北京室內(nèi)游樂館結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

韓 雪 趙中亞

(1.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013;2.中國遠(yuǎn)達(dá)國際工程管理咨詢有限公司，北京 100088)

1 概述

北京室內(nèi)游樂館位于北京世紀(jì)華僑城歡樂谷院內(nèi)，長93.4 m，寬63.5 m，高25 m，橢圓形，和局部原有結(jié)構(gòu)間采用抗震縫分開，館內(nèi)部局部有夾層一層、三層，夾層功能為空中競技、瘋狂撞車、沖浪車、飛行影院、小飛象等室內(nèi)活動(dòng)區(qū)，是北方冬季室內(nèi)游樂的最佳場(chǎng)所。

2 結(jié)構(gòu)體系

本工程主體結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土樓板，屋蓋鋼桁架，基礎(chǔ)為長螺旋鉆孔灌注樁。1)高寬比:0.4(＜3)，滿足規(guī)范限值(規(guī)范限值:3);長寬比:1.5。2)地面總高25 m，滿足A級(jí)高度的限值(A級(jí)高度限值40 m)。基于以上因素，本工程采用框架結(jié)構(gòu)體系。

3 結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別

結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別見表1。

表1 結(jié)構(gòu)規(guī)則性判別表

本結(jié)構(gòu)為不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

4 荷載分項(xiàng)系數(shù)

荷載分項(xiàng)系數(shù)見表2。

5 材料

鋼筋采用HRB400，鋼桁架鋼管Q345B，混凝土強(qiáng)度等級(jí):梁板 C35，柱 C40，C50。

6 屋蓋

屋面鋼桁架與下部主體結(jié)構(gòu)承重柱采用鉸接，支座采用抗震球型支座(成品)，屋面板采用鋁鎂錳合金板。

7 多遇地震內(nèi)力分析

7.1 計(jì)算內(nèi)容和程序

本工程為大跨度空間結(jié)構(gòu)，采用中國建筑科學(xué)研究院編制的PMSA(2010版)力學(xué)模型三維空間程序進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體內(nèi)力計(jì)算，對(duì)主體結(jié)構(gòu)的大梁、柱進(jìn)行設(shè)防地震的不屈服和彈性補(bǔ)充計(jì)算。結(jié)構(gòu)整體分析設(shè)計(jì)時(shí)，考慮雙向地震和豎向地震作用。

表2 荷載分項(xiàng)系數(shù)

本工程無地下室(只局部有)，故結(jié)構(gòu)嵌固點(diǎn)為基礎(chǔ)頂面。

7.2 結(jié)構(gòu)自振周期

結(jié)構(gòu)自振周期見表3。

表3 結(jié)構(gòu)自振周期

有效質(zhì)量參與系數(shù)兩個(gè)方向均達(dá)到90%以上，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動(dòng)周期的比值為0.10，滿足規(guī)范小于0.90的限值要求;第二平動(dòng)周期與第一平動(dòng)周期的比值為0.910，大于0.8，結(jié)構(gòu)兩個(gè)方向振動(dòng)特性相近。

7.3 多遇地震作用下的樓層位移和位移角

多遇小震作用下的樓層位移、位移角見表4。

表4 多遇小震作用下的樓層位移、位移角列表

最大樓層位移角，在X，Y向分別為1/815，1/636，計(jì)算滿足不大于規(guī)范1/550的限值要求。

8 性能化分析和設(shè)計(jì)

本工程屬于A級(jí)高度的多層，為更好保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足規(guī)范三水準(zhǔn)設(shè)防要求，本工程采用性能的設(shè)計(jì)方法。

8.1 多遇地震作用下滿足的內(nèi)容

在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)完好，無損傷，不經(jīng)過修理即可繼續(xù)使用。

此階段結(jié)構(gòu)處于彈性狀態(tài)，全部構(gòu)件抗震承載力和層間位移滿足規(guī)范要求，根據(jù)不同的抗震等級(jí)采用荷載作用分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)。進(jìn)行多遇地震下的結(jié)構(gòu)計(jì)算，多遇地震計(jì)算時(shí)地震動(dòng)參數(shù)按照規(guī)范取用。

8.2 設(shè)防地震作用下滿足的內(nèi)容

1)對(duì)結(jié)構(gòu)超過12 m大梁進(jìn)行設(shè)防地震不屈服設(shè)計(jì)和驗(yàn)算，并按此進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。計(jì)算時(shí)地震影響系數(shù)最大值取0.45。2)對(duì)結(jié)構(gòu)支撐屋面的大柱進(jìn)行設(shè)防地震彈性承載力驗(yàn)算，并按此進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)。確認(rèn)結(jié)構(gòu)在更高性能點(diǎn)時(shí)的承載能力。3)不屈服、彈性設(shè)計(jì)的內(nèi)力調(diào)整和組合原則:a.不考慮強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎的地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，取1.0;b.抗震承載力按強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算;c.荷載組合作用分項(xiàng)系數(shù)、材料分項(xiàng)系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0。采用PMSAP對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)防地震不屈服設(shè)計(jì)和驗(yàn)算。采用PMSAP對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)防地震彈性不屈服承載力驗(yàn)算。

8.3 罕遇地震作用下滿足的內(nèi)容

結(jié)構(gòu)整體滿足規(guī)范所要求的大震不倒的變形限值1/50。

8.4 設(shè)防地震作用下彈塑性層間位移角

最大樓層位移角，在X，Y向分別為1/108，1/124，計(jì)算滿足不大于規(guī)范1/50的限值要求。

9 基礎(chǔ)分析

9.1 計(jì)算軟件

中國建筑科學(xué)研究院編制的計(jì)算軟件JCCAD。

9.2 基礎(chǔ)選型

本工程高度25 m，一大層，建筑±0.000標(biāo)高對(duì)應(yīng)絕對(duì)高程為30.00 m。采用樁基礎(chǔ)，承臺(tái)頂標(biāo)高－0.5 m，樁端持力層為8層卵石層，樁長大約30 m。

9.3 基礎(chǔ)控制參數(shù)

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí):乙級(jí);基礎(chǔ)設(shè)計(jì)安全等級(jí):二級(jí);基礎(chǔ)重要性系數(shù):1.0。

9.4 地基的承載力驗(yàn)算

JCCAD的計(jì)算結(jié)果表明，在正常適用極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合下，柱最大豎向力值為5 700 kN左右，基礎(chǔ)單樁承載力特征值為500 kN，布置12根樁，承載力能滿足要求。

10 結(jié)語

1)中型室內(nèi)游樂館采用框架—鋼桁架結(jié)構(gòu)，可以大大滿足館內(nèi)大空間使用功能要求，鋼桁架屋蓋自重輕，覆蓋靈活，覆蓋面積大，造型美觀的優(yōu)勢(shì)，整個(gè)結(jié)構(gòu)造價(jià)合理，是當(dāng)代中型室內(nèi)游樂場(chǎng)所的合理先進(jìn)的首選型式。

2)大于12 m梁采用中震不屈服驗(yàn)算，對(duì)支撐屋面大柱采用中震彈性驗(yàn)算，使結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件得到安全保證很有必要。

3)本工程達(dá)到預(yù)期性能目標(biāo)，設(shè)計(jì)滿足規(guī)范要求。