前言
由我院設(shè)計(jì)的“北京理工大學(xué)珠海學(xué)院體育文化綜合館”（以下簡(jiǎn)稱‘北理工體育館’）項(xiàng)目，榮獲2022-2023年度第一批“國(guó)家優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”。北理工體育館作為大型綜合性體育場(chǎng)館，為滿足使用的多功能性，需要超大的建筑跨度和復(fù)雜的技術(shù)工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，這對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了巨大的挑戰(zhàn)。本期『研之有物』，將對(duì)我院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在“北京理工大學(xué)珠海學(xué)院體育文化綜合館”（以下簡(jiǎn)稱“北理工體育館”）項(xiàng)目中所面臨的結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)與技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)行專題分享。
△北理工體育館航拍
一 項(xiàng)目簡(jiǎn)介
北理工體育館項(xiàng)目總建筑面積約2.3萬(wàn)㎡，由東場(chǎng)館、西場(chǎng)館和主場(chǎng)館三個(gè)部分組成，整座建筑呈現(xiàn)“天圓地方”造型。東、西場(chǎng)館地上兩層，結(jié)構(gòu)總高度12米；中部主場(chǎng)館地下一層，地上局部?jī)蓪?，設(shè)有73米x92.5米x12米（凈高）的超大內(nèi)部無(wú)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(gè)籃球場(chǎng)，或6165個(gè)集會(huì)活動(dòng)伸縮看臺(tái)座位。
△“天圓地方”的建筑形態(tài)
二 技術(shù)難點(diǎn)
在任何一座城市，大型體育場(chǎng)館的數(shù)量都是屈指可數(shù)，能積累的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)也相對(duì)有限，本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要難點(diǎn)包括：一是主場(chǎng)館跨度超70米的鋼桁架結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，如何在保障安全、適用的前提下，盡可能保障經(jīng)濟(jì)、節(jié)能的技術(shù)挑戰(zhàn)；二是需要與建筑、機(jī)電專業(yè)等相關(guān)專業(yè)的生產(chǎn)廠家進(jìn)行嚴(yán)格謹(jǐn)慎的配合，不僅滿足各項(xiàng)結(jié)構(gòu)受力指標(biāo)，更要達(dá)到讓建筑造型與各種設(shè)備的實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)合理的落地可能。
△設(shè)計(jì)效果圖
三 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
01、結(jié)構(gòu)選型：
由于使用功能及建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高，需滿足正常學(xué)校訓(xùn)練活動(dòng)、國(guó)內(nèi)外高標(biāo)準(zhǔn)比賽、大型集會(huì)典禮等方面的要求，綜合考慮安全、經(jīng)濟(jì)、后期維護(hù)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(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為7度。主場(chǎng)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。
△場(chǎng)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(jì)：
主場(chǎng)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(fēng)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(guò)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(guò)端部結(jié)合造型設(shè)計(jì)的弧形桁架傳遞到柱頂?shù)幕炷廖菝娼Y(jié)構(gòu)。
△主場(chǎng)館三維模型圖
結(jié)構(gòu)分析采用了盈建科YJK（主設(shè)計(jì)軟件），建立空間整體模型進(jìn)行計(jì)算分析，滿足規(guī)范對(duì)受力與變形的要求。同時(shí)進(jìn)行了抗震性能化包絡(luò)設(shè)計(jì)，重要的混凝土支撐柱滿足中震抗彎剪彈性。對(duì)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(jì)軟件Midas.GenV800進(jìn)行對(duì)比復(fù)核，加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)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。
△主場(chǎng)館屋面桁架應(yīng)力分析圖
△主場(chǎng)館屋面鋼桁架結(jié)構(gòu)施工現(xiàn)場(chǎng)
△主場(chǎng)館內(nèi)部實(shí)景圖
03、伸縮式看臺(tái)：
場(chǎng)館坐席系統(tǒng)采用伸縮式看臺(tái)解決方案，高達(dá)28排，可容納人數(shù)超6000人。伸縮式看臺(tái)節(jié)省空間和人力，需要時(shí)展開支架，不用時(shí)折疊起來(lái)，只需一人即可在短時(shí)間內(nèi)同時(shí)操作數(shù)千個(gè)座位，可適應(yīng)場(chǎng)館在各類文化、體育場(chǎng)景下的多功能用途，是目前國(guó)內(nèi)規(guī)模和技術(shù)難度最大的同類項(xiàng)目之一。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中針對(duì)不同功能場(chǎng)景的使用工況，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行了受力包絡(luò)設(shè)計(jì)。
△伸縮式看臺(tái)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(duì)屋頂桁架布置與檢修馬道設(shè)置進(jìn)行復(fù)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(fù)溝通金屬屋面及外墻的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，加強(qiáng)防風(fēng)防水細(xì)節(jié)處理。為實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目綠建二星的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)團(tuán)隊(duì)為各專業(yè)提供了強(qiáng)有力的實(shí)施保障。
△強(qiáng)有力的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保障建筑高實(shí)施度
結(jié)語(yǔ)
我院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)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(jì)到施工圖設(shè)計(jì)深化，在經(jīng)過(guò)與方案設(shè)計(jì)師、業(yè)主、各專業(yè)，以及裝修、舞臺(tái)燈光、活動(dòng)看臺(tái)、體育賽事等專業(yè)公司的不斷溝通配合下，達(dá)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(rèn)可。本期以“北京理工大學(xué)珠海學(xué)院體育文化綜合館”項(xiàng)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(yīng)用，后續(xù)我院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)分享更多項(xiàng)目的專題研究，歡迎持續(xù)關(guān)注。
撰稿 | 技術(shù)管理委員會(huì)