某文體中心南區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計

李 志 鵬

(中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司，北京 100120)

1 工程概況

本項目建筑面積66 465 m2，地上5層，地上1層～3層層高為6 m，地上4層、5層層高為4.5 m，主要建筑功能為區(qū)級劇院、圖書館、文化館、體育文化教學等。地下3層，地下1層層高6 m，為全民健身中心、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)展示中心、設(shè)備用房等；地下2層和3層層高4.5 m，主要為停車庫、庫房等。南區(qū)最高點為32 m。出屋面有一層斜裝飾架層，高度為30 m～32 m。建筑物寬度為50 m～98 m，總長度約126 m。本工程基本柱網(wǎng)為8.7 m×9.0 m，8.7 m×12.0 m，觀眾廳柱網(wǎng)為26.6 m×27.7 m，主舞臺柱網(wǎng)為23.2 m×30.8 m，南北區(qū)連接部位跨度為24.5 m×62 m，建筑剖面見圖1,圖2。

2 設(shè)計依據(jù)

結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50年，地震基本烈度值為8度，0.2g，αmax=0.16，地震分組為第二組，場地類別Ⅱ類，特征周期Tg=0.40 s?；撅L壓值為0.45 kN/m2，地面粗糙度為B類，基本雪壓值為0.45 kN/m2。

3 結(jié)構(gòu)選型及設(shè)計

3.1 結(jié)構(gòu)選型

由于劇院結(jié)構(gòu)不規(guī)則，質(zhì)量分布集中，使結(jié)構(gòu)質(zhì)心與剛心不重合且偏心較大，在地震作用下給結(jié)構(gòu)帶來了很大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，并且為了滿足劇院的特殊功能，結(jié)構(gòu)平面開大洞很多，不利于地震作用下水平力的傳遞，連接部位薄弱，造成洞口附近構(gòu)件應(yīng)力集中。因此本工程采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，利用樓梯間及電梯廳在結(jié)構(gòu)周邊設(shè)置剪力墻，并且在劇院大洞口周邊設(shè)置剪力墻，以此來解決結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)以及樓板不連續(xù)水平力傳遞的問題。結(jié)構(gòu)1層～3層布置見圖3～圖5。

3.2 結(jié)構(gòu)嵌固部位選取

正常情況下應(yīng)選取地下1層頂板標高為嵌固層，但由于結(jié)構(gòu)東西兩側(cè)局部存在下沉庭院及通道，1層頂板無法起到完全嵌固的作用，所以選取地下2層頂板作為結(jié)構(gòu)計算的嵌固層，同時考慮地下1層頂板也有部分嵌固的作用，設(shè)計時同樣遵照規(guī)范對于嵌固層的要求進行設(shè)計，保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性。

3.3 樓蓋、屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

樓蓋主要采用混凝土主次梁樓蓋形式，由于劇院的特殊平面要求，觀眾廳、舞臺、側(cè)臺頂均為大跨度屋蓋，結(jié)構(gòu)采用單向鋼梁+鋼筋桁架樓板的設(shè)計方案。由于劇院的特殊性，劇院舞臺頂屋蓋需考慮較大的吊掛荷載，包括柵頂、滑輪層、面光橋、馬道等等，綜合考慮活荷載取10 kN/m2。鋼梁計算考慮組合樓板的作用，應(yīng)力比均控制在0.8以下，撓度變形也滿足規(guī)范要求。

4 抗震計算分析及設(shè)計

4.1 抗震等級的確定

本工程為重點設(shè)防類(乙類)，根據(jù)規(guī)范要求，乙類建筑應(yīng)按提高1度確定抗震等級，所以剪力墻、框架抗震等級設(shè)定為一級。

4.2 計算結(jié)果分析

采用SATWE軟件對結(jié)構(gòu)進行多遇地震下的結(jié)構(gòu)整體計算，分析結(jié)果如下：

1)振型分析。

表1列出了前三個主要振型的結(jié)果，其中前兩個振型均以平動為主，第三個振型出現(xiàn)了較大的扭轉(zhuǎn)，且第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期之比小于0.9，說明結(jié)構(gòu)具有較好的抗扭剛度。結(jié)構(gòu)前3階周期及振型見圖6。

2)地震反應(yīng)譜響應(yīng)結(jié)果見表2。

表2 地震反應(yīng)譜響應(yīng)結(jié)果

根據(jù)表2的統(tǒng)計結(jié)果，結(jié)構(gòu)主要參數(shù)均符合規(guī)范要求混凝土結(jié)構(gòu)強度、剛度設(shè)計滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)剛度合理。

4.3 結(jié)構(gòu)不規(guī)則項統(tǒng)計

結(jié)構(gòu)不規(guī)則項見表3。

表3 結(jié)構(gòu)不規(guī)則項

本項目不屬于超限結(jié)構(gòu)。

4.4 結(jié)構(gòu)不規(guī)則項采取的措施

4.4.1弱連接部位設(shè)計

舞臺等大洞口周邊的范圍屬于薄弱部位，在地震力的作用下容易產(chǎn)生樓板的應(yīng)力集中，所以對于薄弱部位的樓板進行特殊設(shè)計，樓板厚度加厚至150 mm，并配置上下鋼筋網(wǎng)來增加樓板的承載能力。同時洞口周邊邊梁加強抗扭措施，增大抗扭鋼筋。

4.4.2斜柱設(shè)計

建筑東、西兩側(cè)立面為隨高度增加逐漸外傾的效果，結(jié)構(gòu)在東、西兩側(cè)設(shè)置圓形斜框架柱。斜框架柱隨建筑立面外傾角度均不相同，最小為2°，最大為43°。由于斜柱的軸力會在水平方向產(chǎn)生分力，并隨斜度的增加而增大，此水平分力主要由與斜柱相連的樓層框架梁承擔。因此對于框架梁受拉的情況進行單獨復(fù)核，將上部鋼筋設(shè)置為通長鋼筋，加大腰筋以滿足梁所承受的拉力。對于連接斜柱與斜柱之間的框架梁梁柱節(jié)點進行放樣設(shè)計，以滿足規(guī)范要求的框架梁內(nèi)貫通中柱的每根縱向鋼筋直徑不大于所在位置柱弦長的1/20。節(jié)點示意圖見圖7。

5 結(jié)語

1)本工程的整體抗震計算結(jié)果，均滿足現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范的要求，具有足夠的承載力、剛度等性能。

2)由于劇院給結(jié)構(gòu)帶來較大的偏心距，可以通過采用框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，在合適的位置設(shè)置剪力墻，來增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。同樣也能解決大洞口帶來的水平地震力傳遞的問題。

3)斜柱的設(shè)計要充分考慮斜度帶來的水平分力，對于與之相連的框架梁的影響，可以通過增加通長鋼筋來承擔拉力。

參考文獻:

[1] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 楊旭晨,朱善東,黃建林.寧夏大劇院結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].建筑結(jié)構(gòu)，2013,43(18):8-13.