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大跨度体育馆钢―混凝土混合结构设计与分析 　　【摘要】钢-混凝土混合是一种符合我国国情的较好的高层建筑结构形式，近年来钢-混凝土混合结构体系在我国得到迅速发展，这种结构在公共建筑、住宅建筑以及桥梁工程中都有着广泛的应用。 　　【关键词】大跨度体育馆； 钢-混凝土混合结构；结构设计； 　　一、前言 　　针对我国的国情而言，对于高层的结构建筑，采取钢-混凝土混合结构被认为是最为合适的施工技术，并受到了建设部的推荐和推广使用。该技术顾名思义，就是采取钢筋混凝土构件和钢构件、组合构件等相互组合，从而形成一种混合型的新体系。在体系中由于存在钢结构和混凝土结构，因此该体系能够很好地将两者的优势充分发挥出来，起到了相互补充的作用。针对一些大型的场馆建设，例如大跨度体育馆的设计施工上，由于结构和强度的要求，最后在确保功能性得到体现的基础上，往往会采用下部混凝土结构和上部大跨度钢屋顶相结合的混合型结构体系。本文以某大型体育馆为例子来分析大跨度钢-混凝土结构之间的协同效应。并未其它可能采取该结构系统的建筑提供一些实践经验和参考借鉴。 　　二、大跨度体育馆的基本概述 　　1.工程概况 　　在本文中选择工程建筑项目是某一大跨度体育馆建筑，其具体的工程概况为：体育馆的总建筑面积是2.2万平方米，大跨度的体育馆东西长约130米，南北长约86米，计划修建为地上三层的规模，其中的高度分别设计为中间层的高度是5.4米，其余两层的高度是6米，网架支座底标高为18米，屋面建为坡屋面，其中最高点标高是23.6米。 　　2.结构选型 　　在本工程中满足建筑的基本功能基础上，并且充分的考虑工程的经济性，最终确定本工程中的体育馆主体结构采用钢筋混凝土框架-剪力墙结构，而钢屋盖采用正放四角锥网架形式和下弦支撑，在体育馆周圈和内部设混凝土框架柱，在框架柱顶设置混凝土环梁。设计具体的体育馆布置图如图1与图2 所示。 　　3.荷载条件 　　荷载类型：根据建筑领域的结构荷载规范，在本工程项目中选择的大跨度体育馆钢-混凝土混合结构设计中充分的考虑了自重附加恒载、活载、马道荷载、雪荷载及风荷载。 　　建筑受地震的影响作用：依据对体育馆地震安全的评价报告，在本次的跨度体育馆钢-混凝土混合结构设计中按抗震设防烈度7度计算，设计地震分组为第三组，场地类别为Ⅲ类。 　　温度的影响：根据所建体育场所处的气候环境具体情况，对本工程在具体的使用期间温度做出详细合理的设定。 　　二、大跨度体育馆钢-混凝土混合结构设计与标准 　　1.结构设计标准与建筑材料强度 　　在本文的研究中，针对大跨度体育馆的规划上，采用的抗震级别大部分为三级，除了支承钢结构的混凝土柱环梁大跨度框架需要为二级；采取的建筑标准依照一级的安全等级来执行。建筑物的使用设计为五十年。体育馆一般为灾难的紧急避难场所，因此对于抗震等级要求较高，为甲等，主要在地基和桩基的设计上给予重视。 　　2.结构控制标准 　　混凝土结构的配箍率剪压比和位移轴压比这些指标都应该按照既定的标准去执行。 　　3.抗震性能化指标 　　在规划的初期本文对体育馆的抗震要求指标主要如下：（1）抗剪中震弹性和抗弯中震不屈服性能指标是混凝土框架柱的基本要求。 　　（2）满足抗弯中震弹性性能和承载力满足抗剪中震弹性是对于网架支承钢结构以及关键构件和节点的混凝土柱的基本要求。 　　（3）小震弹性下要求整体的结构变形不会太大的改变。 　　4.有限元模型 　　根据最初的设想，将想法输入计算机之后，可以得到以下三种结构模型。并分别针对三种模型进行分析计算。（1）钢屋盖的单独计算模型（图3（a））（2）下部结构和钢屋顶协同工作的整体模型。（图3（b）） （3）对于钢材的屋顶，采取整体并用平面无限刚的屋面。（图3（c）） 　　三、结构分析与设计 　　本工程中钢屋盖的主要特点就是多跨连续型网架，并且相邻两跨网架跨度相差悬殊。根据计算结果可知，此种情况下的大小跨相接处的小跨网架外侧部分支座承受拉力，而带过渡板的橡胶支座承受拉力的性能较差，此时可采用滑动球铰支座， 滑动球铰支座能够有效地承受拉力，同时能够释放温度荷载引起的水平位移。 　　1.基础设计 　　工程采用高强混凝土预应力管桩基础，桩布置图支承钢屋盖的框架柱的最大轴力约4500kN，最小不到1000kN，其余框架柱最大轴力约为2000kN，最小约为500kN。 框架柱轴力相差悬殊，若框架柱之间产生过大的沉降差，将使钢屋盖支座发生初始位移，网架杆件内力重新分布，对网架受力造成不利影响 因此，控制基础沉降值及沉降差成为基础设计的难点之一。 　　框架柱以及周边框架柱沉降之间的差距的减少，需要在实践中依照在支承钢屋盖的框架柱下多布桩其余框架柱下尽量少布桩的原则。支承钢屋盖的框架最