随着社会经济水平的提高，人们对文体类活动的需求也越来越高，体育场馆的建设也逐步增多。

本文结合实际案例，对复杂钢结构体育场馆的设计，做简要分析、探讨和交流。

█ 

本

工程项目位于四川省南充市南部县满福坝新区，南侧紧邻嘉陵江中

游，处于嘉陵江防洪堤以内，同时也是区域内以城市公园为基底的生态

环境最好的核心地段。体育馆分为篮球比赛场馆和健身中心两大内容，其中健身中心布置在负一层及一层，可供市民进行健身锻炼，乒乓球，羽毛球及游泳等运动，篮球馆在二层，能同时容纳

3059

人，可举办地区性的篮球赛事，并服务全区人民参与综合休闲运动。篮球馆通过调整场内布置，亦可举办全国性及地区性的手球、排球、摔跤、柔道等赛事，或进行文艺演出、开展文博展。

（a）

东侧剖面图 

（b）

南侧剖面图

（c）东侧立面图

（d）南侧立面图

▲ 图1 项目示意图

█ 

项目抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，场地类别为Ⅱ类，特征周期为0.35s，结合建筑功能、结构受力

以及成本投

入，

本结构采用下部钢筋混凝土框架+上部钢结构单层网壳的混合结构体系。钢结构从二层起通过周边

V型

斜钢柱、环梁、钢网壳等组成空间钢结构体系，共同承担作用在结构上的竖向和水平向荷载。整体计算模型由混凝土

结构+空间

V型

柱

+网壳+观景连廊组成，详见图2。

（a）

整体结构示意

（b）

钢结构部分示意

▲ 图2 结构体系示意图

屋面为椭圆形单层网壳，以

V型

斜钢柱作为支撑，

V型

柱

之间通过联系桁架增加稳定性和平衡水平力，

V型

柱底设置铸钢节点与混凝土结构连接。观景连廊为悬挑体系，从

V型

柱

上设置悬挑桁架作为连廊支撑，悬挑桁架内伸与混凝土结构有效拉结，整个悬挑桁架组成环形空间体系作为景观连廊环道。

  （a）V柱与网壳链接示意图

（b）V柱与砼结构链接示意图

(c) V柱与观景连廊连接示意

▲ 

图3 钢结构示意图

█ 

针对本工程，

采用

Midas

/Gen

软件

和

3

D3S

软件进行了包络设计，除常规设计及性能设计外，还进

行了稳定性分析、

V型

柱

承载力专项分析、观景连廊舒适度分析、防连续倒塌分析和典型节点分析。

1. 稳定性分析

稳定性分析采用了两种分析方法：考虑初始缺陷的几何非线性分析和同时考虑几何非线性与材料弹塑性发展的双非线性分析。基于以上非线性分析方法，整个网壳部分稳定性分析如下：

 1-1.特征值屈曲分析 

根据《空间网格结构技术规程》（

JGJ7-2010

），初始几何缺陷分布可采用结构的低阶屈曲模态，其缺陷最大计算值可按网壳跨度的

1

／

300

取值。

荷载工况选择为“

1.0 

恒荷载

+1.0 

活荷载”进行特征值屈曲分析。

荷载输入分别为满跨布置、半跨布置的两种方式。

(a) 特征值屈曲分析模型

(b) 特征值屈曲分析结果

▲

图4 特征值屈曲分析

1-2.考虑初始缺陷的几何非线性分析

初始缺陷的位移分布形态采用特征值屈曲分析的第1阶屈曲模态，对模型修正，并找出变形最大的节点号做为主控制节点进行几何非线性分析。

1-3.考虑几何与材料双非线性分析

初始缺陷的位移分布形态采用特征值屈曲分析的第1阶屈曲模态，对模型修正，并找出变形最大的节点号做为主控制节点进行双非线性分析。

1-4.小结

按几何非线性分析时满跨均布荷载、半跨活荷载和按双非线性分析时满跨均布荷载、半跨活荷载最小安全系数K均满足《空间网格结构技术规程》（JGJ7-2010）4.3.4条的要求。

2. V型柱承载力专项分析

本工程结构体系比较复杂，

V型

柱

作为支撑的关键构件，受力复杂，为了保证结构体系的安全可靠性，专门针对空间

V型

柱

进行特征值屈曲分析和二阶P-△弹性分析。

 2-1. 特征值屈曲分析

特征值屈曲分析考虑了三种不同的边界条件对柱的影响，模型一

考虑了网壳、悬挑桁架、观景连廊共同作用

整体模型，模型二只考虑

V型

柱

+

网壳，模型三只考

虑

V型

柱

+

悬挑桁架。

特征值

屈曲

分析采用通用有限元软件

midas

 gen2020

进行了屈服模态计算分析（特征值分析），进而通过临界荷载反算出柱的计算长度系数

。

（a）特征值分析模型一 

（b）特征值分析模型二

（c）特征值分析模型三 

（d）典型柱子编号

▲ 

图5  特征值分析 

 2-2. 二阶P-△弹性分析

主要是对

V型

柱

进行深入的计算分析，通过二阶P-△弹性分析结果验证，

V型

柱

在一阶弹性计算下长度系数具备一定安全富裕。分析采用两种计算模型进行论证，第一种考虑悬挑桁架及观景连廊对

V型

柱

的约束作用，第二种不考虑悬挑桁架及观景连廊对

V型

柱

的约束作用，根据《钢结构

设计标准》第5.2.1条考虑结构的整体初始缺陷。

两种分析结果均表明

V型

柱

稳定性满足设计要求。

（a）二阶P-△弹性分析模型一

（b）二阶P-△弹性分析分析模型二

（c）模型一综合位移

（d）模型一综合位移

（e）模型二最大应力比

（f）模型二最大应力比

▲ 图6  二阶P-△弹性分析结果

2-3.小结 

通过特征值屈曲分析和二阶P-△弹性分析结果，

V型柱是安全

可靠的，且具备一定的安全富裕

。

3. 观景连廊舒适度分析

观景连廊位于大悬挑上，结构竖向刚度较弱，针对其舒适度进行了专项分析。观景连廊的舒适度计算主要通过计算结构自振频率及单人、多人行走的峰值加速度来判断观景连廊的整体舒适度是否满足《建筑楼盖振动舒适度技术标准》JGJT 441-2019、《建筑振动荷载标准》GB／T 51228-2017和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010等相关规范的要求。

根据midas.gen对观景连廊的舒适分析结果，结构自振频率和峰值加速度均满足相关规范的要求。

▲ 

图7 舒适度分析结果

4. 防连续倒塌分析

结构的连续倒塌是由于意外荷载造成结构的局部破坏，并引发连锁反应，导致破坏向结构的其它部分扩散，最终使结构主体丧失承载力，造成结构的大范围坍塌。本项目采用了拆除构件法和附加偶然作用力两种方法进行了连续倒塌分析。其中拆除构件法选取了拆除最大轴力柱及相临柱间梁和拆除最大受力支座关键构件两种方案；附加偶然作用力根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3-2010）第3.12.6节，在该构件表面附加80kN／m2侧向偶然作用力。

从分析结果看防连续倒塌验算满足规范要求。

（a）拆除梁柱示意图（最大轴力柱）

（b）拆除支座关键杆件（三个支座共8根）

（c）拆除梁柱综合位移

（d）拆除梁柱应力变化图

（e）拆除支座关键杆件综合位移

（f）拆除支座关键杆件应力变化图

（g）附加偶然作用力示意  

（h）附加偶然作用力下综合位移

（i）附加偶然作用力下应力变化图

▲ 

图8 防连续倒塌分析结果

5. 典型节点分析

本工程钢结构节点较为复杂，本着“强节点弱构件”的设计理念，为保证重要的关键节点的可靠性，对重要节点进行有限元分析。本次分析荷载采用的是大震下最不利的内力，选取了结构中受力复杂的两个典型节点进行分析。

通过节点1和节点2的应力布置云图可以看出，除局部应力集中外，其它部位均满足承载力要求。

为保证重要节点的可靠性

，根据计算分析结果对节点位置采取设置内加劲板、加厚节点处壁厚等加强措施

。

（a）节点一 

（b）节点二

（c）节点一综合位移

（d）节点一应力云图

（e）节点二综合位移 

（f）节点二应力云图

▲ 

图9 典型节点分析结果

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本文通过对复杂钢结构进行细致的设计分析，得到如下

结论：

1.网壳稳定性为网壳设计的重点，需进行几何非线性、几何与材料双非线分析来保证结构的安全性，并应根据此变形数据对后期施工提出控制要求。

2.

V型

柱

的受力复杂且作为支撑的关键构件，需专门针对空间

V型柱

进行特征值屈曲分析和二阶P-△弹性分析，且设计时应根据两种分析结果采用包络设计。

3.观景连廊位于大悬挑上，结构竖向刚度较弱，应针对其舒适度进行专项分析。

4.钢结构防连续倒塌分析论证了整体强度、刚度安全可靠，满足抗连续倒塌的设计要求。

5.钢结构节点的受力复杂，应进行有限元分析，并应对复杂、重要节点采用设置加劲板、节点域的壁厚加厚等加强措施。