空曠結構設計初探

摘要 初步探討空曠結構的一些特點，結構體系的選型，加強結構的構造措施以及整體分析的方法等。

關鍵詞 空曠結構 構造措施 整體分析

劇場、報告廳、宴會廳之類的建筑由于功能上的需要，往往會造成結構布置的不合理，不規則。譬如結構內部空曠，樓板缺失很多，被開洞分開的各部分構件連接較弱，存在錯層、大跨結構等情況，與普通結構相比在設計過程中有一些需要注意的問題，本文就此類建筑的結構設計做一些初步的探討。

1. 結構體系選擇與布置

大連海事大學大學生活動中心及大連普灣新區政府辦公樓報告廳部分都屬于這種內部空曠的結構，根據此類結構的特點，結構體系一般要選擇現澆鋼筋混凝土框架結構。其特點是柱網布置靈活，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，但橫向側移剛度較小，如果不能滿足相關規范要求（此類建筑側移剛度宜較規范要求有一定富余），可以通過增設混凝土剪力墻來提高側移剛度，改善結構抗震性能。剪力墻宜布置在上下貫通的大空間周圍及樓梯間處，同時要注意結構平面剛度的均勻性，控制質量中心與剛度中心的偏心，減少地震作用下的扭轉效應，形成空間剛度相對均勻的結構體。

2. 結構的構造措施

對薄弱的部位應采取一些加強的構造措施以保證結構的整體性。例如在大空間周邊設置一圈截面較大的框架柱，通過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構，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加大板厚、配筋率，并采用雙層雙向配筋，保證樓層平面內剛度及連接強度，以提高樓板傳遞水平地震力的能力；結構各層樓面邊梁、錯層邊梁均適當加強，角柱及錯層處的框架柱也要加大截面和配筋，而且箍筋要全高加密。舞臺臺口大梁可根據工藝設備及結構本身需要采用數根梁的做法，盡量避免出現對抗震不利的短柱、短墻。經過這樣的處理，結構整體計算的指標就會更加理想。但由于此類結構較為復雜，即使計算結果滿足規范相關的要求，也不能保證結構的整體性能良好，而且實際地震情況也很復雜，這種僅在計算中滿足規范要求的結構是脆弱的，所以此類結構應注重概念設計。

3. 結構分析

無論采用剛性板假定還是彈性膜假定，都不夠準確，因此還應注重研究各個振型，通過分析整體扭轉振型以及豎向構件的絕對層間位移來從概念上宏觀把握。如果框架結構控制位移效果不理想，就要通過合理布置剪力墻增強剛度，減小位移，但剪力墻不宜布置太多，避免剛度過大。對于此類少量剪力墻的框架—剪力墻結構中的框架部分，建議按純框架結構和框架—剪力墻結構分別計算，包絡設計。

另外此類結構的屋面一般會采用鋼結構，鉸支于混凝土柱上。在用軟件計算過程中，如果將鋼結構完全按照實際情況建立到模型中，由于結構復雜，節點數多，計算效率會很低，為了進行整體控制，可以將鋼結構等代為實腹鋼梁，以簡化結構輸入，提高計算效率。如果上述這種方法計算結果不理想，振型分布較為雜亂，缺乏規律性，前幾階振型均集中在鋼結構屋面的局部振動，考慮到鋼結構的剛度及質量遠小于下部混凝土結構，可認為頂部鋼結構對主體混凝土結構抗震性能和受力情況影響很小，因此在整體分析時也可以不輸入鋼結構部分，單獨計算鋼結構部分，僅將其對主體的作用作為豎向荷載輸入到混凝土模型中，這樣得到的計算結構也是可取的。

4. 小結

1）此類結構內部復雜空曠，宜在框架結構基礎上增設剪力墻，以控制水平剛度，提高結構整體性。但剪力墻的布置應合理、恰當，使結構體現較好的受力狀態。其中框架部分宜按純框架結構和框架—剪力墻結構分別計算，包絡設計。

2）下部混凝土結構，上部鋼結構的形式，在結構計算時采取合理的方式進行簡化，可以分開進行計算。

參考文獻

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