本文来源：建筑结构（ID：buildingstructure） ◆ ◆ ◆ ◆ 2024国际攀联世界青年攀岩锦标赛 主场馆攀岩馆结构设计
本文来源：建筑结构（ID：buildingstructure）
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2024国际攀联世界青年攀岩锦标赛
主场馆攀岩馆结构设计
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文/刘洪，张林峰
2024国际攀联世界青年攀岩锦标赛8月22-31日将在贵州贵阳举办；国际攀联世界青年攀岩锦标赛是全球最高水平的青年攀岩赛事，51个国家和地区的599名运动员将在清镇体育训练基地攀岩馆决战全球攀岩之巅。
攀岩馆是国内功能较为完善的室内攀岩综合运动馆之一，建有速度墙、难度墙、攀石墙，以及热身墙、康复理疗室、力量房、会议室、新闻直播房等配套设施设备，同时全馆配有中央空调，能满足四季训练及比赛需求。
▲ 攀岩馆实景照片
01
工程概况
贵州省亚高原体育训练基地攀岩馆位于贵州省清镇市，建筑面积约6000m 2 ，可容纳观众1200人，屋盖造型为两个有高差的半边椭圆球，其下部为一个完整的半边椭圆球，上部为一个完整的半边椭圆球加3.4m长的延伸段，高差为11m；攀岩馆建筑高度为31.7m，平面为直径67m的圆形平面，屋盖跨度为46.2m；地上共3层，其中1层为活动坐席区、裁判室、训练室等功能用房，2层及以上为固定坐席区、新闻办公等功能用房，攀岩壁贯穿整个建筑高度；地下1层，主要功能为停车库及设备用房。
▲ 建筑剖面图
▲ 建筑平面图
02
结构设计及研究
2.1 结构体系
攀岩馆下部结构采用钢筋混凝土框架—剪力墙结构，屋盖采用椭球形凯威特K6单层网壳结构+立体拱架+竖向平面交叉桁架组合的杂交结构。
▲ 整体结构模型
结构充分利用建筑形式，在中部两个竖向交通体设置钢筋混凝土核心筒，作为整体结构的主要抗侧力单元；在攀岩壁侧，设置层间梁，既提高了结构刚度，又方便后期攀岩壁等体育工艺附着安装。
▲ 下部混凝土整体模型
▲ 典型标准层模型
针对屋盖结构体系，多轮结构方案比较了双层网壳、肋环桁架，单层网壳等结构形式，最后确定为椭球形凯威特单层网壳结构+立体拱架+竖向平面交叉桁架组合的杂交结构。网壳曲面能提供结构刚度，通过壳面内薄膜应力传力；在外荷载作用下，拱桁架结构主要产生压力，弯距效应相对较小；单层网壳结构空间杆件少，避免了屋盖杆件繁多而影响建筑美观，能满足建筑具有轻盈、通透的视觉效果。
▲ 屋盖结构轴侧图
钢屋盖杆件采用Q345无缝钢管，主要杆件截面规格如表1所示。攀岩馆屋盖共设置了28个支座节点，其中15个支座节点设置在22.700m标高混凝土柱顶，13个支座节点设置在12.000m标高柱顶。
2.2 风洞实验
攀岩馆屋盖为带高差半椭圆建筑造型，其体型相对复杂，现行的《建筑结构荷载规范》无此类体型对应的体型系数，风洞实验获取了可靠的体型系数和等效风压用于结构设计，提高了屋盖结构设计的安全性和经济性。
▲ 风洞实验模型
（a）0° 风向角下 （b）90° 风向角下
▲ 向角下体型系数
2.3 屋盖结构静力分析
在恒载+活载作用下，结构各点最大竖向位移为55mm，挠跨比1/836，小于规范限值1/400，满足规范要求。网壳的应力比：关键构件控制在0.75以下，一般构件控制在0.85以下。
▲ 单元应力比分布图
▲ 屋盖变形图
2.4 屋盖结构对比分析
屋盖钢结构的造型为两个有高差的半边椭圆单层网壳结构，为对比半边椭圆网壳和完整单层网壳受力性能的差异，将该工程的半边椭圆网壳模型和完整单层网壳模型进行对比分析。
分析可知两种模型内力分布、最不利杆件轴力位置、杆件内力大小等存大较大差异。
▲ 半边椭圆网壳模型构件轴力云图
▲ 完整单层网壳模型构件轴力云图
分析可知两种模型竖向位移分布、最不利位移位置、位移变形值等存大较大差异，半边椭圆网壳模型拱效应不明显。
▲ 半边椭圆网壳模型结构竖向位移
▲ 完整单层网壳模型结构竖向位移
分析可知两种模型第一阶屈曲模态荷载系数分别为11.8，6.3，考虑初始缺陷、材料非线性和几何非线性的影响的弹塑性全过程安全系数分别为2.28，1.7，两种类型网壳屈曲安全系数相差较大，屈曲的位置也有较大不同。
▲ 半边椭圆网壳模型屈曲模态
▲ 完整单层网壳模型屈曲模态
2.5 屋盖结构稳定性分析及极限承载力分析
各阶屈曲模态均在单层网壳顶部较为平坦区域先屈曲，该单层网壳结构不考虑初始缺陷时，特征值稳定系数为11.8。对结构进行全过程整体稳定性分析，几何非线性全过程安全系数4.8；考虑初始缺陷、材料非线性和几何非线性的影响，材料进入塑性，弹塑性全过程安全系数为2.28。
▲ 非线性稳定分析荷载—位移曲线
2.6 关键节点的分析设计
为避免连接支座的杆件受弯，设计中采用了成品万向球铰支座和带一定刚度的成品可滑动的铰支座。采用球铰支座能将计算分析模型节点铰接和现场实际的约束情况吻合，计算结果更真实。
▲ 成品铰支座节点详图
采用ANSYS软件建立三维实体模型对节点进行分析。节点 分析采用Solid187单元，该单元具有良好的弹塑性分析特性，为带中间节点的四面体网格。
▲ 典型节点有限元分析应力云图(N/m 2 )
03
项目实景图
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攀岩馆外部实景
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攀岩馆内部实景
▲ 攀岩馆速度区攀岩壁实景
▲ 攀岩馆难度区攀岩壁实景
▲ 攀岩馆热身区攀岩壁实景
04
施工建造过程
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项目信息
项目地点： 贵州省清镇市
设计时间： 2018年2~2018年10
建成时间： 2020年12月
业主单位： 贵州省体育局
设计单位： 中国建筑西南设计研究院有限公司
施工单位： 中铁二局
项目团队：
结构专业：张林峰 刘洪 吴小宾 周劲炜 周定松 周佳
建筑专业：钟鹏 宋卓尔 连波 刘思 陈云
给排水专业：蒋龙 刘光胜 彭刚 安斐
电气专业：钟世红 李先进 张仁红 刘敏
暖通专业：张国昊 路越 刘晶民 李林
体育工艺：重庆中体体育设施建筑工程有限公司
风动实验：湖南大学建筑安全与节能教育部重点实验室
图片来源： 由中国建筑西南设计研究院有限公司、中铁二局提供。
