某速滑馆结构设计与施工措施

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摘 要：本文对奥林匹克公园工程进行了阐述，详细介绍了速滑馆的主体钢筋混凝土结构设计和屋顶钢结构造型设计，采用有限元软件ANSYS进行了桁架梁的数值仿真，对承载力、刚度和挠度进行了验算，均满足要求。最后对独立基础和地面施工措施要点进行了阐述，为同类混凝土结构设计和有限元分析提供参考。

ABSTRACT: This paper elaborates on the Olympic Park project, introduces the main reinforced concrete structure and roof steel structure design of speed skating Hall in detail, using ANSYS finite element software for numerical simulation of truss beam, bearing capacity, rigidity and deflection are checked, these can meet the requirement. The independent foundation and ground construction measures were also discussed, for the same kind of concrete structure design and finite element analysis to provide reference.

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关键词：钢筋混凝土；ANSYS ；独立基础

Keywords：Reinforced concrete；ANSYS；Independent Foundation

中图法分类号 TU441.3文献标识码A

1.工程简介

为提高城市的整体水平，增强人民的体质，做到以人为本的理念，黑龙江省政府决定在江北城市中心地段建设城市奥林区克公园，经过多次选址商榷，最后选在毗邻太阳岛的兰德湖旁。奥林匹克公园项目包括体育场、综合体育馆、游泳馆、速滑馆和新闻中心四个独立的单体工程，占地总面积为42.73公顷。其中综合体育馆建筑面积3.12万平方米，座席数为6000个，可承担羽毛球、篮球、乒乓球，网球等各类大型的比赛活动；游泳馆建筑面积为2.38万平方米，座席数为3000个，建成后可开展全名游泳健身外，还可承担一定级别的游泳比赛；速度滑冰馆建筑面积为2.34万平方米，座席数为3000 个；新闻中心为1.87万平方米，可作为大型活动的运动员居住场所，其中广播电视部分包括新闻厅、记者工作厅、演播厅以及进行体育赛事录制、转播的相关场所。体育场总占地面积14.57公顷，场内为标准的足球场地，周边为400米标准竞技跑道，拥有座席3万余个，因外形酷似鸟巢，人们将奥林区克公园称之为自己的“鸟巢”，将成为城市的又一标志性建筑。该奥林匹克公园总投资为10.2亿元，工程已于2011年3月16日开工，计划于2012年10月30日全部竣工。建成后的奥林匹克公园，将成为东北地区面积最大的主题公园，既完善了城市整体功能，又拓展了城市人们的休闲空间，无疑对城市形象及经济的发展都将起到积极的促进作用，本文重点对速度滑冰馆进行了阐述，进行了主体混凝土结构和屋顶钢结构的设计分析及施工措施探讨，为同类工程的设计提供参考。

2.工程进展

速度滑冰馆，其外形酷似滑冰运动员的帽子，流线形极富动感，让人们立刻联想到处于比赛中快速滑进的运动员。土建主体钢筋混凝土框架结构已经施工完成，正在进行钢结构主桁架空间组对和吊装就位工作，钢结构吊装已完成50%，计划10月底主体全部完工。 整个公园在建筑设计理念上，以“水舞欢腾”为主题，水的纯洁、宝贵、动感充分刻画在建筑造型上，体现出我市天鹅项下的明珠的美誉。

3.速滑馆结构设计

3.1主体结构

主体结构采用的是钢筋混凝土框架结构[1]，抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，场地为II类，按抗震设防分类标准为重点设防类[2]，设计使用年限为100年，重要性系数取为1.1，安全等级为一级[3]。主体结构如图1所示。

图1滑冰馆主体结构

采用截面形式为圆形的钢筋混凝土柱，截面直径为800mm，混凝土强度等级为C30，布置了16根直径25mm的纵向钢筋，抗拉强度标准值取为500MPa。内部柱子采用钢筋混凝土方柱，顶层柱子为满足建筑的造型，伸到屋顶的高度不一致，因此顶层框架梁为倾斜梁。在梁柱浇筑时要把与钢屋盖连接的预埋件提前放好。采用轻质砌块作为填充墙，横向拉结钢筋。

3.2屋顶钢结构造型

钢结构屋顶支承体系为三角桁架梁[4]，桁架梁的上弦杆和下弦杆采用直径为200mm圆钢管，斜腹杆采用直径为80mm的圆钢管。滑冰帽的外形采用曲线布置的三角桁架来实现，在前面向下采用了S形的造型，在造型贴近框架柱的位置与框架柱实现固接，在S型的2个凸点处布置了横向桁架，横向桁架防止S型桁架造型侧向失稳，起到稳定和增大刚度的作用。如图2所示。

图2S型桁架造型

2.3有限元仿真

对钢结构屋顶三角桁架梁进行了ANSYS[5,6]仿真分析，采用三维杆单元LINK8单元模拟钢管，直接建立有限元模型，杆件之间认为焊接质量良好，不影响结构的整体分析，进行多点支撑的连续梁约束，施加均布荷载，求解，通过通用后处理查看杆件的内力和变形，经验算截面承载力，刚度均满足要求，最大挠度也满足正常使用极限状态的要求，做造型的桁架起到侧向支撑的作用。有效防止了连续梁的侧扭屈曲。

2.4基础

柱基础采用柱下独立基础，基础之间用基础梁连接，混凝土强度等级为C25，钢筋采用335级，基础埋深为2.1m，下设100mm的素混凝土垫层。上部防潮层一定要做好，防治潮湿对地面的不利影响。

2.5 地面

在做地面时与普通建筑有很大的区别，地面上部要浇筑塑胶冰跑道，运动员参加比赛时的动荷载都要考虑到，地面采用钢筋混凝土地面，板厚为300mm，与基础梁实现可靠连接，不能把混凝土直接打到土层上。要保证冰面发生很小的变形，不影响运动员的速滑水平。

4 结论

本文对奥林匹克公园工程进行了阐述，详细介绍了速滑馆的主体钢筋混凝土结构设计，屋顶钢结构造型设计，采用有限元软件ANSYS进行了桁架梁的数值仿真，对承载力、刚度和挠度进行了验算，均满足要求，最后对独立基础和地面施工措施要点进行了阐述，为同类混凝土结构设计和有限元分析提供参考。

参考文献

[1] GB50010-2010.混凝土结构设计规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010.

[2] GB50223-2008.建筑工程抗震设防分类标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008.

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

[4] 张文福.空间结构[M].北京：科学出版社，2005.

[5] 刘涛，杨凤鹏.精通ANSYS[M].北京：清华大学出版社，2002.

[6] 郝文化.ANSYS土木工程应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。