某综合训练馆结构设计

某综合训练馆结构设计

赖玲利

华蓝设计（集团）有限公司广西南宁530011

摘要:本文介绍某训练馆结构设计，建筑高度15m，为满足建筑大跨度空间的需求，采用框架结构作为竖向承重结构和抗侧力结构，大跨度屋盖采用钢管平面桁架与支撑系统构成的空间屋盖；通过优化设计，提高抗侧力结构体系和钢结构的效率，降低结构材料用量和施工难度；对结构进行了弹性和弹塑性分析，对结构进行大震下损伤分析，校核结构满足抗震性能要求。

关键词:框架结构，钢结构平面桁架，结构抗震性能，弹塑性分析。

1工程概况

本项目位于南宁市，为室内综合训练馆，长度46.8米，宽46.3米，总高15米，室内净空高10米，边框柱网跨度7.6、6.3米，总建筑面积1500平方米，外立面为自然采光竖向条窗，窗间墙采用嵌砌在混凝土框架梁柱之间，满足保温和节能要求，满足建筑外立面涂装要求，建筑设计需要一个内部的无柱大空间，用于球类比赛和体能训练需要，业主对结构的要求是满足使用功能需求的情况下，需要经济节省，方便施工安装。建筑正立面见图1。

图3抗侧力框架结构体系图4钢桁架构成

2.2屋盖空间钢结构构成

东西向跨度42m，沿南北向按间距3.8m布置平面钢管桁架，东西两端及中部设置支撑桁架，上下弦平面沿周边设置闭合的平面支撑系统，整个屋盖由平面桁架与支撑桁架构成空间结构体系，满足平面内外刚度的要求，保证水平力的有效传递，通过外周边框架有效传递竖向和水平荷载。马道、设备管线利用钢结构桁架高度的空间布置，桁架下弦平面整齐简洁。

2.3钢屋盖钢桁架和支撑系统设计

东西向布置8榀平面桁架，南北向三道支撑桁架，柱上两道，跨中一道。上下弦平面支撑。

考虑材料利用效率和安装便利性，钢桁架和支撑统一采用矩形钢管，管材Q345B，主要钢管规格有：

上弦、下弦250x14、250x12，腹杆180x10、180x8，支撑桁架140x6，平面支撑、平面系杆120x6

桁架支座选用成品抗震盆式铰支座。

从提高材料利用率考虑，杆件应力控制水平：主桁架结构杆件应力比<0.8，支撑结构杆件<0.9。

图7钢结构支撑桁架立面图

2.4金属屋面系统设计

屋盖钢结构平面桁架布置间距是6.3m，在垂直于平面桁架方向的桁架上弦，通过连接檩托连接件，布置间距1.3~1.5m的矩形镀锌矩形钢管檩条，材质Q235，檩条上铺装带保温层的金属屋盖系统，上层面板采用铝镁锰压型板，通过上凸扣件，面板竖向互相咬合连接，满足防水的密封要求及抗风压风吸的强度要求。金属屋盖，降低了结构自重，减少了钢结构材料用量，钢结构的用钢量为58kg/m2，檩条的用钢量为18kg/m2，用钢量节省，同时降低了施工难度。

3.结构分析

3.1结构弹性分析结果

采用Satwe进行计算，按规范检查弹性阶段主要指标，其中前三个周期为：第一平动周期T1=0.326s，第二平动周期T2=0.321s，第三为纯扭转周期T3=0.263s，T3/T1=0.806<0.85，满足扭转刚度要求；X方向位移比为1.06，Y方向的位移比为1.05，均小于1.20，满足规则结构要求；层间位移角：X向1/1003，Y向1/1013，均小于1/500，满足竖向刚度要求。

通过周边设计闭合的两层框架梁，调整竖向构件布置等方式，满足结构抗侧、抗扭转性能要求。

3.2钢结构屋盖的挠度应力控制

桁架计算结果，自重下的跨中挠度为57mm，活载下跨中挠度18mm。平面桁架在制作时，跨中预起拱60mm，待结构安装完成，自重和屋盖恒载作用下的变形与预起拱互相抵消，消除钢结构恒载变形。

3.3动力弹塑性分析结果

为评估校核结构在大震下的结构抗震性能，采用SAUSAE软件对结构进行大震下的弹塑性分析，选择了两条天然波、一条人工波进行。分析结果表明：

铰接在钢筋混凝土柱顶的钢结构屋盖，除了少部分水平面支撑杆件进入塑性初始阶段，其余主要的桁架结构，均处于弹性阶段。

下部的框架结构，框架柱在底部有钢筋中度的受拉损伤，混凝土受压损伤；框架梁端有中度的钢筋受拉损伤，混凝土有轻度受压损伤。框架结构以单元和构件评估，性能水平均为轻微到轻度损伤。

图10框架柱框架梁性能水平

4.结论

（1）．设计遵守抗震规范、钢结构规范要求，对结构在小震、中震、大震下的性能目标进行验算。

（2）．底部采用框架结构、上部采用钢结构屋盖，充分利用两种结构的性能，满足建筑的功能需要。

（3）.屋盖采用矩形钢管平面桁架和支撑系统，简化结构、降低施工难度、节省成本。

（4）.大震弹塑性分析结果，钢结构屋盖没有损伤，下部抗侧力框架体系的合理布置，形成有效耗能机制，能满足抗震性能要求，能保证结构安全可靠。

参考文献:

[1]GB50011-2010建筑抗震设计规范[s].北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]GB50017-2003钢结构设计规范[s].北京：中国计划出版社，2003