1 工程概况
宿州体育馆位于安徽省宿州市唐河路与人民路交叉口，是以承接手球比赛为主，同时也可承接篮球、排球、羽毛球、体操等其他赛事的新建场馆，由主场馆和运营用房两部分组成，这两部分通过永久性结构缝分开。建筑效果图见图1。
图1 整体效果图
主场馆主要包括主赛场区、热身场区和其他相关配套用房，主赛场区拥有6176座席，属于乙类大型体育建筑。主场馆平面尺寸为120m×135m，建筑面积为25238m2，局部地下1层，层高为5.7m；地上3层，首层层高为6.0m，2层层高为3.423～6.000m，地下3层为地上2层顶至屋盖，屋盖周边柱顶标高为10.129～27.126m，屋盖完成面最高点标高为30.2m。主场馆外形南高北低，整体为一个结构单元。结构主要剖面见图2，典型平面布置见图3。
图2 结构剖面图
图3 结构平面布置图
2 结构设计
2.1 地基基础
本工程采用高强预应力混凝土管桩基础。其中，钢筋混凝土剪力墙核心筒采用桩筏基础，框架柱采用独立承台桩基。
2.2下部主体结构
结合建筑布局，充分利用楼梯、电梯及设备管井等竖向通道，考虑楼板大开洞不连续的影响，均匀布置了剪力墙核心筒及部分L形剪力墙，形成有效的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。墙、柱混凝土强度等级均为C50，梁、板为C30。剪力墙厚度为300mm和400mm，支承屋盖框架柱的典型截面为800×1200，600×1000和1200×（2000～1600），其他框架柱典型截面尺寸为550×550和600×800。根据建筑效果需求，轴①,12和轴B的框架柱从6m标高开始采用尺寸逐渐减小的变截面柱。图4为下部主体结构平面布置图，图5为支承屋盖的2层变截面框架柱。
图4 下部主体结构布置图
图5 支承屋盖的变截面框架柱
2.3 大跨屋盖
由于本项目屋盖两方向跨度较为接近，当屋盖横向与框架柱刚接、纵向与框架柱铰接（通过抗震支座支承在三排框架柱柱顶）时可很好地实现双向均匀传力的目标，因此采用了双向正交正放平面桁架。另外，沿框架柱柱顶设置了钢筋混凝土环梁，并在屋面桁架上弦设置了水平支撑，如图6所示。结果表明，屋盖双向传力充分发挥，平面内抗扭刚度显著提高，屋盖整体刚度很好。杆件材料采用Q345，屋面桁架最终用钢量为80kg/m2。
图6 屋盖平面图及剖面图
3 钢结构节点设计
3.1 节点形式
（1）横向桁架与框架柱的刚接连接
本工程通过横向桁架上弦、下弦及腹杆与框架柱销轴连接来实现横向桁架与框架柱的刚接。销轴材质为8.8级螺栓，耳板采用Q345钢，销轴节点见图7。
图7 销轴节点
横向桁架与框架柱刚接，柱顶承受巨大弯矩作用，而因建筑师要求框架柱截面由下到上逐渐变小，为提高柱顶段框架柱的抗弯能力，同时兼顾桁架销轴耳板与框架柱的连接，在柱顶1/3段设置钢骨，如图8所示。
图8 柱顶设置钢骨
（2）纵向桁架与框架柱的铰接连接
纵向桁架通过抗震支座支承在轴B,P,S框架柱柱顶，分析时将柱顶设为铰接。由于轴B～P跨度为98.4m，杆件内部存在较大的温度应力，设计时为释放该温度应力，在轴框架柱柱顶设置可沿纵向滑动的抗震支座，限位±50mm，见图9。
图9 可滑动抗震支座
（3）屋面桁架相贯连接
屋面桁架采用了圆钢管直接相贯焊接的节点形式。桁架杆件共采用了11种规格，最大规格为Φ450×16，同一节点最多交汇10根杆件，主要节点形式为平面K形、双KT形和双T形，见图10。
图10 节点形式
对于平面K形节点，部分节点不满足钢规中相贯节点受压承载力验算要求，设计时采用垫板加强，垫板加强示意见图11。对于双T形腹杆受力较小，容易满足规范要求。对于双KT形，杆件交汇严重，受力复杂，部分节点存在稳定问题，需采取加强措施。常用的桁架加强节点形式有：球节点、外加套管、杆件内部设置加劲肋，见图12。
图11 垫板加强示意图
图12 常用桁架节点示意图
3.2 屋面空间相贯节点
采用ABAQUS软件对相关节点进行受力性能分析。以一双KT形节点为例，对无加劲肋和在主弦杆内部设置加劲肋的节点进行对比分析，图13为设置加劲肋有限元模型。
图13 设置加劲肋有限元模型
无加劲肋时，腹杆与弦杆交汇区域受力复杂，最大应力出现在腹杆与弦杆相贯区域，弦杆存在局部应力集中；当在主弦杆内部设置加劲肋后，最大应力出现在腹杆与加劲肋交接区域，弦杆应力明显减小。图14，15分别为节点设置加劲肋前后在极限荷载作用下变形云图。
图14 无加劲肋稳定验算时变形/m
图15 设置加劲肋后稳定验算时变形/m
综上所述，当在弦杆内部设置合理的加劲肋后，该节点得到加强，刚度和承载力明显提高。跨中弦杆受力较大，腹杆受力较小，稳定问题不明显；而支座及邻近节点，腹杆受力较大，稳定问题突出，需进行稳定验算并采取加强措施；对于支座节点，本工程采用了加肋空心球，同时解决了强度和稳定问题。
更多内容详见2014第20期《建筑结构》杂志文章：《宿州体育馆结构设计》；作者：刘立杰，李俊刚，高鹏飞；单位：北京市建筑设计研究院有限公司。
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1 工程概况
宿州体育馆位于安徽省宿州市唐河路与人民路交叉口，是以承接手球比赛为主，同时也可承接篮球、排球、羽毛球、体操等其他赛事的新建场馆，由主场馆和运营用房两部分组成，这两部分通过永久性结构缝分开。建筑效果图见图1。
图1 整体效果图
主场馆主要包括主赛场区、热身场区和其他相关配套用房，主赛场区拥有6176座席，属于乙类大型体育建筑。主场馆平面尺寸为120m×135m，建筑面积为25238m2，局部地下1层，层高为5.7m；地上3层，首层层高为6.0m，2层层高为3.423～6.000m，地下3层为地上2层顶至屋盖，屋盖周边柱顶标高为10.129～27.126m，屋盖完成面最高点标高为30.2m。主场馆外形南高北低，整体为一个结构单元。结构主要剖面见图2，典型平面布置见图3。
图2 结构剖面图
图3 结构平面布置图
2 结构设计
2.1 地基基础
本工程采用高强预应力混凝土管桩基础。其中，钢筋混凝土剪力墙核心筒采用桩筏基础，框架柱采用独立承台桩基。
2.2下部主体结构
结合建筑布局，充分利用楼梯、电梯及设备管井等竖向通道，考虑楼板大开洞不连续的影响，均匀布置了剪力墙核心筒及部分L形剪力墙，形成有效的钢筋混凝土框架-剪力墙结构体系。墙、柱混凝土强度等级均为C50，梁、板为C30。剪力墙厚度为300mm和400mm，支承屋盖框架柱的典型截面为800×1200，600×1000和1200×（2000～1600），其他框架柱典型截面尺寸为550×550和600×800。根据建筑效果需求，轴①,12和轴B的框架柱从6m标高开始采用尺寸逐渐减小的变截面柱。图4为下部主体结构平面布置图，图5为支承屋盖的2层变截面框架柱。
图4 下部主体结构布置图
图5 支承屋盖的变截面框架柱
2.3 大跨屋盖
由于本项目屋盖两方向跨度较为接近，当屋盖横向与框架柱刚接、纵向与框架柱铰接（通过抗震支座支承在三排框架柱柱顶）时可很好地实现双向均匀传力的目标，因此采用了双向正交正放平面桁架。另外，沿框架柱柱顶设置了钢筋混凝土环梁，并在屋面桁架上弦设置了水平支撑，如图6所示。结果表明，屋盖双向传力充分发挥，平面内抗扭刚度显著提高，屋盖整体刚度很好。杆件材料采用Q345，屋面桁架最终用钢量为80kg/m2。
图6 屋盖平面图及剖面图
3 钢结构节点设计
3.1 节点形式
（1）横向桁架与框架柱的刚接连接
本工程通过横向桁架上弦、下弦及腹杆与框架柱销轴连接来实现横向桁架与框架柱的刚接。销轴材质为8.8级螺栓，耳板采用Q345钢，销轴节点见图7。
图7 销轴节点
横向桁架与框架柱刚接，柱顶承受巨大弯矩作用，而因建筑师要求框架柱截面由下到上逐渐变小，为提高柱顶段框架柱的抗弯能力，同时兼顾桁架销轴耳板与框架柱的连接，在柱顶1/3段设置钢骨，如图8所示。
图8 柱顶设置钢骨
（2）纵向桁架与框架柱的铰接连接
纵向桁架通过抗震支座支承在轴B,P,S框架柱柱顶，分析时将柱顶设为铰接。由于轴B～P跨度为98.4m，杆件内部存在较大的温度应力，设计时为释放该温度应力，在轴框架柱柱顶设置可沿纵向滑动的抗震支座，限位±50mm，见图9。
图9 可滑动抗震支座
（3）屋面桁架相贯连接
屋面桁架采用了圆钢管直接相贯焊接的节点形式。桁架杆件共采用了11种规格，最大规格为Φ450×16，同一节点最多交汇10根杆件，主要节点形式为平面K形、双KT形和双T形，见图10。
图10 节点形式
对于平面K形节点，部分节点不满足钢规中相贯节点受压承载力验算要求，设计时采用垫板加强，垫板加强示意见图11。对于双T形腹杆受力较小，容易满足规范要求。对于双KT形，杆件交汇严重，受力复杂，部分节点存在稳定问题，需采取加强措施。常用的桁架加强节点形式有：球节点、外加套管、杆件内部设置加劲肋，见图12。
图11 垫板加强示意图
图12 常用桁架节点示意图
3.2 屋面空间相贯节点
采用ABAQUS软件对相关节点进行受力性能分析。以一双KT形节点为例，对无加劲肋和在主弦杆内部设置加劲肋的节点进行对比分析，图13为设置加劲肋有限元模型。
图13 设置加劲肋有限元模型
无加劲肋时，腹杆与弦杆交汇区域受力复杂，最大应力出现在腹杆与弦杆相贯区域，弦杆存在局部应力集中；当在主弦杆内部设置加劲肋后，最大应力出现在腹杆与加劲肋交接区域，弦杆应力明显减小。图14，15分别为节点设置加劲肋前后在极限荷载作用下变形云图。
图14 无加劲肋稳定验算时变形/m
图15 设置加劲肋后稳定验算时变形/m
综上所述，当在弦杆内部设置合理的加劲肋后，该节点得到加强，刚度和承载力明显提高。跨中弦杆受力较大，腹杆受力较小，稳定问题不明显；而支座及邻近节点，腹杆受力较大，稳定问题突出，需进行稳定验算并采取加强措施；对于支座节点，本工程采用了加肋空心球，同时解决了强度和稳定问题。
更多内容详见2014第20期《建筑结构》杂志文章：《宿州体育馆结构设计》；作者：刘立杰，李俊刚，高鹏飞；单位：北京市建筑设计研究院有限公司。
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