白銀市文化藝術中心結構設計

張衛東 黃躍斌 肖信文 王皆欣

(北京市建筑設計研究院有限公司第二建筑設計院，北京 100045)

白銀市文化藝術中心結構設計

張衛東 黃躍斌 肖信文 王皆欣

(北京市建筑設計研究院有限公司第二建筑設計院，北京 100045)

結合白銀市文化藝術中心項目的特點，介紹了該項目地基與基礎設計方法，對項目的結構體系作了研究，著重計算分析了屋頂網架、中庭桁架、劇院主入口桁架等構件的結構設計技巧，使結構設計滿足經濟、安全、科學的要求。

結構，單元，鋼桁架，設計，計算

1 工程概況

白銀市文化藝術中心位于甘肅省白銀市，總建筑面積約9萬m2，建成后將成為白銀市的標志性建筑。圖1為建筑整體效果圖。平面布置上以白銀大劇院為主體，檔案館、圖書館、博物館等為輔助，形成并列式建筑體。劇院與各館用通高中庭連接，各館既整體統一，又相對獨立。項目地下室為局部1層，地上建筑1層～4層，大部分結構最大高度均為23.5 m，大劇院局部舞臺屋頂高為35.35 m，首層建筑輪廓尺寸約為160 m×170 m，典型柱網尺寸為8.1 m×8.1 m。

工程抗震設防類別為乙類，設防烈度為7度，基本地震加速度值為0.15g;建筑場地類別為Ⅱ類。結構設計使用年限為50年，安全等級為二級，地基基礎設計等級為甲級。樓層荷載根據建筑功能按GB 50009—2012建筑結構荷載規范確定。

2 地基與基礎設計

2.1 地質情況

根據勘察報告，擬建場地原始地貌為低山丘陵地帶，地勢呈北高南低之勢，最大高差為11.34 m。場地及附近無活動性斷裂等構造體通過，處于相對穩定地段。場地土地層從上到下依次為：雜填土、粉砂、細砂、強風化巖、中風化巖?？碧缴疃确秶鷥葻o地下水賦存，故不考慮地基液化問題及基礎抗浮問題。

2.2 基礎設計

由于場地北高南低，勘探點高程變化大，同時建筑自身基底標高不同，故依據勘探實際情況采用不同的基礎形式，基礎持力層以⑤層中風化砂巖作為主要基礎持力層。劇院主舞臺臺倉及靜壓箱等區因地下室較深采用筏板基礎；劇院大堂部分因地勢高差較大且持力層埋藏較深，該區域采用人工挖孔灌注樁基礎，樁長有8 m，15 m兩種類型，樁徑分別為800 mm及900 mm。共享中庭、檔案館、圖書館及博物館部分基礎埋藏較淺，基底接近中風化巖持力層，且無地下水，該部分采用獨立柱基形式。

3 結構體系

1)結構單元。結構形式為全現澆鋼筋混凝土框架—剪力墻結構，工程框架的抗震等級為三級，剪力墻的抗震等級為二級；根據建筑功能的需要結構分為四個單元，分別為劇場、檔案館、圖書館、博物館四個部分。2)劇場單元。采用鋼筋混凝土框架—剪力墻結構。劇場舞臺及看臺屋面采用鋼結構網架，劇場入口大堂屋面采用空間鋼桁架屋面，外挑10 m平面鋼桁架，入口主桁架跨度為56.7 m跨矩形鋼桁架，下部為雙向拉索玻璃幕。3)檔案館、圖書館及博物館單元。三館采用框架—剪力墻結構。三館頂部局部采用玻璃采光頂，用鋼梁支撐在兩側框架梁及框架柱上。4)各結構單元間的連接。劇院和三館間為四層同高通廊連接，頂部為玻璃采光頂，采用平面鋼桁架支承在劇場側框架柱及框架梁上。

4 單元結構計算

4.1 劇場單元

單元計算采用PKPM-SATWE(2010版)，將結構嵌固端設置在地下1層頂進行計算。在整體分析時，將劇場及舞臺頂網架鋼屋面、劇場入口處及通廊等鋼結構一起按整體模型輸入計算，鋼結構與鋼筋混凝土連接采用固定鉸支座，單向滑動支座及雙向滑動支座連接。劇場樓板開大洞較多，平面不規則，通過調整抗震剪力墻的布局及墻體厚度來解決結構扭轉的問題。工程豎向平面規則，剛度比較均勻，第一扭轉周期比為0.88，小于0.90。Y方向最大平面位移比為1.34，小于1.5，說明結構的整體抗震性能較好。

4.2 檔案館、圖書館及博物館單元

檔案館、圖書館及博物館各結構單元平面及豎向較為規則且只有4層，因此結構抗震驗算采用空間建模，計算采用PKPM-SATWE(2010版)，表1為各館計算結果。各館的計算結果表明，在設防地震作用下結構的位移比、周期比和剪重比等均能滿足抗震規范的要求，同時多塔整體模型計算和單塔計算的結果有較好的一致性，這說明地下連通的大底盤而地上多塔的結構各塔間的互相影響比較小。

5 鋼結構計算

5.1 劇場頂部網架屋蓋設計

劇場池座和舞臺頂屋面因建筑隔音要求為重屋面，屋面恒載為4 kN/m2，屋面為非上人屋面，屋面活荷載為0.54 kN/m2。池座頂網架吊頂恒載為1.3 kN/m2，馬道恒載為1.0 kN/m2，馬道活載為0.7 kN/m2。舞臺頂網架吊頂恒載為8.0 kN/m2，馬道恒載為2.0 kN/m2，馬道活載為1.4 kN/m2。網架采用空間網架結構設計軟件MST2012進行滿應力分析設計。經計算池座頂網架滿載最大撓度為81 mm，舞臺頂網架滿載最大撓度為28 mm。經計算鋼構件強度應力比不大于0.85。網架制作安裝時務必反向起拱，起拱值為L/600，其中,L為短向跨度。圖2為池座頂網架剖面。

表1 檔案館、圖書館、博物館主要計算結果

5.2 中庭鋼桁架設計

中庭寬24.3 m，長145.8 m，頂部為玻璃頂采光，兩端為玻璃幕墻，中間單元樓座間采用玻璃幕墻。結構設計上，玻璃幕墻頂采用三角空間桁架，24.3 m跨間采用平面鋼桁架，結構計算軟件采用MIDAS/GEN800。桁架主桿件包絡強度設計應力比最大值0.80，不大于0.85；最大撓度值為29 mm，考慮起拱因素后，桁架最大撓度控制在1/400以下。圖3為中庭鋼桁架計算應力圖。

5.3 劇場大堂鋼桁架設計

劇場主入口為4層通高大堂，入口處為跨度56.7 m的拉索網幕墻，檐口外挑10 m，鋼結構計算模型如圖4所示。大堂頂為重屋面，采用空間鋼桁架，外挑部分依據建筑造型采用平面桁架，因入口拉鎖幕墻跨度較大，入口上部采用2.7 m×4.0 m的矩形空間桁架。設計計算中考慮的荷載工況包括恒載、活載、風載、溫度作用、水平及豎向地震作用等，計算軟件采用MIDAS/GEN800。桁架構件強度包絡設計應力比最大值0.82；最大撓度130 mm，考慮起拱因素后，桁架最大撓度控制在1/400以下。大堂矩形鋼桁架計算應力如圖5所示。

6 結語

本工程為復雜空間的公共建筑，樓板開大洞較多，且為平面不規則的結構，結構設計過程中通過合理調整建筑物內部混凝土墻體的剛度及加強樓板厚度來解決結構扭轉的問題，從而提高結構抗震能力，使得結構各項計算結果都能夠滿足抗震規范要求。局部大跨空間鋼結構設計時采用MTS2012，MIDAS/GEN等軟件專門研究及細化計算對比分析，獲得準確、安全、經濟、合理的整體及局部設計計算結果。

[1] GB 50011—2010，抗震設計規范[S].

[2] JGJ 3—2010，高層混凝土結構技術規程[S].

Structural design of Baiyin cultural arts center

Zhang Weidong Huang Yuebin Xiao Xinwen Wang Jiexin

(The2ndBuildingDesignInstitute,BeijingBuildingDesignAcademyCo.,Ltd,Beijing100045,China)

Combining with Baiyin cultural arts center project features, the paper introduces the project foundation and basic design methods, studies the project structure system, and mainly calculates and analyzes structural design techniques of roof grid, central hall truss, and major theater entrance truss and other components, so as to make the structural design meet economic, safe and scientific demands.

structure, unit, steel truss, design, calculation

2015-01-27

張衛東(1977- )，男，碩士，工程師； 黃躍斌(1981- )，男，工程師； 肖信文(1979- )，男，工程師； 王皆欣(1981- )，男，工程師

1009-6825(2015)10-0040-03

TU318

A