談省會(huì)文化藝術(shù)中心多功能廳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張學(xué)利

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100045)

1 工程概況

省會(huì)文化藝術(shù)中心位于濟(jì)南市西客站片區(qū)，工程建成后將是濟(jì)南西部開發(fā)區(qū)的地標(biāo)性建筑。工程總建筑面積7.48萬m2，由歌劇院、多功能廳、音樂廳及附屬用房組成。工程結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為整體筏板式基礎(chǔ)，底板以上劇場(chǎng)設(shè)抗震縫分成相互獨(dú)立的單元。本文內(nèi)容主要針對(duì)中間多功能廳部分。多功能廳長99 m，寬74 m，總建筑面積約2萬m2，地上建筑面積1.8萬m2，地下建筑面積0.2萬m2。地下1層為設(shè)備用房，首層為大廳和貴賓室，2層為觀眾廳和餐廳，3層為辦公室和庫房，4層為舞臺(tái)機(jī)械控制室，5層為開放辦公室，6層為設(shè)備機(jī)房。效果圖見圖1。

圖1 建筑效果圖

2 結(jié)構(gòu)體系

2.1 上部結(jié)構(gòu)體系

對(duì)于劇場(chǎng)這種大跨度公共建筑，不能簡(jiǎn)單采用框架結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)適當(dāng)多設(shè)抗側(cè)力構(gòu)件，加強(qiáng)其抗側(cè)剛度，減少側(cè)移［1］。多功能廳采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在觀眾廳周邊和樓電梯周邊布置了剪力墻。超出標(biāo)高12.5 m的室外平臺(tái)的上部曲面建筑造型由混凝土斜柱斜梁形成，屋頂中間18 m跨采光頂由支撐在兩側(cè)混凝土梁上的鋼梁形成。項(xiàng)目框架柱主要截面尺寸為800 mm×800 mm;觀眾廳墻體厚500 mm;樓電梯間外墻厚300 mm，內(nèi)墻厚200 mm;柱、墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，梁板為C30;屋頂采光頂鋼梁截面尺寸為Φ500×20，鋼材為Q345B。

2.2 地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

多功能廳地下1層，基底埋深8.50 m。根據(jù)地勘報(bào)告，地基主要受力層范圍內(nèi)工程特性差異較大;項(xiàng)目跨度大，基底壓力分布不均勻;后期相鄰地塊地下空間開發(fā)基坑降水對(duì)地基基礎(chǔ)可能產(chǎn)生沉降的影響，項(xiàng)目采用CFG樁復(fù)合地基。濟(jì)南地下水位埋藏淺，本工程基礎(chǔ)埋深相對(duì)較深，設(shè)計(jì)用厚度為1 m的平板式筏基，既解決了聲學(xué)報(bào)告的最小底板厚度要求，又同時(shí)解決了結(jié)構(gòu)整體抗浮問題。

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1 多遇地震下的分析

本工程抗震設(shè)防烈度為6度［2］，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，水平地震影響系數(shù)最大值為0.04，Ⅲ類場(chǎng)地，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，特征周期0.65 s。工程場(chǎng)地地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告由北京中震創(chuàng)業(yè)工程科技研究院和濟(jì)南市地震安評(píng)工程研究院共同提供。報(bào)告中給出的地震參數(shù):水平地震影響系數(shù)最大值0.063，特征周期Tg=0.40 s，相對(duì)抗震規(guī)范所給的參數(shù)更加不利，實(shí)際計(jì)算中均采用安評(píng)報(bào)告參數(shù)。本工程結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí);抗震設(shè)防類別為乙類;剪力墻的抗震等級(jí)為二級(jí);框架的抗震等級(jí)為三級(jí)。采用PKPM和ETABS軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的整體計(jì)算分析。

從表1的結(jié)果可以看出，各軟件計(jì)算的結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、剪重比比較接近，各個(gè)計(jì)算模型的有效質(zhì)量系數(shù)均大于90%，滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)周期對(duì)比結(jié)果見表2。

表1 整體結(jié)構(gòu)總質(zhì)量、基底剪力比較

表2 整體結(jié)構(gòu)周期表 s

由于絕對(duì)位移非常小，PKPM和ETABS計(jì)算的層間位移角均小于1/9 999，在控制樓層最大水平位移和層間位移與層均值比值［3］時(shí)，可適當(dāng)放大限值，由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院編制的《建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)技術(shù)措施》5.2.4，可取為1.8。本工程樓層最大水平位移和層間位移與均值比值僅有個(gè)別大于1.5，最大為1.61且都小于 1.8，滿足要求。

本工程的不規(guī)則項(xiàng)［4］主要有以下幾個(gè)方面:1)扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比為1.61，大于1.2;2)樓板不連續(xù)，4層樓板開洞面積為40%，大于30%。初步設(shè)計(jì)審查會(huì)專家組意見為非超限工程，整個(gè)項(xiàng)目于2011年通過了初步設(shè)計(jì)專項(xiàng)審查。

3.2 中震彈性分析

鑒于工程的重要性，設(shè)計(jì)中對(duì)結(jié)構(gòu)的重要部位設(shè)定了中震彈性的性能要求，補(bǔ)充了中震彈性計(jì)算分析。抗震規(guī)范所給出的中震計(jì)算參數(shù)為:水平地震影響系數(shù)最大值0.12，特征周期Tg=0.65 s;安評(píng)報(bào)告所給出的中震計(jì)算參數(shù)為:水平地震影響系數(shù)最大值0.175，特征周期Tg=0.45 s。工程計(jì)算時(shí)取用抗震規(guī)范所給的參數(shù)，用PKPM軟件進(jìn)行了補(bǔ)充計(jì)算。

在工程設(shè)計(jì)中對(duì)出12.5 m標(biāo)高室外平臺(tái)為斜柱的框架柱的12.5 m以下部位，觀眾廳四周混凝土剪力墻，及支撐中庭鋼連橋的4根框架柱，采用了中震彈性計(jì)算結(jié)果和小震彈性計(jì)算結(jié)果的包絡(luò)值控制配筋，同時(shí)適當(dāng)提高了12.5 m標(biāo)高斜柱附近相關(guān)范圍的梁、板配筋。

4 結(jié)語

對(duì)于多功能廳這種受力復(fù)雜的混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了多模型的對(duì)比分析;在性能設(shè)計(jì)上提高重要部位的抗震能力，保證了結(jié)構(gòu)良好的抗震性能。

［1］2009全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施結(jié)構(gòu)(混凝土結(jié)構(gòu))［S］.

［2］GB 50011-2001，建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2008年版)［S］.

［3］JGJ 3-2002，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)［S］.