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第４ｌ卷增刊２０】１年４月 建筑结构 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｖｏｌ ４１ ＳＩ Ａｐｔ ２０１ｌ 上海东方体育中心综合馆结构设计 （上海建筑设计研究院有限公司，上海２０００４１）【精１］对ｔ拇东方体育中。综合馆的结构设计和研究过儆ｒ系统的总结，井特别目述Ｔ殴中的新颖独特 难点之＊．设计和研究成果对尢型体育场馆的设计具有很大的参考价值。 ［关ｔ］ｔ海东方体育中。综台馆，结扮设封和研究．新颖；独特 中目分类号：ＴＵ３９８ 女章绷号：１００２４１８Ｘ（２０１Ｉ）ｓｌ４｝７１Ｉ扔 Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏＢ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｒｉｅｎｔａｌ Ｓｐｏｒｔｓ Ｃｅｎｔｅｒ甜ｍｎ吲ｕｍ Ｌｉ Ｙ帅ｉｎｇ，Ｘｕ Ｘｉａｏｍｉｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｘｉａｏｆｅｎｇ，Ｚｈｏｕ Ｙｕｑｉｎｇ半岛官方网站，Ｚｈｕ Ｂａｏｂｉｎｇ，Ｐａｎ Ｑｉｊｉ蛐，Ｓｈｅｎ （Ｓｔ“ｇｈ．ｉ［ｔｌｔｕｔｅｏｆ＾ｍｅｃｍ瑚Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒ…ｈ（Ｃａ，ｌａｄ）．ｎ曲ｍ ２０００４１．Ｃｈｉｍ） Ａｂ＊ｔｍｅｔ ＰＴｍ…ｏｆ Ｉｈｅ ｃｌｕｍ ＯｎｅｎｉＭ自舳Ｃｅｎ＊ｒ目‘…ｄ１ｐｄｍ—ｈ…ｎｕｄｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ…Ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙ ｅｉａｂｏ＝ｔｅｓ ｔｈｅｖｅｈｙ ｕｍｑｕｅ ｄｉｇｉｃｌｄｔｙｏｆｔｈｅ ｄｅｓｉｌ口Ｔｈｅ…ｌｏｆｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｄ ８ｌｍｎｌａｒｇｅｓｐｏｒｔｓ… Ｋｑｗｏｒｄｓ：Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｒｉｅｎｔａｌ Ｓｐ吣Ｃｅｎ”ｒ ｇ／ｍ郴ｉｕｍ．ｄｅ８ｉｇｎ ｍ咻ｈ；ｎ“ｅｌｌｙ；ｕｎｉｑｕｅＩ工程概况 上海东方体育中心项目是上海为承办２０１１年 第１４届国际泳联世界锦标赛而建造的专业级赛事 场馆，靠近世博园区，位于浦东黄浦江南延伸段的 优越地段，包括综合体育馆漕泳馆、窀外跳水池、 新闻中心及停车场、公交站点等相关配套设施，项 Ｉ：１总用地面积达３４ 综合馆为１８０００座的综合体育馆．地上四层，地下一层．总高约３５ｍ．其中上部混凝土总高约 １６ｍ。上部屋盖采用钢结构．最大踌度１５０ｍ。体育 圉ｌ体育馆表现目２结构体系选型 综合馆结构分为主体混凝土结构和屋盖钢结 构州大部升。主体结构采用钢筋混凝土框架结构 体系，基础采用桩基＋筏板，一层地下窜。混凝土 结构主体‘＿大平台、大楼梯、坡进问设置沉降缝。 齄盖钢结构采用１０榀横向倒确截ｍＪ主桁架（含 斩架十Ｅ）、尾衙纵向联系杆件、市面ｊ。纵向联系桁架 架体系见图２。自太平台标高以上，主体混凝土结构与屋盖钢结构完全分离，互不干扰。屋面层为金属 屋面．采用铝镁锰板直立锁边结构防水体系．屋面层 台保温层。直立锁边结构Ｅ部设置铝板装饰层。 圈２综合馆计算模ｇ囤 ３主要的技术难置、计算分析结果和解决措施 ３．Ｉ整体分析时风荷载的选取 由于综合馆屋盖体型复杂，屋盖结构的风致动 力响应和静力等效风荷载不能从我国规范或有关 可靠的资料中查副，同挤大学航空航天与力学学院 采用比较准确的随机的风致响应和屋盖空间每一 个节点三个方向（ｘ、ｙ、：）上的静力等效风倚载，以 作为屋盖结构抗风设计的依据。 由上海东方体育中心触洞试验测得的屋盖平 均风压数据可知，不利的风向角分别为０。，４５。， ９０。，１８０。，２７００等，其中４５。风向是总｛４＝风压相对最 大的．其他州个风向为正变Ｍ向。风振分析报告ｊ毪 衄这？Ｌ个风向进行胜盏风振分析．儿风向定义与风 建筑结构 ２０１１扭 洞试验相同。计算时平均风压数据取屋盖上所有 测点的风洞试验结果。考虑了对位移响应和对内 力响应的包培，对位移响应包络对应于第一组合的 等效静力风荷载，对内力翅台的包络月５对应于第一 和第二两组组合的静力等效风荷载。 ３．２屋盖钢结构体系的选择 ３２Ｉ整体计算分析 综合体育馆屋盖结构是基于建筑师的“一系列的 强有力的框槊和拱”的设计构思发展起来的。每个屋 盖框架的轴线是基于看台的轴线而布置的，屋盖结 构是基于传统的两铰框架的原理发展出来Ｊ）９。结掏 的外删为整个体育场的幕墙。综合体育馆屋盖结构 驶训中最引人注目之处是大跨度的框架结构，屋盖的 最ｇ＿ｒｑｒ壁达到了约１５ｌ ６ｍ。为了满足结构受力以及 使用的要求，结构工程师对方案阶段的结构进行了多 次的优化和找形，从而得到最佳结构设计。 综合馆整个屋盖体系是通过一个大约为１７０ ｍ的直径来定义的．整个平面分为】０个相似的结 构单元。最外蜘的单元结构高度为２６ ２ｍ。跨度 ８５ ２ｍ，中央的结构单元的结构高度为３５ ｍ，跨度 １５１ ６ｍ。整个屋盖结构为取轴对称体系。屋盖结 构随着体育场高看台的高差变化而形成一个马鞍 形的外形。如图３、４所示。 为加强拱架平面外（纵向）的抗侧刚度，对于 综合馆，在拱架问设置了姬长的纵向桁架．通过三 层弦杆及人字撵将１０榀主拱架联系成整体，共同 抵抗侧向作用性能，并且在桁架下方，每侧设置了 三榀大型支撑框架．为满足建筑对截面的要求，同 时改善该结构的抗震性能，框架内的支撑采用屈曲 约束点撑（ＢＲＢ）。大型支撵框架与纵向桁架形成 整体结构的纵向抗侧力体系见固５。 曰田田田口田固口田田 目３镕合馆１０％拱架 圉５综合馆抗侧体系示意３２２屋盖钢结构的抗震分析 罕遇地震下的结构性能的计算方法如下：先 计算结构在重力荷载代表值（恒载＋０ 的反应，然后基于此工况进行动力弹塑性时程分析，分析考虑材料非线性和Ｐｄ教应。材料的非 线性是通过塑性铰的方法来实现，由于塑性铰的 数量对动力弹塑性分析的效卑影响极大，在进行 分析时，为兼顾计算精度和计算艘率，对考虑重力 荷载代表值的罕遇弹性反应谱分析巾应力比较大 框架所有的杆件上设髓了魍性铰，而认为其余杆件基本上处于弹性阶段。本计算所采用的软件为 ＳＡＰ２０００ Ｖ１２。 以上簿嫂ＳＨＷ３为倒。计算了沿ｘ向为主向 和一４５。向为主向的地震波三向输八，三个方向加 速度峰值的比值为吼：。，：ｑ＝１：０ ８５：０ ６５，最大 峰值调整到２２０ｃａｄｓ２。分析肘问为４０ｓ，１＝况名分 别为ＳＨＷ３ｘ和ＳＨＷ３２ ５。考察山墙处边跨主拱下 弦跨中节点１９３和端部角点１５６９在各工况地麓作 用下的位移，节点１９３处的高度为１９ ９ｍ，节点８２２ 趾的高度为２６ １９ｍ，位置见图６。工况ＳＨＷ３ｘ，分 析结束时．主拱上杆件均未进人塑性，塑性铰仪出 现在竖向抗侧框架的斜撑上，出铰的位置及次序如 图７所示。在地震作用４ｓ左右，两端二层的人字 撑杆首先出现塑性铰．地震结束时所有铰均处于Ｂ 阶段。工况ＳＨＷ３４５．分析结束时，主拱上杆件也 均丰进＾塑性，塑性饺仅出现在竖向抗侧框架的斜 撑上，出铰的位置及次序如图８所示。在地震作用 ３５ｓ左右．两端二层的人字撑杆首先出现塑性铰， 地震结束时所有饺均处于Ｂ阶段。从以上结果中 可以得出“下一些结论： （Ｉ）结掏在罕遇地震作用下的最大位移角为 １／１６４，满足规范１／５０的限值要求． （２）结构在罕遇地震作用下有少部分构仆 （主要是竖向抗侧框架的撑杆）出现塑性铰，地震 结束时塑性铰均处于Ｂ阶段．即屈服阶段，无构 件退出工作，能够满足规范“大震不倒”的设防 要求。 笫４１卷增刊 李旺明，等上海东方体育ｒ｛｜心综合馆结构设计 ＬＲＳＨＷ３ ｘＴ％＆＆＊情况 圈８工况ＳＨＷ３－４５下塑性杖发Ｒ情况３２３下部混凝土结构对屋盖钢结构柱脚水平推 力的平衡 综合体育馆的屋盏钢结构．由于主桁架弦杆线 型为曲线，其在荷载作用下，对下部混凝土结构有 相当太的水平推力。为平衡泼水平推力．设计考虑 利用绝对标高６ ５和１１ｍ处的混凝土楼板柑髓大 型混凝土环梁，结合外墙板，共同组成有效的水平 力平衡体系．如图９所示。通过整体模趔的计算， 发现１１ｍ标高处的大型｛Ｉ己凝士环粱的作用远强于 ６５ｍ标离。在．于＝考虑楼板的作用和＝１＿＝考虑土体作 用的前提下．６ ５ｍ和１１ｍ标高的结构的水平变形 均小于６ｍｍ。如图ｌＯ—１３所爪。表明下部混凝土 结构能提供足够的水平刚度，以平衡钢结构一大的 水平推力。 围Ｉｌ１ｌｍ杯商％系轴打／ｋＮ Ｈ１２ ６５ｍ杯高辨最水 罔１３１１ｍ杯高辩系水平位穆／ｍｍ ３２４剧曲约柬支撑的＾ｔ』｛Ｊ ｉｆ苒模型采片』综台体存馆纵向的抗删刚度生 建筑结构 ２０］１正 要由两榀竖向支撑框架提供．游泳馆纵向剐度主要 由屋面及两侧人字撑提供，建筑要求支撑的外直径 不得超过６００ｒａｍ，为了避免支撑杆件在结构承受水 平荷载时受压届曲先于强度屈服，同时提高点撑框 架在罕遇地震中的耗能性能，本工程在竖向支撑框 架中采用了屈曲约束支撑（ＢＲＢ支撑）。考虑罕遇 地震作用下，普通支撑方案和屈曲约束支撑方案结 椅顶部的位移反应。由于是大跨结构．在选取结构 顶点位移峰值时，取结构顶部四个角点的位移结果 进行分析。角点的位置见阿】４。四个角点在阿种 方案下的位移对比如下： 从位移计算结果可以看出，采用屈曲约束支撑 后，结构位移反应减小，沿直撑设置的方向上，埘曲 约束支撑方案位移减小了３０％，而沿拱桁架方向 ｒ，州种方案位移反应接近．因为该方向Ｌ主要抗 侧力构件为拱桁架。普通支撑方案模型正向最大 位移为８２ ３９ｒａｍ，发屯在第１９ ５７ｓ．负向最大位移 为１３４ ８６ｒａｍ，发牛在第１９ｓ。屈曲约柬支撑方案 模型最大位移为８５ ６６ｒａｍ，发牛在第３ ５７ｓ．负向 最大位移为１０４ ４ｒｉｍｌ，发生在第４ ０３ｓ。从结构 位移时程反应曲线ｒｑ以看出，沿ｘ向地震作用时， 如采用屈曲约束支撑，结构位移反应受地震渡持时 影响较小，位移反应较为平缓，在位移峰值出现后． 再无较大的峰值位移出现。普通支撑方案基底剪 力减小的原因是因为普通土撑都发生了屈曲，导致 该方向结构承载力降低．从而导致结构总体剪力减 圉１４口角点位置 ３２５节点的计算分析 综合体育馆拱架下弦转角处以及ＢＲＢ立柱与 下弦相交处由于受力相当大，且杆件旷交严重，因 此采用铸钢节点，数量共３２个，由于结构双轴对 称，周此仅需分析８个典型节点，实体模型通过 ｍｌｉｄｗｏｒｋｓ优化过后．采用有限元软件ＡＢＡＱＵＳ划 分网格，并形成节点有限元实体计算模型。有限单 元采用一阶四面体单元Ｃ３Ｄｇ，每个单元有４个节 点．每个节点有３个自由度。节点用铸钢材料参照 德国规范ＤＩＮｌ７１８２，材质为调质ＧＳ－２０ＭｎＳＶ，弹性 模量２０６ＧＰａ，ｆ自松比为０ ３，届服强度为３６０ＭＰａ， 极限抗拉强度为５００ＭＰａ，各参数根据设计要 求确定．运片ｊ有限元软件ＡＢＡＱＵＳ进行弹塑性极 限承载力分析时，铸铡采用理想弹塑性模型，水考 虑钢材的强化作用。以铸钢节点ＺＧＩ Ｉ为例，设计 荷载作用下岢点的线弹性静力分析，计箅得到的 ｖｏｎ－Ｍｌ鸵ｓ墟力五图．最大值为１５７ＭＰａ，远未达到 剧服艟力３６０ＭＰａ，最大位移为１ ７６ｍｍ，满足设计 要求。如图１５、１６所示。 ｘ４０５ｍ．建筑功能要求开敞式宅同，上部混凝土 楼板为体育馆大平台板，人流集中．建筑面屉 ３５０ｍｍ，荷载较大。设计中采用后张法有粘结顶应 力技术，预应力大粱截面尺寸为１０５０２４５０，大粱 两侧框架往为型钢柱．截面尺寸为１５００ ｘ２１５０。考 第４Ｉ卷增刊卞皿驯，等Ｌ海东＾体育中心综合馆结构没 ７１５ 椎架槊等影响，次应力影响比较太，进｛ｒｒ缩Ｊｔ试 行，优化。埘ＪＩ；ｆＪＪ优化施ｌ蚓见罔１７。根据试验的结果，设计‘ｉ施Ｉ：克分协商，利，Ｈ后浇带，将所应 力Ｋ域与亢接支掸屋盏锕结构的核心区域分离彤 成各自的受力状态，井柞各自完成受力状态后，最 终形成整体．以减少次应力及相互问的不利影响。 同时，设计考虑在横向联系框架粱中柑置一定数量 的无粘结预应力筋，对、该区域的框架梁内力进行一 定的调整，配合纵向的后涨有牯结预应力主梁共同 实现没计目标。最后，在结构施工时和使用期间也 将配合进行相应的监测，以积累数据。 目１７预应力优化施Ｉ圈 ４结语 通过Ｌ海东山体育中心综合馆遮一【．程史例． 进行结构体系、土体结构在风荷载作用下的分析、 构什连接处的节点数值分析以及预应力梁的分析， 介绍ｒ汝综合馆在址计中所遇到的ｌ胚及解决的 方法。可为此类建筑结构设计提供一些借罄。 参考女ｍ １］缘培福复杂高层建筑结柯设计［Ｍ］北京：中国建 筑Ｉ业出版社，２００５ ２］ＧＢ５ＣＯｌｌ—｛ｏ。１建筑抗震设计规范【ｓ］｜匕京中国 建筑Ｉ业出版杜，２００８ ３］ＪＣＪ３—２０雌高层建筑混凝土结构技木规《［ｓ］北 京中国建筑Ｉ业出版杜．２００１ ４］黄本才，王国砚．林颍儡．等体育场盖结构静动力 风荷载实用分析方＆［Ｊ］空间结构，２０００，６（３） ３３－３９ 洞试验与数值模拟［Ｊ］建筑结构学报，２唧，２８ｆ１）．１０７．１２２