室内运动场钢结构设计与思路分析

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1、室内运动场钢结构设计与思路分析摘  要：本文主要介绍了该工程的结构设计与选型、设计思路、典型节点设计、维护系统设计及经济性分析，本室内运动场主要结构为平面拱形桁架。关键词：平面拱形桁架；典型节点；金属维护    1.工程概况    某厂室内运动场是一面积较小且包含有篮球场、羽毛球场、乒乓球场及健身器材等的一个综合性体育运动场所，结构形式为单层平面拱形桁架结构；总建筑面积约3090m2，室内建筑面积约2530 m2，平面建筑尺寸为长57.7m，宽52.9m，总高17.08m。本工程是在有所局限的地理位置上设计出有自己特色的建筑结构，其立面布置见图1所

2、示。    本工程是由钢柱、钢桁架及柱间支撑、水平支撑组成的钢框架支撑体系，主体结构由H型钢钢柱、钢管平面桁架、支撑及系杆组成，墙面次结构为冷弯薄壁C型钢，屋面次结构为矩形型钢；维护结构采用现场复合保温板，即金属波纹外板+玻璃丝保温棉+金属波纹内板。    本工程用钢量统计，主结构总用钢量约140.4t，次结构用钢量约42.9t，基础锚栓用钢量约4t，结构总用钢量为187.3t，平均用钢量（含锚栓）为60.6Kg·m-2；本工程结构紧凑，造型美观，经济效益较好。该工程由山西省长治市航建建筑安装公司承建。14                     

3、            2.结构选型与分析    2.1  结构选型    本工程所处的地理位置是厂旧锅炉房拆迁后所剩下的一块地方,周围都是楼房或建筑物，为了充分利用现有的建筑空间，它的平面形状已被确定，见图2所示。建筑长度为57.7m，宽度为52.9m，因此就要求在有限的区域内建造出符合各功能要求且具有现代外型的一个室内综合性运动场所。    本工程设计有三种方案，最初方案是主结构的柱子采用混凝土柱，屋面采用大跨度压型钢板拱形结构形式；但经过进一步的查阅资料[1]和调研发现，此结构容易失稳，目前国内已有多个工程在冬季大雪压顶的时候塌落，其主要原因

4、是由于半跨雪荷载引起局部失稳（半跨雪荷载容易引起下壳体失稳），因此该方案被否定。在后面的两种设计中,主结构均为空间桁架形式,区别主要在内部的桁架结构形式；方案二采用三角形拱形桁架，而方案三采用平面拱形桁架。1414     方案二采用空间桁架结构（倒三角形桁架），见图4所示，三角形空间桁架截面尺寸见1-1桁架截面图；在2~7轴该空间桁架跨距为56.75m（直接从A轴到C轴），截面高度为1700mm，上弦杆间距为1300mm，下弦杆直径选用φ219×12，上弦杆直径选用φ168×8，腹杆直径选用φ89×5；在1、8、9轴的桁架截面高度为1500mm，

5、且由于该建筑所在位置的限制，它的柱距选用6.5m；对三角形空间桁架而言，它的优势是大跨度大空间时才能体现其合理的性价比（一般柱距在9m以上），才能体现它的造型美观、承载合理和明显的经济效益；在本方案中的柱距为6.5m，如果采用此三角形空间桁架，将会使屋面桁架布置过密，用刚量大，经济成本较高，因此该方案被否定。14    2.2结构分析    2.2.1  结构布置    本工程C轴为北面，其结构长度为52m，共8个开间，南面结构长度为32.5m，共5个开间，每个开间6.5m柱距；2-7轴为两连跨，跨距分别为21.75m和35m，在北面檐口处悬挑14

6、6.3m，1轴、8轴和9轴为单跨结构，跨距为35m，在南面和北面檐口处悬挑6.3m（见图3所示）。    本工程钢柱柱脚刚接，主桁架与纵向桁架和钢柱的连接为铰接，抗风柱柱脚铰接，边跨钢梁与钢柱连接为铰接，在A轴桁架柱脚为铰接。钢柱为H型钢柱，截面尺寸为H650×350×12×20，抗风柱也为H型钢柱，最大截面为H450×200×9×14；纵向桁架为平面钢管桁架，（见图6所示），主拱型桁架也为平面钢管桁架，截面高度为1500mm，（见2-2 桁架截面图），对于35m跨主桁架局部受力大的位置其下弦杆直径为φ219×12。在1和9轴的边跨屋面梁选用H型截

7、面的拱型钢梁；在B轴和C轴线上，在1、2轴之间和7、8轴之间分别布置了双层交叉十字柱间支撑。在布置抗风柱的轴线上通长布置了6道保证主桁架侧向稳定的垂直支撑；由于该空间结构本身的不对称性，为保证整个结构有很好的刚度，在屋面1、2轴之间，2、3轴之间，6、7轴之间，7、8轴之间和8、9轴之间分别布置了屋面横向水平支撑，形成一有效的抗侧力体系，用来保证整体结构具有足够的刚性和稳定性。其支撑布置见图7所示。14    2.2.2设计依据    依据国家有关建筑结构设计规范，本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加 速度值为0.10g，长治市所属的地震分组为

8、第一组[ 2 ]；建筑场地类别为Ⅱ14类。主要设计荷载[ 3 ] [ 4 ]为：    屋面活荷载：0.50kN·m-2；