  主体结构方案比选

项目初期对主体结构方案选型进行研究，参考国内大型场馆的结构形式，结合本工程的特点，可选择的方案有：框架结构、框架-剪力墙结构、框架-支撑结构。框架-剪力墙结构和框架-支撑结构利用楼电梯间位置设置剪力墙或钢支撑，其余布置三个方案基本一致。

▲  框架-剪力墙结构平面布置

▲  框架-支撑结构平面布置

对比三个方案的主要计算结果，可以得出如下结论：1）框架结构的整体抗扭刚度不足，第1振型仍为扭转。2）利用建筑的楼梯间，增设6道落地剪力墙，有效地增加了结构的抗扭刚度，整体抗震性能优于框架结构。3）框架-钢支撑结构的抗扭刚度介于框架结构和框架-剪力墙结构之间，能有效控制结构的整体扭转。

综合成本及施工便利性考虑，本工程主体结构采用框架-剪力墙结构较恰当。各层楼板均采用现浇钢筋混凝土楼盖体系，为增加主体结构的整体性，周边看台均采用现浇混凝土看台。

3.2  屋盖钢结构方案比选

体育馆屋盖的设计是本工程的重难点，结构方案阶段针对钢屋盖的结构形式进行对方案比较。屋盖平面投影呈一椭圆平面，长轴尺寸126.7m，短轴尺寸109.7m，四周悬挑6~15m。屋面标高由顶部向四周呈放射状变化，屋顶最高处标高为43.120m，檐口处标高为34.400m。

根据本工程屋盖特点，钢屋盖结构可选择的方案有：1）正放四角锥网架，网架高7.5m；2）立体桁架，高7.5m；3）张弦拱桁架，总高13.5m，其中桁架高3m；4）双向正交平面桁架组成的正放网架，跨中高9.5m。

▲  正放四角锥网架剖面示意

▲  立体桁架剖面示意

▲  张弦拱桁架剖面示意

▲  双向正交正放网架剖面示意

通过对比各方案主要计算结果，可以看出，各方案各项指标均能满足规范要求。综合考虑建筑美观及业主要求，各方案利弊分析如下：

（1）根据业主及建筑专业要求，设备管线及马道需隐藏在屋盖结构内。正放四角锥网架与立体桁架不利于马道及风管布置，且杆件数量较多，较凌乱，正放四角锥网架采用焊接球，球径会很大，影响美观。

（2）张弦拱桁架方案撑杆高度较高，越靠近场地中央高度越大，较高的撑杆对建筑空间视觉效果影响较大；除了既定的体育赛事外，为兼顾大型演艺活动中心功能，悬挂荷载较大，如果采用张弦结构，不利于吊点设置，影响今后的使用功能。

（3）双向正交平面桁架组成的正放网架方案，各榀主桁架两端均直接支撑在混凝土大柱的支座上，传力简洁。虽该屋盖结构形式的用钢量相对要大一些，但平面桁架施工工艺成熟、简便，同类型跨度相近的体育馆也多采用此方案，且相对于网架和立体桁架方案，平面桁架的空间视觉效果更好，业主及建筑师更愿意接受。

综上，屋盖钢结构采用双向正交平面桁架组成的正放网架体系。桁架端部矢高约3.6~4m，跨中矢高为5.6~9.5m，各榀桁架均支承于周边32个混凝土大柱上，在柱顶沿周边设置一道环向桁架，在下弦、上弦周边及中部两个方向设置钢拉杆，以增强屋盖整体性，屋盖结构布置见图4。

▲  双向正交平面桁架布置

▲  上下弦钢拉杆布置

4  现场施工情况

目前本工程已完成竣工验收，各阶段现场施工照片及竣工后的室内效果、整体实景如下

▲体育馆混凝土结构部分施工

▲体育馆屋盖钢结构施工一

▲体育馆屋盖钢结构施工二

▲体育馆屋盖钢结构封顶

▲体育馆立面幕墙施工

▲体育馆室内竣工效果

▲体育馆实景图

5  总结

金强国际赛事中心从设计到竣工验收历时约4年，设计团队在项目前期对同类型场馆建筑做了大量的调研，也实地考察多个项目的施工过程，在方案阶段，针对下部主体结构及屋盖钢结构进行了多方案比较分析，以期选择经济、适用、合理，且满足业主及建筑师要求的结构方案。文中仅介绍结构方案的选型内容，其他分析及设计内容可参考《金强国际赛事中心体育馆结构设计与分析》（《建筑结构》第51卷第10期）。

作者简介：

胡振杰，2001年毕业于东南大学土木工程学院，长期从事建筑结构设计工作，现任基准方中建筑设计股份有限公司联席总工程师，教授级高级工程师。成功主持完成了“华润·成都万象城项目”、“成都棕榈泉国际中心项目”、“华润·重庆万象城项目”、 “都江堰融创万达水雪综合体”、“金强国际体育赛事中心”等重大项目。多次荣获全国、省部级优秀建筑工程设计奖。任多项全国、省、市级专家。

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由胡振杰、许平、陈平友（单位：成都基准方中建筑设计有限公司）撰写的文章《金强国际赛事中心体育馆结构设计与分析》已在《建筑结构》第51卷第10期刊登，点击此处可以查看原文，欢迎订阅！

责任编辑：李会珍

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