ｌ ７－程建设与设计 』 珊 ｎ ｎ＆Ｄｅｓｉｇｎｎｒ丹 ｅｃ 加蓬共和国让蒂尔港体育场结构设计 Ｔｈｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔａｄｉｕｍ Ｐｏｒｔ Ｇｅｎｔｉｌ Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｇａｂｏｎ 汤光海 （悉地（北京）国际建筑设计顾问有限公司，北京１０００１６） ＴＡＮＧ Ｇｕａｎｇ—ｈａｉ （ＣＣＤＩ（ＢｅｉＪｉｎｇ）ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＤｅｓｉｇｎ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００１６，Ｃｈｉｎａ） 【摘 要】通过总装模态分析确定让蒂尔港体育场下部混凝土结构选型，并针对混凝土超长采取有效的技术措施和详细 的温度应力分析，重点介绍了下部混凝土和上部钢结构构成。对整体结构在各种．ｘ－￣Ｌ－Ｆ的工作性能进行了详细分析，归 纳、总结了大跨结构的抗震设计经验和超长结构温度设计经验。 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｍｏｄａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｏｔａｋｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅａｓｕｒｅｓａｎｄｄｅｔａｉｌｅｄａｎａｌｙ ｓｉｓｏｎｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｔｒｅｓｓ，ｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｌｏｗｅｒｐａｒｔｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｓｔｅｅｌｓｕｐｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，ａｎｄ ｓｕｍｓ ｕｐ ｓｏｍｅ ｄｅｓｉｇｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｉｌｙｌａｒｇｅ—ｓｐａｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｓｕｐｅｒｌｏｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｃａｎｂｅａｒｅｆｂｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ． 【关键词】体育场；大跨钢结构；超长结构；总装分析 【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｓｔａｄｉｕｍ；ｌｏｎｇｓｐａｎｓｔｅｅｌｓｔｕｒｃｔｕｒｅ；ｏｖｅｒｌｏｎｇｓｔｕｒｃｔｕｒｅ；ｗｈｏｌｅｓｔｒｕｃｔｒｕｅａｎａｌｙｓｉｓ 【中图分类号】ＴＵ２４５；ＴＵ２０８．５ ［ＤＯｌｌ１０．１３６１６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｃｊｓｙｓｊ．２０１７．１ １．００２ 【文献标志码】Ｂ 【文章编号】１００７—９４６７（２０１７）１１－００２０—０４ １工程概况 本工程为加蓬共和国让蒂尔港新建体育场，可容纳观众 约２０ ０４３座，占地面积约３００００ｍ２，总建筑面积约１９４１２ｍｚ （不含罩棚下投影面积），地上４层。下部混凝土看台外轮廓４ 个角部为四分之一圆的近似长方形，长约２０１ｍ，宽１６１ｍ，看 台上空覆盖与看台平面形状相似的环向钢结构罩棚，罩棚投 影完全覆盖观众看台，环向宽３６ｍ。下部看台结构采用现浇混 凝土框架结构体系，楼板、看台板采用现浇混凝土板；上部钢 结构采用径向丰桁架、环向次桁架及水平支撑形成的空间悬 挑钢桁架受力体系，屋面采用金属屋面和实心聚碳酸酯板（悬 挑前端），以减轻结构自重。体育场整体效果见图１。 【作者简介】汤光海（１９７８～），男，重庆人，工程师，从事结构工程设 计与研究。 图１体育场整体效果图 ２基础设计 根据场地具体情况以及本工程的结构受力特点，基础拟采 用柱下独基。支承上部钢结构的混凝土柱下部采用沉管砂石 桩复合地基；其它位置采用经强夯处理后的砂层作为基础持 力层。强夯后的天然地基和沉管碎石桩复合地基承载力特征 ｉ工程建设与设计 Ｊ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒ ｅｃｆ 个上部钢屋盖通过内、外支座支承于下部砼结构柱顶，径向悬 地面粗糙度：Ｂ类 挑钢桁架向场内悬挑约２４ｍ，径向桁架上下弦采用工字钢 Ｈ３００ｍｍｘ３００ｍｍ×ｌ８ｍｍ￣２４ｍｍ逐渐减小至Ｈ３００ｍｍ× ３００ｍｍ ｘ８ｍｍ×１４ｍｍ。主桁架悬挑根部（内支座处）高度 风压高度系数 ：１．６８２（最高处离地面３１ｍ） 风振系数 ：２．０（屋面悬臂前端）、１．６（屋面其它部位）、 １．２（墙面） ２．５５ｍ，桁架高度沿悬挑长度逐渐减小，因建筑造型要求，当悬 风载体型系数 ：下部混凝土／ｚ，＝１．３；上部钢结构 见图 挑主桁架桁架高度小于１．０３２ｍ时，桁架转变成实腹式工字钢 ４；同时与风洞试验结果包络取大值。 梁，钢梁截面Ｈ（１０３２～７３ｌｍｍ￣３００ｍｍ￣１０ｒａｍ￣１４ｍｍ。 为了增强整个钢结构屋盖整体稳定性，在钢结构桁架中 部及内、外支座处设置了５道环向平面桁架，在屋盖最内圈设 置系杆，同时沿屋盖径向布置了上弦水平交叉支撑。上部钢结 图４上部钢结构 。取值示意图 构详图３。 ４）地震作用（同时与安评报告计算结果取包络值） 上部主体钢结构理论用钢量９９８ｔ，按其覆盖面积投影 设计基本地震加速度值０．０５ｇ（５０ａ超越概率１０％）用于 １ ８ ５９６ｍ 计，钢结构总用钢量为５３．６ｋｇ／ｍ￣。考虑支座节点以及 构件承载力验算，设计地震加速度值Ｏ．０１８ｇ（５０ａ超越概率 加劲肋、局部构造、规格化等因素，实际用钢量可按增大约 ６３％）用于结构变形、位移验算；场地类别：Ⅳ类；场地特征周 ２０％考虑。杆件截面详见表１。 期： Ｏ．４５ｓ； 表１ 杆件截面汇总 ｍｍ 阻尼比 ：下部混凝土结构单体模型 取Ｏ．０５， 构件类别 构件名称 规 格 Ｈ３００×３００×８×１４ １－１３００×３００×１０×１６ 上部钢结构单体模型 取０．０２；总装模型 取０．０２ 径向悬 彤；ｏｏ×３０ｏ×ｌ４×２２ Ｈ３０ｏ×３０ｏ×１８×２４ 控制上部钢结构， 取０．０３５控制下部混凝土结构； 挑主桁架 腹杆 口６０× ６口８０ｘ６ ＨＮ１００￣７５×６×８ ＨＷ１００×１ｏ０ ×６×８ ＨＷｌ５０×Ｘ１５Ｏ×７×ｌ０｝｛２５０×２５０×８×ｌ２ 周期折减系数取Ｏ．８；同时考虑５％偶然偏心和 环向 上弦杆、下弦杆 口２０ｏ×６ 次桁架 腹杆 口８０￣６ 双向地震，取大值。 环向系杆 １５２×６ ２１９×１０ 口２５０×ｌ５Ｏ×８口２５Ｏ×２ｏｏ×８ 横向支撑 １６８×６ １８０×８ 采用中震弹｝生复核上部钢结构杆件及混凝土柱 承载力，采用中震不屈服复核下部混凝土梁承载力。 ４结构分析及计算结果 ５）温度作用 ４．１结构分析 依据当地气象资料，温度作用取值如下：上部钢结构取 ４．１．１荷载取值及工况组合 ＋１５￣Ｃ（升温温差）、一１５￣Ｃ（降温温差）；下部混凝土结构取 １）附加恒载：楼（屋）面附加恒荷载按相应的建筑做法取 ＋１０￣Ｃ（升温温差）、一１５￣Ｃ（降温温差）＋（一１０￣Ｃ混凝土收缩当 值，并考虑吊顶、设备管道荷载１．０ｋＮ／ｍ２。梁上隔墙、护栏及翻 量温差），考虑混凝土徐变变形引起的构件应力松弛，应力松 板等按实际建筑做法取值。水箱、大屏幕等重大设备按实际情 弛系数取０．５；合拢温度取２５￣Ｃ。 况采用。金属屋面＋檩条＋天沟，防水吸音等取１．０ｋＮ／ｍ２。悬 根据上述荷载工况，按照现行规范［１】相关规定进行荷载 挂荷载根据强弱电、暖通专业提供的设备重量、布置位置以及 细合。 马道的平面布置确定。 ４．１．２计算模型及假定 ２）楼（屋）面使用活荷载标准值１楼（屋）面使用活荷载标 计算模型采用Ｓａｐ２０００Ｖ１５．２．１整体结构总装三维模型， 准值根据建筑功能按规范取值。 蚨固至基础顶面。模型中构件采用Ｆｒａｍｅ单元，楼板及看台板 ３１风荷载 采用Ｓｈｅｅｌ单元，并对其进行剖分。总装模型阻尼比分别采用 风荷载重现期：１００ａ（上部钢结构），５０ａ（下部混凝土结 ０．０２及０．０３５，０．０２阻尼比控制上部钢结构，０．０３５阻尼比控制 构） 下部混凝土结构。桁架支座均铰接，主桁架上下弦杆连续，腹 基本风压：０．５０ｋＮ／ｍ２（１００年重现期） 杆按刚铰接双控。 ２２ 建篡与绩构ｉ殳计Ｊ ｈ“ “ｍｍ ｓｍ“ Ｗ ｄ Ｄｅ Ｉ 钢结构屋面、墙面采用质量和刚度均退化为零的Ｓｈｅｌｌ单 元，施加均布恒、活、雪及风荷载，马道、天沟和吊挂幕墙根据 荷载计算结果采用点荷载或线荷载输入。 构振型为主，第１阶为钢结构沿ｙ向平动振型；第２阶沿 向 平动振型；第３阶为钢结构主扭转振型。第４阶和第２４阶振 型分别为下部混凝土结构沿ｌ，向和 向平动主振型，第２７阶 振型为混凝土结构主扭转振型。周期比 ／７’ｌ＝ｏ． ７３６／Ｉ．１０７＝０．６６＜０．９，满足规范要求。第３９阶为楼盖的竖向振 型，１／０．１７７＝５．６Ｈｚ＞３．０Ｈｚ，楼盖舒适度满足设计要求。 ４．２．２位移分析 ４．２主要计算结果 计算结果显示，腹杆与弦杆刚接、铰接方案的模态响应差 别不大，以下给出铰接方案的计算结果，且只给出Ａ区的计算 结果，其它区类似。 ４．２．１模态分析 在恒＋活、恒＋风、恒＋温等各种组合工况作用下，结构 采用Ｒｉｔｚ向量法计算了结构的前５ ｌ阶振型。结构的三向 振型质量参与系数分别达到１００％、１００％、９９％。结构各主振型 如图５所示。楼层最小剪重比：ｘ向为３．０４％，Ｙ向为２．４２％， 满足规范要求。地震作用下结构楼层最大层间位移角：Ｘ向为 １／３２０８，Ｙ向为１／３０８７，满足规范要求。地震作用下最大扭转位 的最大位移发生在桁架悬挑前端，节点最大向下位移 １６９ｍｍ＜Ｌｆｆ２５０＝１９２ｍｍ，满足规范设计要求。 ４．２．３钢结构杆件内力分析 在重力荷载作用下，钢结构屋盖构件应力水平较低；构 件应力水平主要受温度、风、地震作用以及稳定控制；中震弹 性复核，钢结构杆件较小震作用下应力水平有所增大；但在各 移比： 向为１．０２，ｙ向为１．Ｏ８，满足规范要求。 种工况作用下应力水平均低于 ０．９０，满足设计要求。 ４．２．４钢结构整体稳定分析 本工程计算了线性屈曲和几 何非线性屈曲两类结构稳定问题， 考虑了“（１．０恒＋１．０活）和（１．０恒 ＋１．０风）”两种不利组合工况取包 络。 １）线性屈曲分析：结构第一 阶屈曲为径向悬挑主桁架上弦杆 钢屋盖沿 向平动 钢屋盖沿 向平动 。 屋盍础转王孤型 掌 毳 车 铀 ‘ 自侧 ｙＩ廿Ｊ十训 界荷载系数为１０．５６＞１０，满足设 混发生面外整体屈曲，线性屈曲的Ｉ临 计要求。 ２）非线性屈曲分析：对结构进 行整体非线陛屈曲稳定分析，考虑 几何非线性，几何非线性屈曲系数 为５．６６＞５，钢结构屋盖整体稳定满 足设计要求。 ４．２．５节点设计 对节点区、支座采取节点板加 强等措施，满足大震弹性性能指 第２４阶振型ｆｆ＝０ ４０６ｓ） 第２７阶振型（ｃ＝Ｏ ３７９ｓ） 濉凝ｉ 结构沿Ｘ向平动 混凝 ｉ 结构扭转主振型 第３９阶振型（ ＝Ｏ １ ７７ｓ） 看台、楼盖竖向振型 标，符合“强节点、弱杆件”的设计 理念。 图５ Ａ区主要振型图 由图５可知：结构前３阶振型质量参与较少，以钢结 （下转第２７页） ２３ ＾“ “ 彻ｄ崎ｍ ｍ ｎ ‘ ｌ 建筑与结构设过Ｉ 道路包括主道、辅道、绿化带，绿化带下有雨水管道。开挖 及管道吊装过程中，不可避免地要临时切断雨水管道。主道为 双向３车道，辅道为单车道。施工期间，要保证至少双向单车 道可以行车。 经过现场实地勘察、内业布置、并与交管部门充分沟通， 决定采用以下方案：拆除两侧主路与辅路间绿化带（长度约 ８ｍ），并硬化路面，满足大型车辆通行；开挖Ａ段土方，并对沟 底抄平，平整沟底，浇筑混凝土底板；砌筑砖工作井，同时回填 沙；吊装Ａ段管道，遇原有ＤＮ５００ｍｍ混凝土雨水管道须先临 过程中，根据原地基处理情况，部分部位加设钢板桩，既起到 了防水作用，也保证了基坑壁的稳定。详见图５、图６。 时拆除，并替换ＰＶＣ管；回填Ａ段管沟并压实，浇筑路面；开 挖Ｂ段土方，并对沟底抄平，平整沟底，浇筑混凝土底板；吊装 Ｂ段管道及回填沙、浇筑路面。施工期间，根据现场土厨情况， 在：【：作井上方及侧壁增加Ｈ型钢，作为井壁的临时支撑。施工 图６管线明开挖施工步骤二 ４结语 本文针对具体项目遇到的有关主体结构、地基处理、特种 结构、施工组织安排方面的６个典型实例，探讨了作为结构专 业的设计师，如何结合现场实际情况考虑问题的思路，与同行 共勉。实际上，结构专业设计包括的内容非常广泛，与施工组 织实施、工程造价控制等环节息息相关，设计思路决定了设计 结果，对设计人的经验、技术都提出了相应的要求。（ 【收稿日期１２０１７－０５—１２ 图５管线明开挖施工步骤一 ０ ０ 、， ０ ｐ 口 ＼ 、 ０ｐ ｔ ＼ 。 ＼ ， ＼户 妒‘ ０ ｐ一 Ｊ 户０ ｔ ｔ， ｔ 、ｊ 、， （上接第２３页） 必要的结构构造措施保证节点的安全性。 【参考文献】 ５结论 １）多程序、多模型的计算分析表明：对这类“上部钢结构支 承于下部混凝上结构”的复杂建筑，结构设计时应进行总装分 析，以充分考虑上部钢结构和下部混凝土相互作用、相互影响 【１】ＧＢ５０００９－－２０１２建筑结构荷载规范【ｓ］． 【２】ＧＢ５００１ １—２０１０建筑抗震设计规范【ｓ】． 【３】ＧＢ５００１０－－２０１０混凝土结构设计规范【ｓ］． 【４】ＧＩ３ ５０００７－２０ １ １建筑地基基础设计规范［ｓ】 【５】ＪＧＪ ９４－－２００８建筑桩基技术规范［ｓ】． 的工作特性；根据计算模型的应力结果，对关键位置的配筋等 予以加强，可以在确保结构安全的同时，获得较好的经济效 益。 【６】ＪＧＪ７９—２０ｌ２建筑地基处理技术规范【ｓ］． 【７】（ＪＧＪ７—２Ｏ１Ｏ空间网格结构技术规程［ｓ】． 【８】ＧＢ ５００ １ ７—２００３钢结构设计规范【ｓ】． ２）对该类超长结构温度影响较大，混凝土、钢结构相对低 温人模、合拢、设后浇带、温度构造筋，对降低和控制温度、收 缩效应等十分必要。 ３）复杂空间结构的节点是关键，应通过有限元分析以及 【收稿日期１２０１７－０５—０２ ２７