揚(yáng)州體育公園體育場(chǎng)建于揚(yáng)州新城西區(qū)，場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)西高東低，高差超過(guò)10m，采用西側(cè)看臺(tái)多、東側(cè)看臺(tái)少的不對(duì)稱(chēng)布置方案，與地形斷面走勢(shì)完全一致，和原有地形渾然一體，在西側(cè)看臺(tái)上方單側(cè)設(shè)置罩篷。這個(gè)項(xiàng)目是集中了復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)造型、超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)等諸多挑戰(zhàn)于一體的一個(gè)復(fù)雜工程，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)了建筑創(chuàng)意。

1   工程概況

體育場(chǎng)按容納人數(shù)30000人設(shè)計(jì)，總用地面積118661m²，總建筑面積41722m²。西看臺(tái)罩篷的建筑投影面積為10001m²，其中雙層疊合部分投影面積為1689m²?？磁_(tái)的總體輪廓采用四心橢圓形。結(jié)合西看臺(tái)的建筑主體分為3層，中間設(shè)局部夾層；東看臺(tái)的建筑主體為2層，其下部設(shè)1層地下室。1，2層為辦公用房、庫(kù)房、商業(yè)服務(wù)區(qū)及媒體中心等；3層為用于看臺(tái)的觀眾服務(wù)用房及半室外的觀眾廳。東看臺(tái)地下室是地下車(chē)庫(kù)和設(shè)備用房。

看臺(tái)層、屋面平面圖

體育場(chǎng)剖面圖

2     結(jié)構(gòu)方案及結(jié)構(gòu)體系

西看臺(tái)采用鋼筋混凝土（含部分型鋼混凝土）框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系；東、南、北看臺(tái)均采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，部分采用型鋼混凝土構(gòu)件?？磁_(tái)混凝土結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)242.9m，寬239.4m。針對(duì)體育場(chǎng)多數(shù)看臺(tái)為露天生態(tài)看臺(tái)的建筑設(shè)計(jì)，結(jié)合看臺(tái)的不同建筑分區(qū)及下部建筑功能，在混凝土看臺(tái)中設(shè)置4道防震伸縮縫，將整個(gè)看臺(tái)分為4個(gè)相互獨(dú)立的抗震單元。防震縫寬度取為120mm。防震縫的定位同時(shí)保證使西看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)罩篷支座坐落在同一抗震單元上。

混凝土看臺(tái)結(jié)構(gòu)分縫平面圖

各層樓蓋部分采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結(jié)構(gòu)，西看臺(tái)部分采用預(yù)制看臺(tái)板結(jié)構(gòu)，部分外露建筑造型采用預(yù)制鋼筋混凝土掛板。西側(cè)入口大廳頂板依建筑造型設(shè)計(jì)成依地勢(shì)曲折形狀的無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，以取得最大的建筑凈高。

西看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)罩篷是本工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一。由于建筑師構(gòu)思的罩篷建筑效果排斥傳統(tǒng)的懸挑式結(jié)構(gòu)，在空間上也沒(méi)有提供懸挑結(jié)構(gòu)在出挑根部所必須的高度，因此結(jié)構(gòu)放棄采用傳統(tǒng)的懸挑式，而是順應(yīng)建筑造型要求采用退進(jìn)布置的“預(yù)應(yīng)力鋼管桁架拱+鋼桁架撐+斜撐桿+背拱”的結(jié)構(gòu)形式。

西看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)罩篷正投影圖

鋼結(jié)構(gòu)罩篷側(cè)投影圖

為控制鋼管桁架拱傳到基礎(chǔ)上的水平推力并調(diào)節(jié)上部鋼結(jié)構(gòu)扁平拱的桿件內(nèi)力，在南北拱腳之間、比賽場(chǎng)地地面以下一定距離設(shè)預(yù)應(yīng)力索對(duì)拉。施工時(shí)結(jié)合部分屋蓋鋼結(jié)構(gòu)桿件后裝的情況，在適當(dāng)時(shí)機(jī)張拉預(yù)應(yīng)力以獲得最優(yōu)效果。預(yù)應(yīng)力張拉完畢后將拱腳固定，此后在風(fēng)荷載、地震作用以及溫度變化作用下引起的拱腳水平推力都傳到樁基礎(chǔ)，由樁基礎(chǔ)和基礎(chǔ)筏板共同承受。

西看臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)罩篷的基本傳力路徑

大跨度拱腳通過(guò)對(duì)比計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用結(jié)合施工過(guò)程的可滑移鉸接轉(zhuǎn)變?yōu)閯偨樱O(shè)置一定數(shù)量預(yù)應(yīng)力平行鋼絲束以在一定程度上調(diào)節(jié)恒荷載下罩篷鋼構(gòu)件內(nèi)力及平衡部分拱腳連線方向的水平力，同時(shí)樁基設(shè)計(jì)考慮平衡活（雪）荷載、風(fēng)荷載以及溫度變化、地震作用下的拱腳水平推力。

3   結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1  體育場(chǎng)罩篷鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

罩篷鋼結(jié)構(gòu)采用“預(yù)應(yīng)力桁架拱+鋼桁架撐+斜撐桿+背拱”的結(jié)構(gòu)形式，背拱下部支承在型鋼混凝土剪力墻上。東側(cè)預(yù)應(yīng)力拱桁架拱腳跨度280m，拱底拉索中心標(biāo)高-1.6m，拱頂標(biāo)高42.978m；鋼桁架撐最大跨度37.099m；屋蓋外緣上、下挑篷自主拱中心向東最大出挑25.75m。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，大跨度罩篷鋼結(jié)構(gòu)及其支承剪力墻、拱腳的結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取為1.1。

為滿(mǎn)足建筑造型的要求，罩篷鋼結(jié)構(gòu)沒(méi)有采用傳統(tǒng)的懸挑結(jié)構(gòu)，而是在罩篷前端布置一榀280m跨度的拱形鋼桁架。由于受到建筑物限高的影響，這榀鋼結(jié)構(gòu)巨型落地主拱特別扁平，其矢跨比為0.185。參照《拱形鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 249—2011）的有關(guān)規(guī)定，需要考慮躍越屈曲問(wèn)題。為盡量增大結(jié)構(gòu)的躍越屈曲荷載，在主拱的幾何布置中，將拱頂弦桿盡量緊貼屋面，以加大拱截面高度。這樣盡可能加大主拱截面抵抗矩，提高了主拱的剛度，從而改善了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。主結(jié)構(gòu)構(gòu)件緊貼屋面的布置，使主結(jié)構(gòu)可以兼作屋面外包膜的支座，既減少了屋面次結(jié)構(gòu)，也減輕了屋蓋荷重，對(duì)屋蓋整體的經(jīng)濟(jì)性控制十分有利。

結(jié)合建筑造型，主拱與水平面的夾角為55°。為增加沿主拱傳遞軸力的路徑，拱截面采用設(shè)有4根弦桿的四邊形截面，對(duì)角線長(zhǎng)度由拱腳處的雙向5m，逐步平滑過(guò)渡到跨中的5m和5.976m（沿拱矢高方向）。主桁架拱的高跨比為1/56～1/46。

罩篷鋼結(jié)構(gòu)單獨(dú)模型

扁平的主拱

主拱變高度

主拱截面

 

為保證鋼桁架撐平面外的穩(wěn)定性，沿鋼桁架撐跨度內(nèi)設(shè)置了3道環(huán)向桁架，并在鋼桁架撐與環(huán)向桁架相交節(jié)點(diǎn)之間設(shè)斜撐桿以保證主拱西側(cè)結(jié)構(gòu)體系的整體幾何不變性。背拱設(shè)計(jì)為空間環(huán)向桁架，以平衡鋼桁架撐根部的復(fù)雜內(nèi)力，確保鋼桁架撐的可靠受力。由于建筑設(shè)計(jì)決定主拱和背拱不相交，主拱為大跨度斜拱，而背拱是直接與下部型鋼混凝土剪力墻多點(diǎn)相連的，兩者的變形必然存在明顯差異，尤其在兩者相互接近的“角部”，類(lèi)似于“應(yīng)力集中”的局部?jī)?nèi)力極大情況相當(dāng)明顯。因此在結(jié)構(gòu)布置上少布置一榀桁架撐以做局部“應(yīng)力釋放”處理，并將部分鋼桁架撐的桿件設(shè)定為后裝（同時(shí)設(shè)施工臨時(shí)支撐并建入模型計(jì)算），以減小內(nèi)力集中程度。角部外包膜材的支撐次結(jié)構(gòu)也采用分縫設(shè)計(jì)以釋放過(guò)于集中的應(yīng)力。

局部特殊做法

由于鋼桁架撐和環(huán)形桁架均為平面桁架，其平面外剛度較小，為改善平面外穩(wěn)定性，在部分相交節(jié)點(diǎn)處設(shè)角撐桿，角撐桿規(guī)格為Ф159×6，以相當(dāng)小的桿件設(shè)置有效加強(qiáng)了以上兩種桁架平面外的約束，結(jié)構(gòu)效率很高。

 

角部斜撐
 

3.2  體育場(chǎng)罩篷鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

揚(yáng)州體育公園體育場(chǎng)西看臺(tái)罩篷采用跨度280m的巨型落地預(yù)應(yīng)力桁架拱結(jié)構(gòu)。按鋼結(jié)構(gòu)罩篷整體設(shè)計(jì)的受力要求，主拱位于南、北兩端的兩個(gè)拱腳需要在預(yù)應(yīng)力施工階段采用鉸接并可滑移（第1階段）、正常使用階段采用固接的拱腳設(shè)計(jì)。

該巨型落地預(yù)應(yīng)力桁架拱是由4根直徑750mm的弦桿和直徑273～400mm的腹桿組成的空間管桁架結(jié)構(gòu)，與水平面成55°夾角，在拱腳根部，桁架截面呈對(duì)角弦桿中心線距離為5m的菱形。拱腳支座的設(shè)計(jì)是整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)罩篷設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

第1階段拱腳支座軸測(cè)示意圖

預(yù)應(yīng)力張拉完畢后，拱腳將從鉸接滑移變?yōu)楣探?。由于沒(méi)有將主拱弦桿交匯，所以在第2階段可以很方便可靠地實(shí)現(xiàn)埋入式固接拱腳，而尺寸較大的外包混凝土能夠恰好被在拱腳處建筑設(shè)計(jì)所需要的堆土所覆蓋。主拱弦桿按伸入拱腳混凝土內(nèi)的長(zhǎng)度不小于3倍的弦桿外徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)在弦桿端部設(shè)環(huán)形靴梁、在弦桿伸入混凝土拱腳約300mm處設(shè)環(huán)形反牛腿、在弦桿外表面滿(mǎn)打焊釘以保證埋入式拱腳的可靠傳力。在混凝土承臺(tái)中除沿外表面配置雙層雙向鋼筋外，在內(nèi)部配置三向鋼筋網(wǎng)，并在下部灌注樁施工時(shí)在樁端先行預(yù)埋型鋼，以提高拱腳抗拔和抗剪承載能力，并加強(qiáng)樁身和承臺(tái)之間的整體性。

拱腳示意圖

相關(guān)剖面詳圖

3.3  超長(zhǎng)鋼筋混凝土看臺(tái)設(shè)計(jì)

看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)置四道防震縫后，由于受到西看臺(tái)上方斜拱不宜跨越不同抗震單元的限制，西看臺(tái)混凝土結(jié)構(gòu)南北向長(zhǎng)度仍達(dá)到229.8m，結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度超過(guò)規(guī)范允許值很多。針對(duì)結(jié)構(gòu)超長(zhǎng)，采取措施控制混凝土收縮徐變和溫度等的影響。

 西看臺(tái)采用清水混凝土預(yù)制板，為保證預(yù)制看臺(tái)板在溫度、地震作用下的適用性、安全性，預(yù)制板端部擱置長(zhǎng)度取為350mm，采用漿錨或與預(yù)埋鋼板焊接（用于欄板根部）等方法和現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠連接。并在預(yù)制板與現(xiàn)澆混凝土支座梁之間放置橡膠墊塊，以釋放溫度變形。

 

典型預(yù)制看臺(tái)板節(jié)點(diǎn)

4   基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)埋深為2～5.5m，采用樁筏基礎(chǔ)（西看臺(tái)拱腳連線及附近部分區(qū)域）和獨(dú)立樁承臺(tái)+基礎(chǔ)拉梁（其他部位）的基礎(chǔ)形式。地下室部分采用“樁承臺(tái)+止水板”設(shè)計(jì)。大跨度鋼結(jié)構(gòu)拱腳設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是要平衡好拱腳水平力，設(shè)計(jì)所采取措施：1）部分水平力直接由承臺(tái)下的樁承受，該承臺(tái)下樁按承受水平作用的樁進(jìn)行設(shè)計(jì)；2）樁頂預(yù)埋數(shù)個(gè)H型鋼，規(guī)格為H300×300×10×15，以確保承臺(tái)水平力可靠地傳遞到樁；3）在南北兩個(gè)拱腳之間,頂面與承臺(tái)頂面持平，由南至北一定范圍內(nèi)設(shè)500mm厚整體筏板以平衡部分拱腳水平力。

更多詳情請(qǐng)查看2013年20期（10月下）“蘇州設(shè)計(jì)研究院股份有限公司”專(zhuān)刊中關(guān)于揚(yáng)州體育公園體育場(chǎng)的文章：

《揚(yáng)州體育公園體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)綜述》作者：趙宏康戴雅萍陳磊朱文學(xué)王開(kāi)華邵建中丁磊李莉謝超；

《揚(yáng)州體育公園體育場(chǎng)罩篷鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》作者：趙宏康邵建中謝超；

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