某下回上凹交通樞紐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

陳進(jìn)于，區(qū) 彤，楊 新

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣州 510010）

1 工程概況

某火車站站前綜合體交通換乘樞紐（見(jiàn)圖1）地下主要為1 層地下室，局部含2 層地下室，2 層地下室設(shè)地下連接通道穿過(guò)站前大道與未來(lái)發(fā)展的地下市政設(shè)施連接。地上建筑的北面為4 層混凝土框架結(jié)構(gòu)，層高分別為6.25 m、5.00 m、5.00 m 和4.00 m，屋面頂標(biāo)高20.25 m；南側(cè)為2層框架混凝土結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖2），層高分別為6.25 m和5.00 m，屋面頂標(biāo)高10.25 m。整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的下回上凹造型（見(jiàn)圖3），下部混凝土結(jié)構(gòu)南北樓通過(guò)連廊連接呈回字形平面，上部屋蓋呈明顯內(nèi)凹平面?；炷廖萆w上方含大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋（單層網(wǎng)殼）連接南北混凝土框架，鋼屋面最高處標(biāo)高24.00 m。混凝土結(jié)構(gòu)和鋼屋蓋內(nèi)部均不設(shè)結(jié)構(gòu)縫。

圖1 交通樞紐實(shí)拍Fig.1 Actual Picture of Transportation Hub

圖2 交通換乘樞紐結(jié)構(gòu)單體布置和分縫示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Single Structure Layout and Joint of Traffic Transfer Hub

圖3 交通換乘樞紐下回上凹結(jié)構(gòu)模型Fig.3 The Structure Model of Downward and Upward Concave of Transportation Transfer Hub

2 結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2.1 主要計(jì)算參數(shù)

本工程設(shè)計(jì)使用年限和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期均為50 年；抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類）；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)安全等級(jí)均為二級(jí)?？拐鹪O(shè)防烈度為7 度（0.10g）［1］，第一組，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，抗震措施均按8度考慮；框架結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)，鋼結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)；地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)；耐火等級(jí)為一級(jí)，屋面防水等級(jí)為一級(jí)。

2.2 豎向荷載

本工程金屬屋面恒載取0.8 kN/m2，不上人屋面活荷載取0.5 kN/m2；局部室內(nèi)部分吊頂荷載取0.5 kN/m2。下部樓層按實(shí)際功能和荷載規(guī)范取值。

2.3 風(fēng)荷載

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ 15—101—2014》，主體結(jié)構(gòu)承載力按100 年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓0.60 kPa 進(jìn)行設(shè)計(jì)（風(fēng)敏感建筑），變形驗(yàn)算按50年重現(xiàn)期基本風(fēng)壓0.50 kPa。根據(jù)委托單位提供正式的風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告（見(jiàn)圖4），屋面最大等效風(fēng)壓為-2.56 kPa（南側(cè)屋面檐口區(qū)域），墻面最大的等效風(fēng)壓為+0.52 kPa（檐口和西側(cè)幕墻交界處）。檐口位置風(fēng)洞結(jié)果略大于規(guī)范計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)階段根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告并結(jié)合規(guī)范取值，對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)［2］。

圖4 屋面負(fù)風(fēng)壓風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Wind Tunnel Test Results of Roof Negative Wind Pressure

2.4 變形控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：JGJ 7—2010》［3］3.5.1 條和《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》附錄B.2.4 條的相關(guān)規(guī)定，本工程屋蓋撓跨比限值為L(zhǎng)/250；根據(jù)文獻(xiàn)［1］第5.5.1條的規(guī)定，結(jié)構(gòu)單體在多遇地震及風(fēng)荷載作用下樓層的彈性層間位移角如表1所示。

表1 層間彈性最大位移與層高之比控制（△ue/h）Tab.1 Ratio Control of Maximum Elastic Displacement between Floors to Floor Height（△ue/h）

2.5 結(jié)構(gòu)分析軟件及阻尼比

混凝土部分采用PKPM/SATWE 軟件設(shè)計(jì)分析，鋼結(jié)構(gòu)部分采用MIDAS/Gen 進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)。由于下部混凝土結(jié)構(gòu)與屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比不同，混凝土構(gòu)件阻尼比取0.050，鋼構(gòu)件取0.020，整體結(jié)構(gòu)綜合阻尼比取0.035。

3 工程地質(zhì)條件及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)本工程的《詳勘報(bào)告》，場(chǎng)地淤泥分布廣泛，層厚較厚，且溶洞見(jiàn)洞率56%。針對(duì)本場(chǎng)地地質(zhì)特點(diǎn)，工程中常用的鉆（沖）孔灌注樁和高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁（PHC 樁）均適用于本工程［4］。從純技術(shù)角度選用鉆（沖）孔灌注樁對(duì)地層適宜性強(qiáng)，但施工期長(zhǎng)，溶洞率較高施工質(zhì)量相對(duì)難于控制［5］。從經(jīng)濟(jì)性及施工速度的角度來(lái)看，PHC 管樁具有施工便捷，質(zhì)量易于保證等優(yōu)越性，并同樣適用于本場(chǎng)地。

綜合考慮造價(jià)、工期及可實(shí)施性，在保證結(jié)構(gòu)安全、可靠性的前提下，對(duì)于單柱軸力較大的柱下和2層地下室部位，建議采用灌注樁方案；對(duì)于單柱軸力較小的柱下建議采用管樁方案。地下室抗浮采用抗拔樁和結(jié)構(gòu)自重抗浮。

場(chǎng)區(qū)地表有厚度較大的松軟土層——人工填土、淤泥、粉質(zhì)粘土、粉土、淤泥質(zhì)土，其中淤泥、淤泥質(zhì)土可產(chǎn)生沉陷，并造成地面不均勻沉降。對(duì)于建筑物范圍內(nèi)，首層采用結(jié)構(gòu)板，防止地面的不均勻沉降。

4 結(jié)構(gòu)體系

4.1 下部結(jié)構(gòu)支撐體系和屋蓋支座布置

下部混凝土結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)體系，結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件為框架柱，以提供結(jié)構(gòu)的抗側(cè)及抗扭剛度。混凝土柱強(qiáng)度等級(jí)C30～C45，典型框架柱截面D800，D1 000，D1 200。

屋面為大跨度單層網(wǎng)殼，大部分支座通過(guò)球型支座與混凝土柱柱頂連接，局部采用梭形截面V 支撐，南側(cè)通過(guò)巨型花籃落地。西側(cè)懸掛單層鋁板幕墻，該側(cè)幕墻風(fēng)荷載由樓面結(jié)構(gòu)和屋面共同承擔(dān)，豎向荷載由屋面承擔(dān)。

本結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)存在斜混凝土柱，且北樓和南樓局部混凝土樓面距離鋼屋蓋間距較小，屋蓋相對(duì)剛度過(guò)剛，溫度應(yīng)力對(duì)鋼屋蓋作用效應(yīng)明顯。故在局部支撐屋蓋柱較短位置設(shè)置雙向滑動(dòng)支座，釋放溫度應(yīng)力（見(jiàn)圖5）。同時(shí)為抵消因斜柱現(xiàn)場(chǎng)施工誤差對(duì)屋面結(jié)構(gòu)的影響，局部斜柱柱頂設(shè)置可糾偏球形鉸支座，盡量消除施工影響，確保屋蓋能夠精確就位。

圖5 下部豎向支撐體系及屋蓋支座布置Fig.5 Layout of Lower Vertical Support System and Roof Support

4.2 典型樓蓋布置

負(fù)2 層和負(fù)1 層底板均采用無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，混凝土強(qiáng)度為C30，厚度分別為800 mm 和500 mm。首層無(wú)上部結(jié)構(gòu)廣場(chǎng)范圍內(nèi)考慮2.0～2.5 m 的覆土，頂板采用無(wú)梁樓蓋結(jié)構(gòu)，樓蓋主要厚度500 mm；柱帽采用臺(tái)階式，部分采用加腋大板結(jié)構(gòu)，建筑物范圍的地下室頂板要采用肋梁樓蓋，板厚為250 mm。

上部混凝土結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆梁板結(jié)構(gòu)，典型板厚為120 mm，對(duì)于如南北樓連接通道等結(jié)構(gòu)薄弱部位，樓板厚度加厚至150 mm，加強(qiáng)配筋來(lái)抵抗樓層變形不均時(shí)的應(yīng)力差引起的開裂。

4.3 屋蓋鋼結(jié)構(gòu)體系

為契合交通樞紐建筑方案“山之起伏，水之漣漪”設(shè)計(jì)主題，呼應(yīng)城市獨(dú)有的山水格局，本工程鋼結(jié)構(gòu)基本外漏可見(jiàn)，對(duì)結(jié)構(gòu)方案的擬定提出較多美觀要求。根據(jù)與建筑的配合共同，屋蓋鋼結(jié)構(gòu)隨形鑄構(gòu)采用單層網(wǎng)殼形式，既充分展現(xiàn)了建筑的起伏漣漪，又采用標(biāo)準(zhǔn)三向空間網(wǎng)殼，結(jié)構(gòu)總厚度盡量輕薄，貼切建筑的美觀輕巧需求。

屋蓋分為南樓屋蓋和北樓屋蓋，標(biāo)準(zhǔn)支撐柱網(wǎng)為18 m×18 m，屋蓋網(wǎng)格標(biāo)準(zhǔn)支撐為4.5 m×4.5 m，采用兩向正交+單向斜角混合形式網(wǎng)格。整體屋蓋平面呈不規(guī)則凹口形，南北樓屋蓋通過(guò)左側(cè)27 m寬單層網(wǎng)殼連接（見(jiàn)圖6、圖7）。單層網(wǎng)殼最大跨度52 m，出現(xiàn)在花籃支撐與主體結(jié)構(gòu)之間。最大懸挑長(zhǎng)度11.5 m，出現(xiàn)在南樓東北角。網(wǎng)殼鋼梁采用焊接工字鋼，標(biāo)準(zhǔn)跨度梁高為600 mm，支座處按變截面梁設(shè)計(jì)，根部梁高為900～1 100 mm。V 支撐采用梭形截面，端部直徑為500 mm，中部尺寸為800 mm。

圖6 整體結(jié)構(gòu)俯視Fig.6 Top View of the Overall Structure

圖7 結(jié)構(gòu)整體立面Fig.7 Overall Elevation of Structure

5 結(jié)構(gòu)分析

5.1 計(jì)算軟件和計(jì)算模型

計(jì)算模型嵌固端取首層樓面，考慮了雙向地震作用及平扭耦聯(lián)計(jì)算結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，保證振型數(shù)使振型參與質(zhì)量不小于總質(zhì)量的90%。交通樞紐涉及大跨度鋼屋面，計(jì)算分析采用了YJK 和MIDAS Gen 兩套有限元分析軟件進(jìn)行對(duì)比分析。由于下部混凝土結(jié)構(gòu)與屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的阻尼比不同，混凝土構(gòu)件阻尼比取0.050，鋼構(gòu)件取0.020。參考相關(guān)工程，在整體結(jié)構(gòu)彈性分析中，結(jié)構(gòu)阻尼比取為0.035。

5.2 結(jié)構(gòu)振型

由于鋼結(jié)構(gòu)屋蓋較輕，振型較為密集，采用多重RITZ 向量特征值分析法進(jìn)行多遇地震反應(yīng)譜分析，X向振型數(shù)和Y向振型數(shù)為30個(gè)，Z向振型數(shù)為150個(gè)，一共210 個(gè)振型，使得各方向振型累計(jì)參與質(zhì)量均達(dá)到90%以上。計(jì)算結(jié)果顯示，第一周期振型為0.762 s（見(jiàn)圖8），呈水平振動(dòng)，整體結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)抗側(cè)剛度。

圖8 整體結(jié)構(gòu)振型模態(tài)Fig.8 Mode Shapes and Modes of the Whole Structure

5.3 豎向變形計(jì)算結(jié)果

鋼屋蓋存在水平長(zhǎng)懸挑結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)，需要考慮豎向地震作用。經(jīng)分析得出，各單體豎向地震不起控制作用。屋蓋最大跨度為52 m。恒載+活載標(biāo)準(zhǔn)組合下，最大撓度為127 mm，撓跨比為1/409，滿足撓跨比小于1/250 的要求；恒載+風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)組合下，最大撓度為65 mm，對(duì)應(yīng)位置懸挑長(zhǎng)度為11.5 m，撓跨比為1/177，滿足撓跨比小于1/125的要求。

5.4 樓蓋和屋蓋溫度應(yīng)力分析

本工程南樓和北樓通過(guò)2 層狹長(zhǎng)走廊進(jìn)行連接，南北向總長(zhǎng)度為168 m，結(jié)構(gòu)未分縫。有必要對(duì)樓面進(jìn)行溫度應(yīng)力分析，進(jìn)行必要加強(qiáng)。根據(jù)樓板應(yīng)力分析結(jié)果，單工況溫度（降溫15℃）作用下，樓板大部分未超過(guò)C30 混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.01 MPa。2 層連廊部位和局部靠近墻柱的部位、開孔角部和斜板平板交接位置抗拉應(yīng)力較大，最大為3.26 MPa（見(jiàn)圖9）。施工圖設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該部分樓板加厚至150 mm，雙層雙向設(shè)置φ12@200 mm 的溫度鋼筋，以提高樓板的抗裂性能［6］。

圖9 2層樓板溫度（降溫15 ℃）主應(yīng)力云圖Fig.9 Cloud Diagram of Principal Stress of 2F Floor Temperature（Cooling 15 ℃）

本工程鋼屋蓋長(zhǎng)度較長(zhǎng)，對(duì)溫度作用具有一定的敏感性。本工程中半室外屋蓋溫度作用按±30 ℃考慮。由計(jì)算溫度應(yīng)力可發(fā)現(xiàn)，溫度單工況引起的應(yīng)力最大為112 MPa（見(jiàn)圖10），所占比重相對(duì)較大。溫度所引起內(nèi)力較大部分主要出現(xiàn)在邊部和角部位置、南北屋面連接殼體縱向主梁位置，屋蓋拱的作用效應(yīng)較為明顯。

圖10 鋼屋蓋降溫30 ℃工況作用下的構(gòu)件應(yīng)力Fig.10 Stress Diagram of Components Under 30 ℃Cooling Condition of Steel Roof

5.5 屋面穩(wěn)定性分析

屈曲分析有助于發(fā)現(xiàn)屈曲對(duì)結(jié)構(gòu)尤其是構(gòu)件的影響。采用特征值屈曲分析得到各屈曲模態(tài)的荷載系數(shù)以及對(duì)應(yīng)的屈曲形態(tài)，查看結(jié)構(gòu)構(gòu)件的薄弱部位［7］。在恒載+活荷載和恒載+負(fù)風(fēng)壓作用下線性屈曲分析模態(tài)如圖11、圖12所示，最小穩(wěn)定系數(shù)K=21.7，遠(yuǎn)大于文獻(xiàn)［3］限值4.2，結(jié)構(gòu)具有足夠安全極限儲(chǔ)備。

圖11 考慮恒載+活載的第一階屈曲模態(tài)（K=21.7）Fig.11 First Order Buckling Mode Considering Dead Load + Live Load（K=21.7）

圖12 考慮恒載+負(fù)風(fēng)壓的第一階屈曲模態(tài)（K=40.8）Fig.12 First Order Buckling Mode Considering Dead Load + Negative Wind Pressure（K=40.8）

5.6 鋼屋蓋應(yīng)力比

在小震作用下，鋼屋蓋構(gòu)件最大應(yīng)力比為0.91，絕大部分應(yīng)力比在0.80以內(nèi)，各桿件最大應(yīng)力比均小于0.95，構(gòu)件承載力驗(yàn)算滿足要求。支撐鋼屋蓋鋼柱最大應(yīng)力比為0.42，各桿件最大應(yīng)力比均小于0.85，構(gòu)件承載力驗(yàn)算滿足要求。

根據(jù)抗震性能目標(biāo)要求，鋼屋蓋臨支座構(gòu)件以及懸挑支承構(gòu)件需滿足中震彈性及大震不屈服的要求，中震和大震計(jì)算不考慮風(fēng)荷載和溫度荷載。中震彈性及大震不屈服作用下屋面構(gòu)件最大應(yīng)力比分別為0.88、0.98，大部分構(gòu)件應(yīng)力比在0.90 以下，滿足抗震性能目標(biāo)要求，中震彈性及大震不屈服作用下支撐屋面鋼柱最大應(yīng)力比分別為0.35、0.37，滿足抗震性能目標(biāo)要求。

6 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和分析

6.1 地下室八角形柱帽

根據(jù)建筑效果需求和機(jī)電使用需求，本工程地下室設(shè)置異形八角柱柱帽（見(jiàn)圖13），在保證柱帽核心區(qū)尺寸和受力的情況下，外掛八角形造型，突出建筑效果。且外掛造型與頂板形成凹槽，方便燈飾安裝和隱藏，形成獨(dú)特地下室燈光效果。

圖13 地下室八角形柱帽Fig.13 Octagonal Column Cap of Basement

6.2 斜柱柱頂糾偏支座

對(duì)于一般球型支座，在大跨建筑結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，由于施工誤差累積，可能導(dǎo)致柱子與屋蓋等的連接位置不滿足設(shè)計(jì)要求，支座定位和屋蓋鋼結(jié)構(gòu)定位有誤差，從而影響支座的傳力。本工程在部分斜柱柱頂采用的一種新型誤差糾偏抗拉球型支座（見(jiàn)圖14）采用下支座板和上支座板偏心設(shè)置，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)下支座板來(lái)調(diào)節(jié)，通過(guò)平面滑板和球面滑板可以實(shí)現(xiàn)支座的水平滑動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)特殊設(shè)計(jì)使球型支座具有較強(qiáng)抗拉能力；利用上下支座的偏心而通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)下支座來(lái)調(diào)節(jié)上支座板的位置，從而可以對(duì)施工中造成的誤差可以進(jìn)行糾偏，使得安裝后的球型支座的傳力更加符合計(jì)算模型；此外，在施工過(guò)程中此操作簡(jiǎn)單有效，實(shí)用性強(qiáng)，適于廣泛推廣和適用。

圖14 糾偏抗拉支座剖面Fig.14 Profile of Deviation Correction Tensile Support

本支座設(shè)計(jì)文件提出最大±100 mm 的水平可糾偏距離，且提出相應(yīng)的拉壓剪承載力需求，壓力設(shè)計(jì)值為6 000 kN，拉力設(shè)計(jì)值為1 000 kN，剪力設(shè)計(jì)值為3 000 kN。針對(duì)該支座節(jié)點(diǎn)，在最大偏心量100 mm 的情況下，進(jìn)行了相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)有限元分析和支座力學(xué)試驗(yàn)。根據(jù)有限元分析，上支座板最大應(yīng)142 MPa，出現(xiàn)在拉剪工況；下支座板最大應(yīng)力192 MPa，出現(xiàn)在壓剪工況（見(jiàn)圖15）。各部件均未超過(guò)支座所用材料的屈服強(qiáng)度235 MPa，構(gòu)件強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。支座整體最大位移為0.485 mm，滿足設(shè)計(jì)要求。

圖15 糾偏支座上下支座板應(yīng)力分布云圖Fig.15 Cloud Diagram of Stress Distribution of Upper and Lower Support Plates of Deviation Correction Support

通過(guò)對(duì)支座抗壓、抗拉、轉(zhuǎn)動(dòng)能力（壓轉(zhuǎn)和拉轉(zhuǎn)）以及水平承載能力（壓剪和拉剪）的力學(xué)性能試驗(yàn)，受測(cè)支座的變形曲線（見(jiàn)圖16）正常，關(guān)鍵部位的最大應(yīng)力均未超過(guò)所用材料的屈服強(qiáng)度，試驗(yàn)后上下支座板焊縫及主要受力部位未發(fā)現(xiàn)破壞現(xiàn)象，滑動(dòng)材料未見(jiàn)擠出，支座球環(huán)及齒板無(wú)明顯塑性變形，支座轉(zhuǎn)動(dòng)能力正常，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩均小于支座設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩限值。各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求以及《橋梁球形支座：GB/T 17955—2009》［8］要求。

圖16 支座試驗(yàn)壓剪和拉剪水平變形曲線Fig.16 Horizontal Deformation Curves of Compression Shear and Tension Shear in Bearing Test

6.3 網(wǎng)殼連接節(jié)點(diǎn)

對(duì)于單層網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，屋蓋節(jié)點(diǎn)之間連接均為剛接連接，且鋼屋蓋構(gòu)件連接均為現(xiàn)場(chǎng)地面或者高空連接，除應(yīng)首先考慮受力因素外，如何減小現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差和易于焊接也是節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)該重點(diǎn)考慮的。本工程屋蓋網(wǎng)殼三向網(wǎng)格平面角度基本上能夠相應(yīng)確定，但由于屋面起伏，在高度方向上存在一定的安裝角度和誤差。本工程網(wǎng)殼節(jié)點(diǎn)采用加肋圓管作為各向殼體構(gòu)件的連接部位，各向構(gòu)件與圓管連接位置采用統(tǒng)一的剖口弧度，利于工廠提前加工（見(jiàn)圖17）。圓管上下設(shè)置八角形封板保證建筑效果，封板與鋼梁之間預(yù)留50 mm的安裝縫隙方便現(xiàn)場(chǎng)糾偏，也可利用該空間做燈飾，突出外露鋼結(jié)構(gòu)的整體夜景效果。

圖17 單層網(wǎng)殼連接節(jié)點(diǎn)Fig.17 Single Layer Reticulated Shell Connection Node

7 大震彈塑性分析

針對(duì)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)的明顯下回上凹不規(guī)則平面，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震彈塑性分析，考察關(guān)鍵構(gòu)件例如屋蓋支撐柱、南北樓連廊樓板和屋蓋鋼結(jié)構(gòu)在大震下的受力性能，針對(duì)受力薄弱部位進(jìn)行有針對(duì)性的加強(qiáng)。彈塑性計(jì)算軟件采用高性能結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性計(jì)算軟件SAUSAGE［9］。鋼材的非線性材料模型采用雙線性隨動(dòng)硬化模型，二維混凝土本構(gòu)模型采用彈塑性損傷模型，該模型能夠考慮混凝土材料拉壓強(qiáng)度差異、剛度及強(qiáng)度退化以及拉壓循環(huán)裂縫閉合呈現(xiàn)的剛度恢復(fù)等性質(zhì)。選用3 組地震波（2 組天然波和1 組人工波）進(jìn)行分析，每組地震動(dòng)均按水平雙向地面加速度時(shí)程的方式施加到模型。地震動(dòng)水平雙向輸入時(shí)，主次方向分別按100%和85%的幅值施加。

在考慮重力二階效應(yīng)及大變形的條件下，在罕遇地震下的層間位移角均小于1/50 的限值，滿足“大震不倒”抗震設(shè)防要求。大震作用下結(jié)構(gòu)對(duì)地震能量的耗散分配情況如圖18所示（選取層間最大位移角最大的地震波，余同）。輸入結(jié)構(gòu)的地震能量一部分通過(guò)動(dòng)能和應(yīng)變能形式轉(zhuǎn)換輸出，一部分由結(jié)構(gòu)自身消耗包括阻尼耗能和塑性耗能。當(dāng)結(jié)構(gòu)仍處于彈性狀態(tài)時(shí)，能量輸出主要由動(dòng)能、應(yīng)變能和阻尼耗能組成。

圖18 天然波——Y方向能量分布Fig.18 Energy Distribution of Natural Wave——Y Direction

使用3 組地震波的包絡(luò)來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷展示，可以看出屋蓋鋼構(gòu)件基本沒(méi)有破壞［10］（見(jiàn)圖19），具有較好的延性性能。下部支撐屋蓋柱部分出現(xiàn)較多中度和重度損壞，對(duì)支撐屋蓋柱采用中震設(shè)計(jì)加強(qiáng)配筋。南北樓連接樓板出現(xiàn)較多輕度損壞，如圖20 所示，對(duì)該部分樓板進(jìn)行樓板加厚以及面筋加強(qiáng)。

圖19 結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件損傷情況Fig.19 Damage of Overall Structural Members

圖20 2層樓板損傷情況Fig.20 Damage of Second Floor Slab

8 結(jié)語(yǔ)

本文介紹一種特殊的下回上凹形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析情況。根據(jù)其結(jié)構(gòu)受力特性通過(guò)模態(tài)分析、彈性分析、溫度分析和穩(wěn)定分析等技術(shù)手段滿足結(jié)構(gòu)受力要求。重點(diǎn)針對(duì)建筑效果和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際受力需求采用八角形柱帽、糾偏支座和網(wǎng)殼連接節(jié)點(diǎn)等特殊節(jié)點(diǎn)，并采取有限元分析和試驗(yàn)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)安全可靠性。針對(duì)下回上凹的不規(guī)則結(jié)構(gòu)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行大震彈塑性分析，重點(diǎn)考察關(guān)鍵構(gòu)件例如屋蓋支撐柱、南北樓連廊樓板和屋蓋鋼結(jié)構(gòu)在大震下的受力性能和損傷情況，針對(duì)受力薄弱部位進(jìn)行配筋和構(gòu)件加強(qiáng)。計(jì)算分析結(jié)果驗(yàn)證了下回上凹結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。