援科特迪瓦共和国阿比让体育场位于科特迪瓦经济首都阿比让市北部阿尼亚玛区，科方规划的奥林匹克体育城内，距离阿比让市中心约18km，用地呈长方形 (500m×400m) ，建筑面积61 250m²，定位为6万座特大型体育场。效果图见图1。体育场结构由下部钢筋混凝土看台、外围异形框架结构和上部钢结构罩棚组成。

　　 据调查，科特迪瓦历史上未有地震记载及地震对建筑物影响的记录，场地周边50年来未发生过有感地震，当地建筑基本不进行抗震设计。根据中国阿尼亚马学校建设资料，并参照邻国以往援建项目经验，本工程抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，按抗震设防烈度7度要求加强抗震措施，设计地震分组为第一组，场地土类别为Ⅲ类场地，抗震设防类别为重点设防类。结构重要性系数为1.1，年平均气温最高值为30.1℃，最低值为23.5℃，昼夜温差和常年温差较小;根据科方提供的44年气象风速风向资料，时距10min最大风速30.6m/s，按照我国《建筑结构荷载规范》 (GB50009—2012) 要求换算基本风压为0.58kN/m²，实际设计采用基本风压0.70kN/m² (重现期50年) 。考虑到体育场对风荷载较敏感，故对此工程进行了风洞试验，结构风荷载体型系数、风振系数等依据风洞试验、风致振动分析报告^[1]及规范值取包络，依据此包络值计算风荷载标准值。

　　 项目依据中国抗震规范^[2]设计，同时也考虑科特迪瓦本国标准对抗震、抗风、消防、电力等方面的规定，结合当地建筑材料的特点进行设计^[3,4,5]，主要结构材料为:混凝土C30，钢材Q345B。

　　 钢筋混凝土看台由4道结构缝分为Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段四个结构单元，见图2，Ⅰ段主体为钢筋混凝土框架-剪力墙结构，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段看台均为纯框架结构，由向心布置的共96榀框架组成，各榀框架高度不同，外圈的异形框架由巨柱、交叉柱和环梁组成;钢罩棚为一个整体。

　　 钢罩棚采用双向桁架体系，由48榀径向三角形主桁架、2榀环向联系桁架 (端部三角形环桁架、中间平面环桁架) 、3圈环向杆件、径向联系杆件及支座撑杆组成。钢结构罩棚平面图见图3，径向主桁架示意图见图4。钢罩棚结构形式根据建筑造型、使用净高等要求，利用支座设置和看台上空间减小桁架悬挑长度，每榀主桁架上方设置拱梁，增加了桁架高度，两榀主桁架之间沿径向布置了杆件作为膜结构造型的骨架，同时充分利用了整体马鞍形的空间效应，使结构更加合理，达到与建筑的完美结合。屋盖杆件均采用圆钢管，相贯节点连接。钢结构屋盖通过内外两圈共96个抗震球支座支承于下部混凝土主体结构。

　　 图3 钢结构罩棚平面图

　　 钢结构罩棚的每榀桁架与看台结构有三个支点，一点支承在?轴交叉柱上环梁顶，另两点在?轴平台柱顶 (相邻桁架共用) ，?轴平台楼板最高处标高为34.80m;钢结构罩棚顶最高点标高51.40m，最低点标高39.76m，最大悬挑长度约30.2m;看台层数为3层，结构层数为5层。体育场单榀结构三维模型见图5。地上混凝土结构最大长度约204m，最大宽度约41m;罩棚的平面投影呈椭圆环，其中外边缘长轴约290m，短轴约267m，内边缘长轴约226m，短轴约169m。

　　 钢筋混凝土看台主要构件尺寸如下:柱截面尺寸为1 500×2 000 (巨型斜柱) 、1 000 (圆柱) 、700×800 (矩形柱) 、1 000×1 000 (交叉柱) ;梁截面尺寸为500×800, 500×1 000, 600×1 000, 1 000×1 000 (环梁) ;剪力墙厚度为300mm。看台结构布置平面见图5。体育场整体模型见图6。

　　 场地内地势西高东低，需大规模平整，东侧填方区填土厚度达3.6m，勘查平面图见图7。地基土层分布比较均匀、单一。体育场结构布置较特殊，柱下荷载差距较大。根据以上条件确定采用桩基础，独立承台，桩型为采用桩端后注浆工艺的钻孔灌注桩，直径800mm，桩端持力层为 (3) 层含黏性土中砂。在填方和不挖不填区域桩长22m，在挖方区域桩长18m。桩数根据不同柱底内力确定。

　　 外圈巨柱由于小角度倾斜，且由钢结构罩棚传递至柱顶的轴力、剪力较大，故承台采用沿径向加长的矩形承台，有效抵抗弯矩，基础平面图见图8。

　　 设计时合理选择桩长和布桩方式，使基础沉降均匀，满足承载力和变形的要求^[6]，避免对上部结构的不利影响。施工时要求打桩前先平整场地，填方区分层碾压密实，且满足一定的固结时间或采用压重加速固结后方可进行桩基施工。

　　 由于援外工程工期及条件限制的特殊性，同时考虑填土负摩阻的不利影响，估算单桩承载力特征值为1 930kN/根，现场静载荷试验结果为单桩极限承载力不小于4 040kN，最终采用1 930kN作为单桩承载力特征值。

　　 看台结构超长，考虑到当地温差很小、高温、湿润的有利气候条件，沿体育场环向仅设置了4道永久结构缝，形成Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段四个结构单元。看台长度分别为204, 183m。为减少混凝土结构的无序开裂，采取以下措施:

　　 (1) 对看台结构和楼板进行温度应力计算，考虑升温、降温两种工况，环向楼板通长钢筋按楼板温度应力换算得出，主次梁通长钢筋在支座的截断处，上、下筋均按受拉钢筋计算，满足钢筋的搭接长度。

　　 (2) 要求施工时尽量降低混凝土入模温度和养护温度，计入混凝土收缩、徐变等因素的影响^[7]。

　　 (3) 混凝土梁每隔约40m设置一道后浇带，宽1 000m，在60d后采用强度等级提高一级的微膨胀混凝土浇筑。

　　 (4) 施工时采取减小水泥用量和水灰比、掺入合适的外加剂以减少用水量，采取严格控制骨料质量、加强养护等措施，尽量减少混凝土收缩裂缝。

　　 (5) 看台板在每道径向轴线处设置结构诱导缝 (20×30) ，做法详见图9。

　　 钢结构罩棚采用有限元软件MIDAS计算分析，主体看台结构采用PMSAP计算分析。分别按照混凝土看台、钢罩棚的分体模型和MIDAS整体模型进行包络设计，选取一榀典型结构的巨型斜柱、交叉梁、飞扶壁的内力对比，结果见表1。设计过程中对于连续构件逐个分析对比内力，取大值进行设计。

　　 由表1可知，整体模型计算结果普遍大于分体模型计算结果，对于不分缝的整体结构部分，采用整体模型结果进行设计。

　　 考虑到当地温差小，整体椭圆形状对长度变化不敏感，交叉柱分缝构造复杂，故外围异形框架的交叉柱不设缝，内部看台设缝。外围异形框架模型见图10。针对分缝处可能产生内力突变的情况，在整体模型中对此处的构件内力和变形进行复核。考虑了恒、活荷载工况、风荷载工况、地震作用工况、温度作用工况等不同组合;结果显示设缝处交叉柱和环梁内力变化较均匀，无突变。分缝处的异形框架弯矩见图11。

　　 设计中具体措施为:1) 交叉柱和环梁截面均取1 000×1 000，增加环向结构的整体刚度;2) 配筋按照实际的计算内力结果设计，并适当增强;3) 环梁纵向钢筋 (受力纵筋和腰筋) 全部通长设置。

　　 将符合建筑功能和结构空间关系的空间网格导入模型并附加构件属性进行计算，看台悬挑梁截面为500×1 000，最大悬挑长度为4m, 1.2m宽的交通环路以悬挑板方式生根于挑梁端部的环向封边梁上，计算中将交通环路荷载导算为竖向均布力和扭矩作用于封边梁，单独计算悬挑板，保证悬挑结构安全且计算合理。

　　 看台由环向密肋梁和看台板组成，梁高为看台踏步高度，密肋梁之间设100mm厚混凝土板作为看台板。模型建立中，将看台踏步处的板厚均设为0，密肋梁不在模型中体现，该处荷载和自重均按板荷载输入，并按单向板传力，以密肋梁的方向传至两侧的径向框架梁上。同时，采用弹性楼板假定对结构进行空间整体分析。而密肋梁的配筋计算按连续梁另行计算^[8]。

　　 钢结构罩棚计算包括在各种荷载组合下结构强度、变形等计算分析，同时提取支座反力，考虑钢结构罩棚对下部结构影响，也为埋件设计提供依据。变形屋顶钢结构变形云图如图12所示。由图12可知，体育场罩棚悬挑端最大挠度为144mm，挠跨比为1/209，满足1/125的设计标准。

　　 巨型斜柱顶部与交叉柱、飞扶壁的节点造型复杂，此处节点各向交叉构件较多，钢筋较密且多向交叉，从钢筋排布到模板支设都有很大难度。

　　 本工程结合施工便利性和可行性分段浇筑:首先将混凝土浇筑至节点尖端下部，交叉柱的纵筋在交叉部位间隔设置，与异形柱纵筋冲突处，交叉柱纵筋设置于里层;交叉柱根部箍筋做成一个大箍套多个小箍的整体复合箍筋形式，减少钢筋密度，使钢筋分布满足构造要求，如图13所示，尖端部分的水平筋和纵筋预留;二次浇筑完成此柱顶尖角造型。既简化了施工，也保证了质量，同时满足了建筑效果。

　　 钢罩棚悬挑最大30m，在各荷载工况组合下，传至支座的反力很大。因此，在里外两圈支座的周边结构都适当地进行了加强:1) 外圈环向交叉柱截面为1 000×1 000，配筋适当放大，顶部环梁上、下部纵向钢筋拉通配置;2) 里圈支座下的柱配筋适当放大，周边环向板跨度很小，厚度取150mm，采用双排双向配筋，使支座水平力的传递更有效。

　　 支座预埋件需承担较大的拉、压、剪力，采用埋板加焊型钢和钢筋的形式。埋件下部的柱顶由环向梁与两根交叉柱交汇构成，三个方向纵向钢筋交叉，同时还设有预埋型钢和锚筋。

　　 为保证施工的可行性和混凝土浇筑质量，对埋件进行了调整和优化，设计原则是:水平剪力由H型钢承担 (根部贴钢板) ，竖向压力由预埋件顶板传至混凝土结构。埋件的竖向拉力视情况由栓钉和锚筋或锚筋和H型钢端板共同承担。按上述原则优化型钢尺寸、排布方式及锚筋布置。以某一埋件为例，做法见图14。

　　 同时，调整了环梁和交叉斜柱的钢筋布置，将单排纵筋改为双排，减小了部分斜柱纵筋的直段锚固长度，在竖向分多排并双向水平弯钩，详见图15。

　　 以上调整均在深化设计开始阶段由设计配合深化、施工单位进行研究，并与前方负责施工的工程师沟通，保证了后期施工的顺利完成。

　　 本项目施工的重点和难点是钢罩棚的安装，在安全可靠的前提下，还要考虑安装速度和经济性。为此设计配合安装单位进行了多方案的研究，总体上考虑了两种方案:方案一，单榀分段吊装、空中对接，见图16;方案二，主桁架整体吊装、分片组装，见图17。工序1～4按照支设胎架—吊装桁架—连接桁架—拆除胎架的顺序依次进行。优缺点比较见表2。

　　 经对比，总体上方案一经济性好、安装速度较慢，方案二安装速度快、经济性较差。因此，最初选择的是方案一，但随着施工进度的推进，工期成为了关键因素，在完成了对方案一的所有验算、深化、审查工作后，最终按方案二实施。

　　 施工阶段考虑的荷载均为结构自重，动力系数取1.4。按方案二屋面桁架分为8个安装区域，每12个径向轴线 (6榀主桁架) 为一个区域。安装验算的基本思路为:每6榀主桁架为一个施工步骤，安装完成后再卸载前一步骤的支撑，依次安装直至全部屋面桁架完成。使用MIDAS软件，通过施工步，荷载步，临时支承的顺序更替实现模型 (从分块局部逐渐形成整体) 、荷载 (分部施加直到全部) 、边界条件的模拟。在施工过程的每一步验算桁架结构的位移和强度，真实考虑施工过程的不利影响。

　　 为保证项目的耐久性和维护便捷，设计之初选择了耐久性、自洁性较好的PTFE膜材。但是由于PTFE膜采用玻璃纤维基层，相对不耐弯折，而本项目需要远距离、多工具运输，经多次对比分析，最终确定采用最新交联CrossLink PVDF涂层膜材。此膜材耐久性与PTFE膜相当，自洁性相差很小，强度更高，耐弯折，便于长途运输。安装后的效果详见图18。

　　 项目集中了复杂钢结构、超长异形混凝土结构等诸多挑战于一体。设计中分别对分块单体与整体模型进行对比分析，保证了此复杂结构安全性与合理性。在应对诸多施工的复杂性、高难度挑战时，将难点细化，并在前期与总包、分包、产品供应商充分配合、研究，较好地解决了超长结构的施工，复杂节点的钢筋排布，预埋件优化、支座设计、施工过程验算、膜材的运输等难题，确保施工顺利、质量优良。