白銀市文化藝術(shù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張衛(wèi)東 黃躍斌 肖信文 王皆欣

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司第二建筑設(shè)計(jì)院，北京 100045)

白銀市文化藝術(shù)中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張衛(wèi)東 黃躍斌 肖信文 王皆欣

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司第二建筑設(shè)計(jì)院，北京 100045)

結(jié)合白銀市文化藝術(shù)中心項(xiàng)目的特點(diǎn)，介紹了該項(xiàng)目地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，對(duì)項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)體系作了研究，著重計(jì)算分析了屋頂網(wǎng)架、中庭桁架、劇院主入口桁架等構(gòu)件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技巧，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、安全、科學(xué)的要求。

結(jié)構(gòu)，單元，鋼桁架，設(shè)計(jì)，計(jì)算

1 工程概況

白銀市文化藝術(shù)中心位于甘肅省白銀市，總建筑面積約9萬(wàn)m2，建成后將成為白銀市的標(biāo)志性建筑。圖1為建筑整體效果圖。平面布置上以白銀大劇院為主體，檔案館、圖書(shū)館、博物館等為輔助，形成并列式建筑體。劇院與各館用通高中庭連接，各館既整體統(tǒng)一，又相對(duì)獨(dú)立。項(xiàng)目地下室為局部1層，地上建筑1層～4層，大部分結(jié)構(gòu)最大高度均為23.5 m，大劇院局部舞臺(tái)屋頂高為35.35 m，首層建筑輪廓尺寸約為160 m×170 m，典型柱網(wǎng)尺寸為8.1 m×8.1 m。

工程抗震設(shè)防類(lèi)別為乙類(lèi)，設(shè)防烈度為7度，基本地震加速度值為0.15g;建筑場(chǎng)地類(lèi)別為Ⅱ類(lèi)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為50年，安全等級(jí)為二級(jí)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)。樓層荷載根據(jù)建筑功能按GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范確定。

2 地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

2.1 地質(zhì)情況

根據(jù)勘察報(bào)告，擬建場(chǎng)地原始地貌為低山丘陵地帶，地勢(shì)呈北高南低之勢(shì)，最大高差為11.34 m。場(chǎng)地及附近無(wú)活動(dòng)性斷裂等構(gòu)造體通過(guò)，處于相對(duì)穩(wěn)定地段。場(chǎng)地土地層從上到下依次為：雜填土、粉砂、細(xì)砂、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖。勘探深度范圍內(nèi)無(wú)地下水賦存，故不考慮地基液化問(wèn)題及基礎(chǔ)抗浮問(wèn)題。

2.2 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

由于場(chǎng)地北高南低，勘探點(diǎn)高程變化大，同時(shí)建筑自身基底標(biāo)高不同，故依據(jù)勘探實(shí)際情況采用不同的基礎(chǔ)形式，基礎(chǔ)持力層以⑤層中風(fēng)化砂巖作為主要基礎(chǔ)持力層。劇院主舞臺(tái)臺(tái)倉(cāng)及靜壓箱等區(qū)因地下室較深采用筏板基礎(chǔ)；劇院大堂部分因地勢(shì)高差較大且持力層埋藏較深，該區(qū)域采用人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)，樁長(zhǎng)有8 m，15 m兩種類(lèi)型，樁徑分別為800 mm及900 mm。共享中庭、檔案館、圖書(shū)館及博物館部分基礎(chǔ)埋藏較淺，基底接近中風(fēng)化巖持力層，且無(wú)地下水，該部分采用獨(dú)立柱基形式。

3 結(jié)構(gòu)體系

1)結(jié)構(gòu)單元。結(jié)構(gòu)形式為全現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，工程框架的抗震等級(jí)為三級(jí)，剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí)；根據(jù)建筑功能的需要結(jié)構(gòu)分為四個(gè)單元，分別為劇場(chǎng)、檔案館、圖書(shū)館、博物館四個(gè)部分。2)劇場(chǎng)單元。采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。劇場(chǎng)舞臺(tái)及看臺(tái)屋面采用鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架，劇場(chǎng)入口大堂屋面采用空間鋼桁架屋面，外挑10 m平面鋼桁架，入口主桁架跨度為56.7 m跨矩形鋼桁架，下部為雙向拉索玻璃幕。3)檔案館、圖書(shū)館及博物館單元。三館采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)。三館頂部局部采用玻璃采光頂，用鋼梁支撐在兩側(cè)框架梁及框架柱上。4)各結(jié)構(gòu)單元間的連接。劇院和三館間為四層同高通廊連接，頂部為玻璃采光頂，采用平面鋼桁架支承在劇場(chǎng)側(cè)框架柱及框架梁上。

4 單元結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 劇場(chǎng)單元

單元計(jì)算采用PKPM-SATWE(2010版)，將結(jié)構(gòu)嵌固端設(shè)置在地下1層頂進(jìn)行計(jì)算。在整體分析時(shí)，將劇場(chǎng)及舞臺(tái)頂網(wǎng)架鋼屋面、劇場(chǎng)入口處及通廊等鋼結(jié)構(gòu)一起按整體模型輸入計(jì)算，鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土連接采用固定鉸支座，單向滑動(dòng)支座及雙向滑動(dòng)支座連接。劇場(chǎng)樓板開(kāi)大洞較多，平面不規(guī)則，通過(guò)調(diào)整抗震剪力墻的布局及墻體厚度來(lái)解決結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題。工程豎向平面規(guī)則，剛度比較均勻，第一扭轉(zhuǎn)周期比為0.88，小于0.90。Y方向最大平面位移比為1.34，小于1.5，說(shuō)明結(jié)構(gòu)的整體抗震性能較好。

4.2 檔案館、圖書(shū)館及博物館單元

檔案館、圖書(shū)館及博物館各結(jié)構(gòu)單元平面及豎向較為規(guī)則且只有4層，因此結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算采用空間建模，計(jì)算采用PKPM-SATWE(2010版)，表1為各館計(jì)算結(jié)果。各館的計(jì)算結(jié)果表明，在設(shè)防地震作用下結(jié)構(gòu)的位移比、周期比和剪重比等均能滿(mǎn)足抗震規(guī)范的要求，同時(shí)多塔整體模型計(jì)算和單塔計(jì)算的結(jié)果有較好的一致性，這說(shuō)明地下連通的大底盤(pán)而地上多塔的結(jié)構(gòu)各塔間的互相影響比較小。

5 鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1 劇場(chǎng)頂部網(wǎng)架屋蓋設(shè)計(jì)

劇場(chǎng)池座和舞臺(tái)頂屋面因建筑隔音要求為重屋面，屋面恒載為4 kN/m2，屋面為非上人屋面，屋面活荷載為0.54 kN/m2。池座頂網(wǎng)架吊頂恒載為1.3 kN/m2，馬道恒載為1.0 kN/m2，馬道活載為0.7 kN/m2。舞臺(tái)頂網(wǎng)架吊頂恒載為8.0 kN/m2，馬道恒載為2.0 kN/m2，馬道活載為1.4 kN/m2。網(wǎng)架采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件MST2012進(jìn)行滿(mǎn)應(yīng)力分析設(shè)計(jì)。經(jīng)計(jì)算池座頂網(wǎng)架滿(mǎn)載最大撓度為81 mm，舞臺(tái)頂網(wǎng)架滿(mǎn)載最大撓度為28 mm。經(jīng)計(jì)算鋼構(gòu)件強(qiáng)度應(yīng)力比不大于0.85。網(wǎng)架制作安裝時(shí)務(wù)必反向起拱，起拱值為L(zhǎng)/600，其中,L為短向跨度。圖2為池座頂網(wǎng)架剖面。

表1 檔案館、圖書(shū)館、博物館主要計(jì)算結(jié)果

5.2 中庭鋼桁架設(shè)計(jì)

中庭寬24.3 m，長(zhǎng)145.8 m，頂部為玻璃頂采光，兩端為玻璃幕墻，中間單元樓座間采用玻璃幕墻。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，玻璃幕墻頂采用三角空間桁架，24.3 m跨間采用平面鋼桁架，結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件采用MIDAS/GEN800。桁架主桿件包絡(luò)強(qiáng)度設(shè)計(jì)應(yīng)力比最大值0.80，不大于0.85；最大撓度值為29 mm，考慮起拱因素后，桁架最大撓度控制在1/400以下。圖3為中庭鋼桁架計(jì)算應(yīng)力圖。

5.3 劇場(chǎng)大堂鋼桁架設(shè)計(jì)

劇場(chǎng)主入口為4層通高大堂，入口處為跨度56.7 m的拉索網(wǎng)幕墻，檐口外挑10 m，鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖4所示。大堂頂為重屋面，采用空間鋼桁架，外挑部分依據(jù)建筑造型采用平面桁架，因入口拉鎖幕墻跨度較大，入口上部采用2.7 m×4.0 m的矩形空間桁架。設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮的荷載工況包括恒載、活載、風(fēng)載、溫度作用、水平及豎向地震作用等，計(jì)算軟件采用MIDAS/GEN800。桁架構(gòu)件強(qiáng)度包絡(luò)設(shè)計(jì)應(yīng)力比最大值0.82；最大撓度130 mm，考慮起拱因素后，桁架最大撓度控制在1/400以下。大堂矩形鋼桁架計(jì)算應(yīng)力如圖5所示。

6 結(jié)語(yǔ)

本工程為復(fù)雜空間的公共建筑，樓板開(kāi)大洞較多，且為平面不規(guī)則的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)合理調(diào)整建筑物內(nèi)部混凝土墻體的剛度及加強(qiáng)樓板厚度來(lái)解決結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，從而提高結(jié)構(gòu)抗震能力，使得結(jié)構(gòu)各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果都能夠滿(mǎn)足抗震規(guī)范要求。局部大跨空間鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采用MTS2012，MIDAS/GEN等軟件專(zhuān)門(mén)研究及細(xì)化計(jì)算對(duì)比分析，獲得準(zhǔn)確、安全、經(jīng)濟(jì)、合理的整體及局部設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果。

[1] GB 50011—2010，抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

Structural design of Baiyin cultural arts center

Zhang Weidong Huang Yuebin Xiao Xinwen Wang Jiexin

(The2ndBuildingDesignInstitute,BeijingBuildingDesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100045,China)

Combining with Baiyin cultural arts center project features, the paper introduces the project foundation and basic design methods, studies the project structure system, and mainly calculates and analyzes structural design techniques of roof grid, central hall truss, and major theater entrance truss and other components, so as to make the structural design meet economic, safe and scientific demands.

structure, unit, steel truss, design, calculation

2015-01-27

張衛(wèi)東(1977- )，男，碩士，工程師； 黃躍斌(1981- )，男，工程師； 肖信文(1979- )，男，工程師； 王皆欣(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)10-0040-03

TU318

A