通過某禮堂初步設(shè)計對“空曠房屋和大跨度屋蓋建筑”的結(jié)構(gòu)設(shè)計重點、難點進行探討

趙坤坤

【摘要】體育館、劇場、禮堂等建筑都屬于空曠結(jié)構(gòu)，存在樓板很少、樓板跨越樓層等問題，層概念不清晰，與常規(guī)建筑設(shè)計有很大不同。本文通過某禮堂的初步設(shè)計對其中的重點、難點進行探討。

【關(guān)鍵詞】禮堂；空曠結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計難點

1、引言

隨著近年來國家經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活品質(zhì)的提高，各個地方開始興建如體育館、文化藝術(shù)中心等各種大型公建，屬于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第10章的“空曠房屋和大跨屋蓋建筑”。而此類建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計時均與普通樓房有較大的出入，有些常規(guī)的概念無法套用，如樓層剛度比、位移比等；以及一些在常規(guī)建筑不容易遇到的問題，如存在局部震動、有效質(zhì)量系數(shù)不容易達到90%以上等。本文通過某禮堂初步設(shè)計對此類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計重點、難點進行探討。

2、結(jié)構(gòu)布置

某禮堂結(jié)構(gòu)主體平面長度為74.3m、寬度40.6m，總建筑高度23.300m，建筑剖面圖如圖1所示。抗震設(shè)防類別為重點設(shè)防類（乙類），抗震設(shè)防烈度為6度，因此地震作用按6度，抗震措施按7度。地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度為0.05g，特征周期為0.35s，場地類別Ⅱ類。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第10.1.6條的規(guī)定“前廳與大廳、大廳與舞臺連接處的橫墻，應(yīng)加強側(cè)向剛度，設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗震墻”，因此采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-抗震墻結(jié)構(gòu)，觀眾廳屋面及二層樓座的大跨度部分框架梁采用后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第10.1.2條的規(guī)定“大廳、前廳、舞臺之間，不宜設(shè)防震縫分開”，且為保證本工程有更好的整體性，因此對本工程的結(jié)構(gòu)主體不做分縫處理。僅將建筑右邊的室外大臺階做為斜撐的不利影響考慮，設(shè)置一道變形縫將其與結(jié)構(gòu)主體脫開。并在結(jié)構(gòu)中部設(shè)置一道溫度收縮后澆帶以解決結(jié)構(gòu)超長的問題。

圖1：建筑剖面圖

3、設(shè)計加強措施

本工程屬于《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）第10章的“空曠房屋和大跨屋蓋建筑”，因此應(yīng)按相關(guān)條款采取抗震措施，并采取相應(yīng)設(shè)計加強措施：

（1）前廳與大廳、大廳與舞臺連接處的橫墻，設(shè)置一定數(shù)量的鋼筋混凝土抗震墻，且抗震墻的抗震等級為二級；

（2）內(nèi)力分析時采用符合樓板平面內(nèi)實際剛度變化的計算模型，計入樓板的變形影響（彈性樓板定義）；

（3）整體扭轉(zhuǎn)剛度控制：計算時控制整體扭轉(zhuǎn)剛度第1、2主要振型（X、Y方向）均以平動為主，且結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比不大于0.9；

（4）大廳的鋼筋混凝土柱應(yīng)按抗震等級為二級的框架柱設(shè)計，并對此部分的框架柱按中震彈性的性能要求進行設(shè)計。

（5）針對樓板開洞造成的樓板剛度削弱較大，采取樓板加厚為150mm，并雙層雙向配筋且每個方向的配筋率不小于0.25%的加強措施。

（6）對樓板開洞面積較大的樓層和有穿層柱的樓層，計算時指定為薄弱層，采用地震剪力乘以1.25的增大系數(shù)，同時加強樓層豎向構(gòu)件的配筋構(gòu)造措施。

4、計算出現(xiàn)問題分析及處理

（1）存在局部震動

通過建模計算，發(fā)現(xiàn)在計算振型數(shù)在18個時的X 方向的有效質(zhì)量系數(shù)才 87.82%，Y 方向的有效質(zhì)量系數(shù)才88.89%，明顯有異與普通建筑的計算結(jié)果。通過對結(jié)構(gòu)空間振動簡圖的分析，發(fā)現(xiàn)在舞臺兩端的17軸交A、R軸處的框架柱存在局部震動，因為此處的框架柱在11.70米的高度內(nèi)Y方向均無梁拉結(jié)，而截面又僅有600X600mm，明顯剛度過小，是結(jié)構(gòu)的薄弱部位，應(yīng)給予加強。通過將柱截面由600X600mm加大到600X900mm，并將計算振型數(shù)增加到24個后再檢查結(jié)構(gòu)空間振動簡圖，發(fā)現(xiàn)消除了此處的局部震動，且X方向有效質(zhì)量系數(shù)達到91.60%，Y方向有效質(zhì)量系數(shù)達到92.67%，滿足了規(guī)范要求。

（2）規(guī)定水平力作用下的樓層位移比大于1.5

通過建筑的剖面圖我們可以得知，本工程的樓層間均存在重疊，即樓板跨越一個或兩個樓層，或存在大開洞致使有許多的穿層柱，雖然建模時還是一層一層的建模，但是普通的輸出結(jié)果已不能通過樓層位移比來放映本工程的扭轉(zhuǎn)不規(guī)則性，所以這類結(jié)構(gòu)應(yīng)通過觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖及通過位移的“詳細輸出”，來考察結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。通過觀察結(jié)構(gòu)的變形示意圖，本工程前5個自振周期的振型均以平動為主，直到第6自振周期才以扭轉(zhuǎn)為主。且周期比0.2773/0.6487=0.427遠小于0.9，由此可見本工程的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不明顯。通過位移的“詳細輸出”得知，在X方向地震作用規(guī)定水平力下，最大彈性水平位移和層間位移均發(fā)生在標高17.000m樓層的18交G軸處的框架柱處（節(jié)點號4734），在Y方向地震作用規(guī)定水平力下，最大彈性水平位移發(fā)生在標高17.000m樓層的18交Q軸處的剪力墻端處（節(jié)點號4746），最大層間位移均發(fā)生在標高17.000m樓層的18交A軸處的剪力墻端端柱處（節(jié)點號4696），具體信息見下表1：

由此可見在規(guī)定水平力作用下的位移絕對值與位移角均非常小，即在規(guī)定水平力作用下結(jié)構(gòu)不會發(fā)生大的位移，結(jié)合扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不明顯的判斷，本結(jié)構(gòu)是安全可靠的。

結(jié) 語

空曠結(jié)構(gòu)，如體育館、劇場、禮堂等建筑，這些結(jié)構(gòu)或者柱、墻不在同一標高，或者本層根本沒有樓板，亦或者樓板存在跨越樓層的問題，沒有常規(guī)建筑中層的概念。因此在對這類建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)跳出常規(guī)建筑的設(shè)計思維，而對結(jié)構(gòu)用整體的概念進行設(shè)計。

參考文獻

[1] 《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）北京：中國建筑工業(yè)出版社.2010

[2] 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）北京：中國建筑工業(yè)出版社.2010