前言
由我院设计的“北京理工大学珠海学院体育文化综合馆”（以下简称‘北理工体育馆’）项目，荣获2022-2023年度第一批“国家优质工程奖”。北理工体育馆作为大型综合性体育场馆，为满足使用的多功能性，需要超大的建筑跨度和复杂的技术工艺来实现，这对结构设计提出了巨大的挑战。本期『研之有物』，将对我院结构设计团队在“北京理工大学珠海学院体育文化综合馆”（以下简称“北理工体育馆”）项目中所面临的结构挑战与技术创新进行专题分享。
△北理工体育馆航拍
一 项目简介
北理工体育馆项目总建筑面积约2.3万㎡，由东场馆、西场馆和主场馆三个部分组成，整座建筑呈现“天圆地方”造型。东、西场馆地上两层，结构总高度12米；中部主场馆地下一层，地上局部两层，设有73米x92.5米x12米（净高）的超大内部无遮挡多功能使用空间，建筑屋面最大高度23.4米，可提供8个篮球场，或6165个集会活动伸缩看台座位。
△“天圆地方”的建筑形态
二 技术难点
在任何一座城市，大型体育场馆的数量都是屈指可数，能积累的结构设计经验也相对有限，本项目结构设计的主要难点包括：一是主场馆跨度超70米的钢桁架结构体系设计，如何在保障安全、适用的前提下，尽可能保障经济、节能的技术挑战；二是需要与建筑、机电专业等相关专业的生产厂家进行严格谨慎的配合，不仅满足各项结构受力指标，更要达到让建筑造型与各种设备的实现最经济合理的落地可能。
△设计效果图
三 结构设计
01、结构选型：
由于使用功能及建设标准较高，需满足正常学校训练活动、国内外高标准比赛、大型集会典礼等方面的要求，综合考虑安全、经济、后期维护等因素，采用大跨钢桁架结构及金属屋面，下部支撑结构为钢筋混凝土框架结构。结构安全等级为二级，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为7度。主场馆抗震设防类别为乙类，钢筋混凝土框架结构+大跨钢桁架金属屋面。
△场馆之间通道采用：钢梁上铺钢筋桁架楼承板连接
02、大跨度钢桁架结构设计：
主场馆外围设钢筋混凝土柱，柱跨9.5米。钢桁架跨度73米，下弦杆下净高12米。主钢桁架高度5.4米，其上部结合建筑造型及采光通风要求，局部设置子钢框架结构；在与局部二层交界的高低跨处设上下双层钢桁架过渡，高度9.9米。钢桁架上下弦为H型钢，弦高度500mm,腹杆高300mm。上下弦平面内在桁架之间设系杆，并沿周边及中部在上下弦平面内设水平交叉支撑，及部分桁架间的竖向交叉支撑。上下弦杆平面内系杆传递的水平力，通过端部结合造型设计的弧形桁架传递到柱顶的混凝土屋面结构。
△主场馆三维模型图
结构分析采用了盈建科YJK（主设计软件），建立空间整体模型进行计算分析，满足规范对受力与变形的要求。同时进行了抗震性能化包络设计，重要的混凝土支撑柱满足中震抗弯剪弹性。对空间桁架结构，采用盈建科YJK和有限元结构设计软件Midas.GenV800进行对比复核，加强节点受力分析。桁架端部在柱顶采用了固定橡胶铰支座，减小地震力的作用，起到抗震减震作用。
△主场馆屋面桁架应力分析图
△主场馆屋面钢桁架结构施工现场
△主场馆内部实景图
03、伸缩式看台：
场馆坐席系统采用伸缩式看台解决方案，高达28排，可容纳人数超6000人。伸缩式看台节省空间和人力，需要时展开支架，不用时折叠起来，只需一人即可在短时间内同时操作数千个座位，可适应场馆在各类文化、体育场景下的多功能用途，是目前国内规模和技术难度最大的同类项目之一。结构设计中针对不同功能场景的使用工况，对构件进行了受力包络设计。
△伸缩式看台让空间使用效率极大提升
04、专业之间紧密配合：
利用三维模型，结合了空调、消防管线设备、灯光、音响等布置使用需求，对屋顶桁架布置与检修马道设置进行复核调整，使空间得以合理有序高效的利用。与专业幕墙公司反复沟通金属屋面及外墙的结构节点，加强防风防水细节处理。为实现本项目绿建二星的标准，结构团队为各专业提供了强有力的实施保障。
△强有力的结构设计保障建筑高实施度
结语
我院结构设计团队在本项目的设计过程中，不断探索最新的结构和技术方法，从方案设计到施工图设计深化，在经过与方案设计师、业主、各专业，以及装修、舞台灯光、活动看台、体育赛事等专业公司的不断沟通配合下，达到结构安全性、构件尺度、建筑功能及使用舒适性较好平衡的最优结构方案，得到业主一致认可。本期以“北京理工大学珠海学院体育文化综合馆”项目为例，分享了“超大跨度钢桁架结构体系”在体育馆中的应用，后续我院结构设计团队将继续分享更多项目的专题研究，欢迎持续关注。
撰稿 | 技术管理委员会