摘 要：近年来随着经济、科技的极速发展，涌现出越来越多的场馆类体育建筑，建筑造型也越来越复杂。由于场馆类体育建筑存在大跨度、大开洞、斜撑作用明显等特点，导致该类建筑的结构指标计算存在很多难点，尤其是结构层间位移比指标。本文以某县体育馆建筑作为研究对象，首先介绍了工程概况、提出问题，其次探讨了兩种解决思路，并结合实际工程设计经验进行归纳总结，作为日后类似工程的设计参考依据。

关键词：体育馆;位移比指标;抗震

一、 工程概况

某县体育馆建筑主要功能为一个5830座标准比赛主馆和两个标准手球训练场及其相关配套设施。地上建筑共3层，高度为23.95米（室外地坪至檐口与屋脊的平均高度），建筑平面形状为扇形，跨度约134×83米，为保证结构整体性，未设抗震缝，下部结构采用钢筋混凝土结构体系，屋盖采用空间管桁架钢结构屋盖，高度方向呈双向曲面，曲面中间高而四周低，最大跨度92米。结构抗震设防类别：乙类，6度区，0.05g，三组，二类场地。本工程采用“多层及高层建筑结构空间有限元分析与设计软件-YJK”进行结构整体分析，该模型已整合钢结构屋盖部分，并在柱顶设置短杆真实模拟钢结构屋盖下部的橡胶垫的刚度;采用CSI公司通用有限软件SAP2000v19对钢结构屋盖部分进行计算和分析，该模型未带入下部钢筋混凝土部分。其总装模型如图1所示：

体育馆看台共两层，分层建模，其中“标准层1”对应2层看台，“标准层2”对应3层看台，计算结果显示，“X向最大层间位移角”为1/667，“Y向最大层间位移角”为1/1932，均满足《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 （以下简称《抗规》）表5.5.1框架结构弹性层间位移角限值（1/550）;在“X+偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为2.80;在“X-偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为2.74;在“Y+偶然偏心规定水平力作用”工况下，“标准层2”最大层间位移比为2.16，在“Y-偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为2.20，均超出《抗规》3.4.4条第一款层间位移比限值（1.5）较多，按规范，应为特别不规则建筑，纠其原因，在于三层看台与二层看台连成一体，形成斜撑，但又按“层”建模，导致其节点刚度异常大，层间位移比失去意义。

二、 解决思路

（一）模型简化

本工程由于体育馆自身使用功能的特点，形成了二层楼面除比赛区域为洞口外基本完整的平面，二层楼面以上标高根据平面功能，形成了不同标高的较小面积的混凝土楼面，在体育馆主比赛区由于看台功能的需要，形成了通过看台而形成的二层和三层楼面连成一个整体的近似于三角形的空间的结合体，如图2所示;对应力学模型如图3所示，由于通过倾斜的楼板把两个标高的楼面连成一个整体，第二层与第一层之间不可能发生相对位移，也就是楼层刚度K趋近于∝，其力学模型更接近于下图中图4所示的力学模型，这个广义“第一层”具有三个方向的质量、刚度和相应的动力学特性，在YJK软件中，定义上述广义的“第一层”，以此为基础进行计算，从力学概念上更加符合结构的真实情况，该“层”的计算指标应符合规范对于框架结构位移比、位移角等相关参数的规定。

结构计算软件中的“层”是楼板不相连而通过竖向的柱、墙把不同标高的楼面连成整体，上下楼层之间的位移的相关性是通过竖向构件进行协调的。

按此简化模型进行结构分析，结果显示，“X向最大层间位移角”为1/663，“Y向最大层间位移角”为1/1904，均满足《抗规》表5.5.1框架结构弹性层间位移角限值（1/550），且与按分层建模时，结构最大位移角数值接近;在“X+偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为1.48;在“X-偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为1.46;在“Y+偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为1.45，在“Y-偶然偏心规定水平力作用” 工况下，“标准层2”最大层间位移比为1.42，均满足《抗规》3.4.4条第一款层间位移比限值（1.5），为一项不规则。

（二）整体分析

对于类似于体育场馆这种平、立面均不规则的空旷复杂空间结构，下部有规则层，上部没有严格层概念的结构，位移比，位移角等基于层概念控制的指标，在没有层概念的部分软件输出结果是不准确的。看台应是一个整体，只是建模造成分层不均，所以将看台作为一个整体（仍采用分层建模），采用电算详细输出，选取看台四个角作为控制性节点，然后统计分析这些节点的位移及位移角，具体步骤如下：

（1）工况14.X+偶然偏心地震作用规定水平力下看台的位移比计算结果，如表1所示：

（2）工况15.X-偶然偏心地震作用规定水平力下看台的位移比计算结果，如表2所示：

（3）工况17.Y+偶然偏心地震作用规定水平力下看台的位移比计算结果，如表3所示：

（4）工况18.Y-偶然偏心地震作用规定水平力下看台的位移比计算结果，如表4所示：

由上面各工况得到，当看台作为整体验算时，最大层间位移比为1.49，满足《抗规》3.4.4条第一款层间位移比限值（1.5），为一项不规则。

三、 结论和抗震措施

综上分析，YJK等分层建模计算软件，计算位移比时按层输出数据，针对体育场馆等空旷复杂空间、没有严格层概念的结构，位移比输出结果是不准确的。位移比、位移角等基于层概念控制的指标，可采取合理的简化模型或按整体分析法得到。针对体育场馆类公共建筑，人流量较大，且平面、立面不规则的复杂结构，在满足结构指标的前提下，尚应采取一些加强措施，以保证结构抗震性能：

（1）此类建筑一般都存在薄弱层，应验算结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形，避免结构在强烈地震作用下，由于结构薄弱部位产生了弹塑性变形，结构构件破坏严重甚至引起结构倒塌。

（2）依《抗规》5.1.2条，采用弹性时程分析对结构的地震作用计算进行补充验算。

（3）对结构关键部位，如作为屋面桁架支撑点的框架柱补充抗震性能化设计，提高构件性能化设计目标，性能目标可设定为：中震抗弯不屈服，抗剪弹性，大震抗剪不屈服。

四、 结语

本文通过实际工程案例对场馆类体育建筑位移比指标不满足进行了分析，并给出了两种解决方法，结论，此场馆类体育建筑位移比指标不可按“常规层”来计算，可采用“广义层”计算，同时应严格控制结构层间位移角。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范GB50011-2010（2016 年版）[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

作者简介：薛书洋，南京大学建筑规划设计研究院有限公司。