某文體中心屋蓋結(jié)構(gòu)設(shè)計

林菲菲

（廣東省建筑設(shè)計研究院有限公司 廣州 510010）

0 引言

一般大型公共類建筑或地標(biāo)性建筑其造型都比較復(fù)雜，多數(shù)呈（橢）圓弧狀［1-2］，造型優(yōu)美，實際效果比較震撼［3-4］，但屋面標(biāo)高參差不一，同時給施工帶來諸多不便［5-6］；本文旨在對裙房屋蓋進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，對樓面板四個節(jié)點不共面等實際問題提出相應(yīng)的解決方案，為類似工程提供一定的設(shè)計及施工參考。

1 工程概況

廣東省梅州市某項目由綜合樓、裙房和體育館組成；裙房地下1層，地上2層，總高度約15 m，主體結(jié)構(gòu)體系為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)［7-8］，屋面為綠化種植屋面，屋面梁采用混凝土現(xiàn)澆的形式，屋面有6 處旋轉(zhuǎn)樓梯開洞，中間有剛結(jié)構(gòu)連廊相連，建筑效果如圖1所示。

圖1 建筑效果Fig.1 Building Renderings

建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，耐火等級為二級，結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為50 年，場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防類別為丙類，設(shè)防烈度為7度（0.1g），地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級，基本風(fēng)壓值為0.4 kN/m2，地面粗糙程度為B類，設(shè)計地震分組屬第一組，特征周期為0.35 s，人防工程的抗力等級為核六常六。

本工程設(shè)計的重點和難點在于復(fù)雜屋蓋結(jié)構(gòu)的建模與分析、如何解決屋蓋開洞井口對結(jié)構(gòu)的不利影響、曲面屋蓋節(jié)點標(biāo)高的確定、屋蓋結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點設(shè)計。本文主要針對曲型屋蓋整體關(guān)鍵節(jié)點進行設(shè)計與討論。

2 荷載與作用

工程荷載取值嚴(yán)格按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GB 50009—2012》［8］選取。結(jié)構(gòu)分析中考慮了結(jié)構(gòu)自重、屋面恒載、屋面活載、風(fēng)荷載、溫度作用和地震作用，主要荷載取值如下：

⑴屋面恒載：一般不超過15 kN/m2，恒載最大區(qū)域為22 kN/m2。

⑵屋面活載：種植屋面處活荷載不得大于5 kN/m2。

3 結(jié)構(gòu)選型

裙房屋蓋A 與C 兩部分均采用混凝土結(jié)構(gòu)，中部為中庭屋蓋且有鋼結(jié)構(gòu)連廊相連（B 部分），連廊板采用Ⅰ型熱鍍鋅鋼板。中庭屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)（C 部分），屋蓋結(jié)構(gòu)總體平面布置如圖2 所示，落地屋面坡度約為0.2～0.5，結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖2 屋蓋結(jié)構(gòu)平面布置Fig.2 Roof Structure Floor Plan

圖3 屋蓋結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Roof Structure Model

3.1 裙房屋蓋

本屋面板板厚取值為180 mm，局部受荷特殊處板厚取值為200 mm，樓板配筋采用φ10@100 mm 雙層雙向拉通，局部采用φ14@100 mm 雙層雙向拉通，板開洞處采用加強鋼筋處理，砌體直接置于板上時有鋼筋附加，為解決沉降差并減小溫度收縮對混凝土內(nèi)力的影響［9］，采用1 000 mm 寬的后澆帶進行分割澆筑，對屋蓋起坡位置相鄰跨的短柱，采用鋼管約束混凝土柱提高框架柱的抗震承載力，并對起坡位置進行帶落地剪力墻與不帶落地剪力墻包絡(luò)設(shè)計，屋蓋樓板配筋率按0.25%控制。

針對曲面形屋蓋結(jié)構(gòu)，屋面反梁節(jié)點標(biāo)高進行集中標(biāo)注，局部節(jié)點標(biāo)高如圖4所示；四邊形樓板的節(jié)點標(biāo)高不在同一個平面時，板統(tǒng)一做整體彎折處理且不可焊接，如圖5所示，折板的方向按以下原則：

圖4 節(jié)點標(biāo)高局部標(biāo)注Fig.4 Local Labeling of Node Elevation （mm）

圖5 樓板不共面處理Fig.5 Non-coplanar Treatment of Floor Slabs

⑴折線基本與等高線方向平行，即去掉最大值（如D2）；

⑵去掉最小值（如D3），中間值相連（D1連接D4）。

3.2 中庭網(wǎng)架

中庭網(wǎng)架屋蓋通過Rhino 模型，經(jīng)網(wǎng)格劃分后正面投影至平面，將節(jié)點標(biāo)高反提至模型中，得到各個節(jié)點標(biāo)高，桿件主要截面尺寸如表1所示。

表1 桿件截面尺寸Tab.1 Section Size of Rod

中庭網(wǎng)架如圖6 所示，局部網(wǎng)架節(jié)點編號如圖7所示，局部節(jié)點坐標(biāo)如表2所示。

表2 網(wǎng)架局部節(jié)點坐標(biāo)Tab.2 Local Node Coordinates of Grid

圖6 網(wǎng)架軸測Fig.6 Grid Axonometric

圖7 網(wǎng)架局部節(jié)點編號Fig.7 Local Node Elevation of Grid

3.3 連廊

兩處混凝土屋蓋由剛結(jié)構(gòu)連廊相連，樓層面板采用鍍鋅層厚度120 g/m2的樓承板，型號為YX-75-230-690Ⅰ型熱鍍鋅鋼板［10］，厚度為20 mm，端部支座凹肋處設(shè)置高度105 mm，直徑為φ16 mm 的栓釘與樓承板焊接在鋼梁上，連廊結(jié)構(gòu)平面布置如圖8所示；鋼梁之間的連接為鉸接，尺寸如表3所示。

表3 連廊截面尺寸Tab.3 Corridor Section Size

支座形式采用滑動支座（支座1）與限位支座（支座2）隔一布一排列，如圖8所示。

圖8 連廊結(jié)構(gòu)平面布置Fig.8 Layout Plan of the Corridor Structure

4 節(jié)點設(shè)計

滑動牛腿支座節(jié)點與限位支座節(jié)點的預(yù)埋板均采 用-500 mm×500 mm×25 mm 的 埋 件，錨 筋 采 用10φ22 且端部設(shè)有-80 mm×80 mm×20 mm 的錨板，埋設(shè)-75 mm×150 mm×15 mm 的槽鋼抗剪鍵，滑動支座上部設(shè)有-410 mm×500 mm×20 mm 的墊板與鋼梁單側(cè)焊接，折板采取彎折不焊接的方式，彎折板與混凝土壓型鋼板中間由鋼桁架相連，相關(guān)支座形式與埋件如圖9、圖10所示。

圖9 滑動端牛腿節(jié)點Fig.9 Sliding End Corbel Node （mm）

圖10 限位端牛腿節(jié)點Fig.10 Limit End Corbel Joint （mm）

5 結(jié)語

⑴本會展中心采用鋼筋混凝土框架加中庭鋼結(jié)構(gòu)桁架屋面體系，并由連廊相連，滿足建筑大跨度空間的要求，鋼結(jié)構(gòu)桿件外露，線條分明，各結(jié)構(gòu)桿件過渡平滑，達到了建筑結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合。

⑵通過對不共面四邊形折板的優(yōu)化處理，有效地解決了四點標(biāo)高不統(tǒng)一的問題，有效保證了屋面主桁架的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)方案合理，安全可靠。

⑶針對支撐桁架的框架柱，進行抗震性能化設(shè)計并采取加強措施，框架柱頂做預(yù)埋件，通過抗震球形鉸支座與桁架下弦連接，保證傳力明確，安全可靠。