空曠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

摘要 初步探討空曠結(jié)構(gòu)的一些特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)體系的選型，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施以及整體分析的方法等。

關(guān)鍵詞 空曠結(jié)構(gòu) 構(gòu)造措施 整體分析

劇場(chǎng)、報(bào)告廳、宴會(huì)廳之類的建筑由于功能上的需要，往往會(huì)造成結(jié)構(gòu)布置的不合理，不規(guī)則。譬如結(jié)構(gòu)內(nèi)部空曠，樓板缺失很多，被開(kāi)洞分開(kāi)的各部分構(gòu)件連接較弱，存在錯(cuò)層、大跨結(jié)構(gòu)等情況，與普通結(jié)構(gòu)相比在設(shè)計(jì)過(guò)程中有一些需要注意的問(wèn)題，本文就此類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做一些初步的探討。

1. 結(jié)構(gòu)體系選擇與布置

大連海事大學(xué)大學(xué)生活動(dòng)中心及大連普灣新區(qū)政府辦公樓報(bào)告廳部分都屬于這種內(nèi)部空曠的結(jié)構(gòu)，根據(jù)此類結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)體系一般要選擇現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)是柱網(wǎng)布置靈活，可以獲得較大的使用空間，能夠滿足空間布局靈活寬敞的要求，但橫向側(cè)移剛度較小，如果不能滿足相關(guān)規(guī)范要求（此類建筑側(cè)移剛度宜較規(guī)范要求有一定富余），可以通過(guò)增設(shè)混凝土剪力墻來(lái)提高側(cè)移剛度，改善結(jié)構(gòu)抗震性能。剪力墻宜布置在上下貫通的大空間周圍及樓梯間處，同時(shí)要注意結(jié)構(gòu)平面剛度的均勻性，控制質(zhì)量中心與剛度中心的偏心，減少地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，形成空間剛度相對(duì)均勻的結(jié)構(gòu)體。

2. 結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施

對(duì)薄弱的部位應(yīng)采取一些加強(qiáng)的構(gòu)造措施以保證結(jié)構(gòu)的整體性。例如在大空間周邊設(shè)置一圈截面較大的框架柱，通過(guò)上下幾層截面較大的框架梁首尾相連，形成類似閉口管的結(jié)構(gòu)，可以提高抗扭能力和整體性；樓面削弱部位的混凝土樓板均適當(dāng)加大板厚、配筋率，并采用雙層雙向配筋，保證樓層平面內(nèi)剛度及連接強(qiáng)度，以提高樓板傳遞水平地震力的能力；結(jié)構(gòu)各層樓面邊梁、錯(cuò)層邊梁均適當(dāng)加強(qiáng)，角柱及錯(cuò)層處的框架柱也要加大截面和配筋，而且箍筋要全高加密。舞臺(tái)臺(tái)口大梁可根據(jù)工藝設(shè)備及結(jié)構(gòu)本身需要采用數(shù)根梁的做法，盡量避免出現(xiàn)對(duì)抗震不利的短柱、短墻。經(jīng)過(guò)這樣的處理，結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的指標(biāo)就會(huì)更加理想。但由于此類結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，即使計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范相關(guān)的要求，也不能保證結(jié)構(gòu)的整體性能良好，而且實(shí)際地震情況也很復(fù)雜，這種僅在計(jì)算中滿足規(guī)范要求的結(jié)構(gòu)是脆弱的，所以此類結(jié)構(gòu)應(yīng)注重概念設(shè)計(jì)。

3. 結(jié)構(gòu)分析

無(wú)論采用剛性板假定還是彈性膜假定，都不夠準(zhǔn)確，因此還應(yīng)注重研究各個(gè)振型，通過(guò)分析整體扭轉(zhuǎn)振型以及豎向構(gòu)件的絕對(duì)層間位移來(lái)從概念上宏觀把握。如果框架結(jié)構(gòu)控制位移效果不理想，就要通過(guò)合理布置剪力墻增強(qiáng)剛度，減小位移，但剪力墻不宜布置太多，避免剛度過(guò)大。對(duì)于此類少量剪力墻的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)中的框架部分，建議按純框架結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)分別計(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。

另外此類結(jié)構(gòu)的屋面一般會(huì)采用鋼結(jié)構(gòu)，鉸支于混凝土柱上。在用軟件計(jì)算過(guò)程中，如果將鋼結(jié)構(gòu)完全按照實(shí)際情況建立到模型中，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)數(shù)多，計(jì)算效率會(huì)很低，為了進(jìn)行整體控制，可以將鋼結(jié)構(gòu)等代為實(shí)腹鋼梁，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)輸入，提高計(jì)算效率。如果上述這種方法計(jì)算結(jié)果不理想，振型分布較為雜亂，缺乏規(guī)律性，前幾階振型均集中在鋼結(jié)構(gòu)屋面的局部振動(dòng)，考慮到鋼結(jié)構(gòu)的剛度及質(zhì)量遠(yuǎn)小于下部混凝土結(jié)構(gòu)，可認(rèn)為頂部鋼結(jié)構(gòu)對(duì)主體混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能和受力情況影響很小，因此在整體分析時(shí)也可以不輸入鋼結(jié)構(gòu)部分，單獨(dú)計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)部分，僅將其對(duì)主體的作用作為豎向荷載輸入到混凝土模型中，這樣得到的計(jì)算結(jié)構(gòu)也是可取的。

4. 小結(jié)

1）此類結(jié)構(gòu)內(nèi)部復(fù)雜空曠，宜在框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增設(shè)剪力墻，以控制水平剛度，提高結(jié)構(gòu)整體性。但剪力墻的布置應(yīng)合理、恰當(dāng)，使結(jié)構(gòu)體現(xiàn)較好的受力狀態(tài)。其中框架部分宜按純框架結(jié)構(gòu)和框架—剪力墻結(jié)構(gòu)分別計(jì)算，包絡(luò)設(shè)計(jì)。

2）下部混凝土結(jié)構(gòu)，上部鋼結(jié)構(gòu)的形式，在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)采取合理的方式進(jìn)行簡(jiǎn)化，可以分開(kāi)進(jìn)行計(jì)算。

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