➢本工程体育场屋盖跨度大于120m，超出常用空间结构形式的超限大跨空间结构。 ➢通过建筑方案可见：体育场的结构将为大跨度、四支点、中心大开口的壳体结 构（为保证整个体育中心建筑群的形式统一,拟采用混凝土结构）。经核实，此
类结构在国内乃至世界范围内未有工程实践。
二、自然条件
1、风荷载
湖南大学风工程试验研究中心对体育中心的体育场、体育馆 和游泳馆三馆进行刚性模型测压风洞试验，确定了其表面的 平均风压和脉动风压。 1）、基本风压：
Ⅰ区域为本场地为非自重湿陷场地，地基湿陷等级Ⅰ级（轻微）。
场地地下水稳定水埋深约120.00m左右，水位标高为854.97m左右。
拟建场地地基土对混凝土结构和混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。
拟建场地可不考虑液化影响。
第⑩层石灰岩层为奥陶系上马家沟组，属于可溶盐岩，层厚度厚，一般沿裂隙及
层面发育有溶洞，溶洞密集，多呈网格状、蜂窝状。
吕梁新城体育中心 体育场钢-混凝土组合壳体结构设计
体育场
游泳馆
群众水上活动中心
体育馆
2020年3月26日
主要内容
第一部分 结构综述 第二部分 体育场屋盖优化设计过程 第三部分 体育场屋盖设计成果 第四部分 体育场屋盖结构方案对比
第一部分 结构综述
一、建筑概况
• 吕梁新城体育中心是吕梁市的市级体育 中心。规划建成为体育竞赛、大众健身、 文化表演、休闲娱乐为一体的综合服务 型多功能场所。
体育场
游泳馆
群众水上活动中心
体育馆
场馆
建筑面积（m2） 座数 长度（m） 宽度(m)
体育场
29000
15000 204
160
体育馆
27000
6800 131.6 100
游泳馆
17000
2000 100
70
群众水上运动中心
4500
-
70
35
南北入口
900
-
30
30
附属设施、看台
12000
结构体系 四角落地钢拱与中间大开孔单层组合网壳 四角落地带钢组合边拱的空心壳板混凝土薄壳 四角落地带钢组合边拱的空心壳板混凝土薄壳 四角落地带钢组合边拱的变厚度混凝土薄壳
混凝土薄壳 框架结构
一、建筑概况
• 体育场：建筑面积29000m2， 15000座；
• 建筑平面尺寸： 204mX160m
• 结构安全等级：一级； • 抗震设防类别：乙类； • 设计使用年限：50年； • 结构重要性系数：1.1； • 地基基础设计等级：甲级； • 建筑物的耐火等级：一级；
H：中心点矢高；Ha：长轴矢高；Hb：短轴矢高；β：翻沿倾角； L：翻沿外挑长度；中心开孔形状； 中心开口尺寸；
弹性 弹性 弹性 弹性 0.03
弹性 不屈服 不屈服 弹性 0.03
不屈服 局部屈服 局部屈服 不屈服
0.04
五、基础设计
场地地质条件
地貌单元属于侵蚀堆积河谷区，可划分出两个工程地质区（Ⅰ、Ⅱ区）
体育馆、南大门Ⅱ区，游泳馆、群众水上运动中心和北大门Ⅰ区。
Ⅱ区域为自重湿陷场地，地基湿陷等级为Ⅱ级（中等）；
响应， 其中90°风向角为最不利风向角，其中结构的整体位 -0.33
移风振系数 β=1.91和整体内力风振系数β =1.95 。
-0.81 0.20
4）、等效静风荷载
-0.02 -0.10
根据《吕梁体育中心风荷载试验研究报告》中体育场的块平
均风压，乘以风振系数后即可得到各分块的结构等效静力风
荷载。
-0.38
-0.15 -0.09 0.21
-0.62
-0.16
-0.88
w0=0.50kN/m2 (重现期100年)，地面粗糙类别：B类
Байду номын сангаас-0.41
2）、体型系数
通过风洞试验获得在典型风向角下的风荷载体型系数。
-0.45
3）、风振分析
-0.49
研究0°~360°（每15 °）风向角，结构在脉动风作用下的
-1.01
最大负温差：-27.4-10=-37.4℃
同时考虑日照时，表面混凝土壳体升温20 ℃ 。
1、材料
三、结构设计条件
混凝土壳面、基础承台、桩都采用C40。 受力筋采用HRB400级、HRB500；分布筋、拉筋等采用HRB335级。 受力钢构件、混凝土中钢骨等采用Q345B。
2、设计荷载
部位 屋盖
荷载类别 恒载
地震
多遇地震 设防烈度 罕遇地震
地震方 向
水平 水平 水平
超越概 率 63% 10%
2～3%
设计采用的主要地震动参数
重现周期 (年)
50 475 2475
地面加速度峰值 (gal)
38.0625 51.3 125
地震影响系数最大值
max 0.087（安评） 0.114（规范） 0.28（规范）
场地特征周期
桩端持力层⑩强风化石灰岩（⑧混合土）
钻孔灌注桩
层序
岩性
桩的极限侧阻力标准 侧阻力后注浆增 桩的极限端阻力 端阻力后注
值 qsik（kPa）
强系数
标准值 qPk（kPa） 浆增强系数
活载/雪荷载 马道恒荷载 马道活荷载
标准值（kN/m2） 1.25（建筑刚性防水）/0.5（建筑吊顶）
0.5/0.35 2.0 0.5
四、抗震性能目标
抗震设防水准 计算方法
多遇地震 反应谱、时程分析法
设防烈度 反应谱
罕遇地震 反应谱、时程分析法
落地拱体
弹性
弹性
不屈服
体育场环梁 体育场肋梁 混凝土壳面 拱脚基础拉梁 结构阻尼比
-0.02
-0.18
-0.36
-0.35
-0.01
0.38
0.35 0.29
-0.34
-0.50
0.40 0.04
0.26
0.30 0.15
-0.21 0.22
-0.38 0.30 0.32
2. 地震作用
二、自然条件
抗震设防烈度： 设计地震分组： 建筑场地类别：
6度（相应地震基本加速度0.05g） 第3组 II类 设计特征周期： 0.45s
溶洞主要分布在游泳馆和群众
水上运动中心区域
961.12
926.30
五、基础设计
桩基础设计
本工程采用钻孔灌注桩基础，并采用后注浆技术。 看台：桩径600mm，桩长10-13m，桩底压浆，单桩竖向承载力1300kN；
桩端持力层⑤卵砾石、⑥混合土
屋盖：桩径1200mm，桩侧、桩底压浆，单桩竖向承载力15000kN；
Tg(s) 0.45 0.45 0.50
3、基本雪压 4、温度荷载
S0=0.35kN/m2 （100年重现期）
根据《吕梁新城体育中心建设项目场地岩土工程勘察报告》（详细勘察）提供的当地
气象资料，极端最高气温39.9℃，极端最低气温-27.4℃。取合拢温度为5~10℃。
最大正温差：39.9-5=34.9℃