清丰县体育馆位于河南省清丰县，平面呈圆形，地上 3 层，地下 1 层，总建筑面积 21154m2，其中地上 11083m2，地下 10071m2，结构点高度 29.150m，屋盖跨度 98m，可容纳 5000 人，为大、中型体育馆。体育馆分为两个相互的结构体系：下部主体结构采用钢筋混凝土框架结构；钢屋盖与周边支承钢结构组成的受力体系。屋盖采用弦支穹顶结构，不同于传统屋盖支承于下部混凝土结构的方案，本工程屋盖支 承于周边 32 根钢格构柱，格构柱间以环梁及支撑相连，格构柱下端以成品固定钢支座支承于地下室框架柱顶震设防类别设防；安全等。

1. 屋盖结构选型

根据屋面的建筑形态及下部支承条件，屋盖采用弦支穹顶结构，由上部的单层网壳和下部撑杆、拉索组成，各环撑杆的上端与单层网壳对应各环节点铰接，下端由径向拉杆与单层网壳的下一环节点连接；同一环的撑杆由环向箍索连接在一起。通过在索内施加预拉力，使上部单层网壳产生向上的挠度，从而减少荷载作用下的终挠度，改善网壳构件的受力，并通过调整预应力，减小屋盖对下部支承结构产生的水平推力， 有效减小结构自重，实现轻巧、通透的建筑效果，覆盖较大的跨度空间。

1. 1. 单层网壳

网壳结构常用的网格形式有肋环形、凯威特型、联方型、三向网格型等。联方型网格中每一环杆件数量相同，导致中心球节点较多杆件交汇于一点，施工复杂；凯威特型网格由内至外每一环的杆件数量呈倍数增 长，造成外环杆件数量众多。本工程网壳环向分为 10 道，由内向外 4 环

采用凯威特型网格，剩余 6 环采用联方型网格，形成联方- 凯威特型单层

网壳。单层网壳矢高 10m，矢跨比约 1/10。网壳杆件采用圆钢管，径向杆件节间长度约 5~6m，环向杆件节间长度约 4~9m，每个节点处有 6~8 根杆件交汇于一点，采用铸钢节点。网壳杆件采用 Q345B，截面主要采用准325伊8 和 准273伊8，屋盖外侧两环受力较大， 截面采用 准400伊16 和准351伊14外环杆件处于屋盖与下部支承结构过渡处，采用 准500伊20。

1. 2. 索杆张拉体系

索杆张拉体系采用肋环形布置，共布置 4 道环索，与上部网壳环向杆件水平投影重合；环索通过撑杆与网壳相连；4 圈径向钢拉杆一端与环索相连，另一端与网壳相连内圈径向钢拉杆 16 根，其余圈径向钢拉杆 32 根。径向钢拉杆轴力的水平分量与环索拉力的合力平衡，径向拉杆轴力的竖向分量通过竖向撑杆使上部网壳产生向上的反拱变形。

环索采用高强钢绞线拉强度标准值 1670MPa，弹性模量不小于 1.9伊105MPa，环索截面既要考虑不同工况下索内应力变化幅度，又要考虑施工张拉难度； 综合各因素， 由外向内各环索有效截面积分别为108360mm3、7130mm3、3450mm3、525mm3。径向钢拉杆采用强度等级为

460 的UU 型成品钢拉杆，由外向内各圈拉杆直径分别为 110mm、90mm、

55mm、45mm。撑杆长度影响屋盖刚度，由外向内各环撑杆长度分别取

7600mm、6800mm、6000mm、5200mm，截面分别采用 准273伊10、准245伊8、准219伊8、准180伊6。

2. 下部支承结构选型

结合建筑外立面形态，沿建筑平面周边均匀设 32 根钢格构柱支承

弦支穹顶屋盖，格构柱顶部内伸水平桁架，端部以铸钢节点与屋盖外 环相接。为保证格构柱平面外稳定、加强整体性、提高结构整体侧刚 度，格构柱间设水平环梁及交叉支撑。体育馆平面呈圆形，以 11.25毅夹角将圆周分为 32 段，外立面造型取义“瓷碗”，立面由下向上以弧形曲线外倾，沿圆周分为 32 片，陶板幕墙与玻璃幕墙间隔布置，陶板幕墙比玻璃幕墙外凸约 2.5m，格构柱轴线取外立面弧形。柱顶比柱底外倾水平距离约 9500mm，造成竖向荷载作用下柱底较大水平推力，给柱脚设计带来困难，采取柱下部两节设水平转换  桁架，有效消减水平推力。在 18.9m 标高处，格构柱与弦支穹顶间设3000mm 高水平桁架作为二者的过渡。格构柱采用 Q345B，弦杆采用箱型截面，腹杆采用 H 型截面。

1. 2. 柱间体系

结合建筑外立面形态，将 32 根格构柱 2 根一组分为 16 组，每一块

陶板实体幕墙处 2 根柱为一组，组内 2 根格构柱内、外弦分别设水平系杆及交叉支撑，保证格构柱内、外弦杆的侧向稳定性，提高整体侧刚度。32 根格构柱内侧弦杆处于同一球面内，16 组柱间在柱高一半及柱顶水平桁架上、下弦杆处设 3 根水平梁，与相应的柱组内水平系杆一起形成贯通的环梁，加强结构整体性。

柱间杆件采用 Q345B，水平系杆及环梁采用箱型截面，交叉支撑采

用H 型截面。

由格构柱及柱间体系组成的下部支承结构与弦支穹顶屋盖一起共 同构成一稳定的受力体系。预应力的施加不仅改善了屋盖受力，也改善了下部支承结构的受力。

3. 荷载与作用

包含檩条、屋面板系统等的屋面恒荷载取 1.0kN/m2；马道恒荷载取 0.5kN/m2；幕墙及连接件自重取 1.5kN/m2。结构构件自重由程序自动计算确定，考虑屋盖采用铸钢节点质量，自重乘数取 1.2。屋面及马道活荷载取 0.5kN/m2 。

体育馆屋盖属于对风荷载较敏感的结构，根据《建筑结构荷载规范》

（GB009-2010）[1]，基本风压按 100 年一遇取 0.55kN/m2，地面粗糙度类别B   类。风载体型系数下部支承结构按正八边形，屋盖按旋转壳顶取值。钢结构合拢温度取 15益依5益，设计考虑温度变化幅度，取升温 30益，降温30益。

基本雪压按 100 年一遇取 0.45kN/m2，取全跨积雪的均匀分布、不均匀分布和半跨积雪的均匀分布按不利情况采用。

根据《建筑震设计规范》（GB011-2010）（2016 修订版）[2]，震设防烈度喻度（0.15g），设计分组第二组，建筑场地类别 III 类，钢结构阻尼比 0.02。考虑双向水平及竖向作用。

4. 结构分析与设计

体育馆为弦支穹顶屋盖结构与下部支承结构组成的整体受力体系， 采用 SAP2000 建立整体模型进行预应力分布、主要力学特性分析；采用ABAQUS 进行铸钢节点受力分析