公安县文化体育中心钢结构分析与设计

程文刚 李洁

摘 要：以公安县文化体育中心钢结构为研究对象，在探讨工程概况的基础上，论述了公安县文化体育中心钢结构设计的基本依据，并对该文化体育中心的钢结构布置及其基础设计、钢结构的整体受力进行分析，旨在为其他城市快速提升文化体育中心钢结构分析与设计水平带来更多参考和启迪。

关键词：公安县;文化体育中心;钢结构;设计分析

中图分类号：TU318                               文献标识码：A                                      文章编号：2096-6903（2022）09-0016-03

0引言

随着当代社会国民经济地飞速发展和人们健康养生意识地不断增强，文化体育中心在满足人们基础健康需要上做出了重要贡献，各地市政府部门为了充分满足市民的健身需要和运动需要，纷纷建设了文化体育中心。钢结构作为建筑结构中的重要形式，在文化体育中心的建设过程中有着建设速度快、整体结构设计优良等诸多优势。因此，对公安县文化体育中心钢结构的分析与设计研究，也就具备重要理论意义和现实价值。

1 工程概况

本工程为公安县文化体育中心钢结构设计与施工项目，项目选址位于公安县城南新区，西临公石路，东临滨河西路。本工程由文化中心、展览馆、综合球类训练馆（全民健身中心）及游泳馆、体育馆等建筑群组成。总建筑面积约6.98万 m2，其中地上建筑面积约5.18万 m2;地下1层，建筑面积约1.80万 m2。文化中心集图书馆、档案馆、博物馆、科技馆、文化馆等于一体;综合球类馆定位于全民健身中心，设置健身馆、排球、篮球、乒乓球、羽毛球、武术、柔道等体育项目训练馆。

整体工程项目建筑布局呈四面合围状，其中文化中心地上4层，局部呈台阶状收进，建筑高度20.0 m（从室外地面起算），主楼下设一层地下室，主要功能为设备用房和车库;体育馆地上2层，建筑高度20.0 m（从室外地面起算），无地下室;综合球类训练馆（全民健身中心）及游泳馆地上2层（含1个夹层），建筑高度20.0 m（从室外地面起算），主楼下局部设一层地下室与文化中心地下室及展览馆的下沉广场连为一体;展览馆地上3层，建筑高度20.0 m（从室外地面起算），主楼下设一层地下室，主要功能为下沉式广场，为群众活动、休闲场所。图1为建筑效果示意图。

2 钢结构整体分析

对公安县文化体育中心钢结构进行整体分析，首先应明确该项目建筑结构等级，表1为本工程建筑结构等级。根据相关规范，本工程所有露天、直接接触非侵蚀性的水或土壤的结构构件所处环境类别均为二类，其余未注明的结构构件所处环境类别均为一类，地下室防水等级为一级，屋面防水等级为二级。

公安县文化体育中心钢结构主要承受地震作用、风作用、雪作用、建筑面层恒载作用、主要楼面活载作用、墙体作用、温度作用和混凝土收缩作用[1]。分析地震作用时，场地类别为Ⅲ类，结构整体弹性分析时，水平地震影响系数最大值αmax=0.054，特征周期Tg= 0.45 s，结构阻尼比为0.05（综合球类馆及游泳馆、体育馆为0.04）。分析风作用时，公安县文化体育中心混凝土结构基本风压值为0.30 kN/m2（n=50），钢屋盖结构基本风压值为0.35 kN/m2（n=100）。分析雪作用时，混凝土结构基本雪压值为0.40 kN/m2（n=50）;钢屋盖结构基本雪压值为0.45 kN/m2（n=100）。混凝土结构和钢屋盖结构的组合系数0.7，频遇组合系数为0.6，准永久系数0.2。分析建筑面层恒载作用时，建筑面层恒载标准值如表2所示，主要楼面活载标准值表3所示;分析墙体作用时，±0.000以上墙体采用A3.5、B06级加气混凝土砌块，且外墙厚200 mm，内墙厚200 mm，局部墙厚100 mm。分析温度作用和混凝土收缩作用时，室内混凝土结构最大升温：△Tk=Ts，max-T0，min=21.5-10=11.5℃;最大降温：△Tk=Ts，min-T0，max=11.8-25=-13.2℃。混凝土结构降温时，水平构件变为拉弯构件开裂加剧，温度应力释放比温升时要多，可对温降适当折减：-13.2×0.85=-11.22℃。室内钢结构最大升温：△Tk=Ts，max-T0，min=28.2-10=18.2℃;最大降温：△Tk=Ts，min-T0，max=3.45-25=-21.55℃。

3 结构布置及基础设计

在公安县文化体育中心钢结构项目中，文化中心、展览馆、综合球类训练馆+游泳馆、体育馆主体结构均采用现浇钢筋混凝土框架结构，地下室采用现浇钢筋混凝土框架结构。

工程设计中，上部混凝土主体结构均采用现浇钢筋混凝土框架结构体系，楼盖采用钢筋混凝土梁板体系，综合球类馆局部上方屋盖、体育馆及游泳馆局部上方屋蓋均采用倒三角立体钢桁架屋盖[2]。局部大跨度梁、大跨度悬挑梁采用预应力钢筋混凝土梁。结构主要柱网尺寸为8.4 m×8.4 m，柱截面尺寸主要为800 mm×800 mm、700 mm×700 mm、600 mm×600 mm。主要框架梁截面尺寸为400 mm×700～1 000 mm，次梁为250 mm ×400～600 mm，一般楼屋面采用现浇钢筋混凝土梁板结构，板厚100～150 mm。

综合球类馆、游泳馆、体育馆局部大空间上方屋盖采用倒三角立体钢桁架屋盖，以达到方便施工、节省材料的目的。综合球类馆、文化中心、展览馆局部大跨度屋盖采用现浇预应力钢筋混凝土梁。文化中心、体育馆、游泳馆结构平面局部楼板开大洞，楼板不连续，平面不规则，综合球类馆及体育馆因羽毛球馆、比赛馆、多功能厅需要抽柱形成大空间，故而造成局部夹层、竖向不规则的设计难题。

屋盖采用钢结构方式，综合球类馆大空间上方屋盖为倒三角立体钢桁架组成的空间结构，钢屋面最大高度约为21.0 m，综合球类馆篮球训练大厅上方钢屋盖跨度为42 m。游泳馆游泳池大空间上方屋盖为倒三角立体钢桁架组成的空间结构，钢屋面最大高度约为21.1 m，上方钢屋盖跨度为42 m;体育馆大空间上方屋盖为倒三角立体钢桁架组成的空间结构，钢屋面最大高度约为21.3 m，上方钢屋盖跨度为50.4 m，屋面板为镀铝锌压型钢板，其下设檩条支承在桁架节点上，钢屋盖支座采用抗震抗拉球型支座。

此外，本工程地上建筑根据建筑功能和结构平面规则性需要进行了合理分缝，使之形成彼此独立的单元，地上设置多道抗震缝，使得各建筑单体形成彼此独立的抗震单元，满足建筑平面及竖向规则性的要求，同时减小混凝土的收缩和温度应力的影响，综合球类训练馆与游泳馆之间不设缝，地下室不设缝，图2即为结构分缝平面示意图[3]。

4 结语

总而言之，以公安县文化体育中心钢结构作为分析研究对象，在论述该体育中心钢结构设计与基础的前提下，探讨了整个公安县文化体育中心钢结构设计的布置和基础设计内容，论述了整个钢结构文化体育中心的受力和支撑等，在解决钢结构使用过程中大跨度、造型独特甚至是内力结构分布不均等问题，满足建筑结构使用目标和结构设立基本需求作出了应有贡献。

参考文献

[1] 陈进于，李东强，傅剑波，等.肇庆新区体育中心结构设计[J].建筑结构，2016，46（21）：70-74

[2] 李烨，张涛，汤涵，等.天水体育中心钢结构分析与设计[J].建筑结构，2020，50（17）：27-33.

[3] 毕磊，刘松华，任志彬，等.天津海河教育园区体育中心结构设计[J].建筑结构，2013，43（18）：49-53.