某文體中心南區結構設計

李 志 鵬

(中國航空規劃設計研究總院有限公司，北京 100120)

1 工程概況

本項目建筑面積66 465 m2，地上5層，地上1層～3層層高為6 m，地上4層、5層層高為4.5 m，主要建筑功能為區級劇院、圖書館、文化館、體育文化教學等。地下3層，地下1層層高6 m，為全民健身中心、非物質文化遺產展示中心、設備用房等；地下2層和3層層高4.5 m，主要為停車庫、庫房等。南區最高點為32 m。出屋面有一層斜裝飾架層，高度為30 m～32 m。建筑物寬度為50 m～98 m，總長度約126 m。本工程基本柱網為8.7 m×9.0 m，8.7 m×12.0 m，觀眾廳柱網為26.6 m×27.7 m，主舞臺柱網為23.2 m×30.8 m，南北區連接部位跨度為24.5 m×62 m，建筑剖面見圖1,圖2。

2 設計依據

結構設計使用年限為50年，地震基本烈度值為8度，0.2g，αmax=0.16，地震分組為第二組，場地類別Ⅱ類，特征周期Tg=0.40 s。基本風壓值為0.45 kN/m2，地面粗糙度為B類，基本雪壓值為0.45 kN/m2。

3 結構選型及設計

3.1 結構選型

由于劇院結構不規則，質量分布集中，使結構質心與剛心不重合且偏心較大，在地震作用下給結構帶來了很大的扭轉效應，并且為了滿足劇院的特殊功能，結構平面開大洞很多，不利于地震作用下水平力的傳遞，連接部位薄弱，造成洞口附近構件應力集中。因此本工程采用框架—剪力墻結構，利用樓梯間及電梯廳在結構周邊設置剪力墻，并且在劇院大洞口周邊設置剪力墻，以此來解決結構扭轉以及樓板不連續水平力傳遞的問題。結構1層～3層布置見圖3～圖5。

3.2 結構嵌固部位選取

正常情況下應選取地下1層頂板標高為嵌固層，但由于結構東西兩側局部存在下沉庭院及通道，1層頂板無法起到完全嵌固的作用，所以選取地下2層頂板作為結構計算的嵌固層，同時考慮地下1層頂板也有部分嵌固的作用，設計時同樣遵照規范對于嵌固層的要求進行設計，保證結構設計的安全性。

3.3 樓蓋、屋蓋結構設計

樓蓋主要采用混凝土主次梁樓蓋形式，由于劇院的特殊平面要求，觀眾廳、舞臺、側臺頂均為大跨度屋蓋，結構采用單向鋼梁+鋼筋桁架樓板的設計方案。由于劇院的特殊性，劇院舞臺頂屋蓋需考慮較大的吊掛荷載，包括柵頂、滑輪層、面光橋、馬道等等，綜合考慮活荷載取10 kN/m2。鋼梁計算考慮組合樓板的作用，應力比均控制在0.8以下，撓度變形也滿足規范要求。

4 抗震計算分析及設計

4.1 抗震等級的確定

本工程為重點設防類(乙類)，根據規范要求，乙類建筑應按提高1度確定抗震等級，所以剪力墻、框架抗震等級設定為一級。

4.2 計算結果分析

采用SATWE軟件對結構進行多遇地震下的結構整體計算，分析結果如下：

1)振型分析。

表1列出了前三個主要振型的結果，其中前兩個振型均以平動為主，第三個振型出現了較大的扭轉，且第一扭轉周期與第一平動周期之比小于0.9，說明結構具有較好的抗扭剛度。結構前3階周期及振型見圖6。

2)地震反應譜響應結果見表2。

表2 地震反應譜響應結果

根據表2的統計結果，結構主要參數均符合規范要求混凝土結構強度、剛度設計滿足規范要求，結構抗扭轉剛度合理。

4.3 結構不規則項統計

結構不規則項見表3。

表3 結構不規則項

本項目不屬于超限結構。

4.4 結構不規則項采取的措施

4.4.1弱連接部位設計

舞臺等大洞口周邊的范圍屬于薄弱部位，在地震力的作用下容易產生樓板的應力集中，所以對于薄弱部位的樓板進行特殊設計，樓板厚度加厚至150 mm，并配置上下鋼筋網來增加樓板的承載能力。同時洞口周邊邊梁加強抗扭措施，增大抗扭鋼筋。

4.4.2斜柱設計

建筑東、西兩側立面為隨高度增加逐漸外傾的效果，結構在東、西兩側設置圓形斜框架柱。斜框架柱隨建筑立面外傾角度均不相同，最小為2°，最大為43°。由于斜柱的軸力會在水平方向產生分力，并隨斜度的增加而增大，此水平分力主要由與斜柱相連的樓層框架梁承擔。因此對于框架梁受拉的情況進行單獨復核，將上部鋼筋設置為通長鋼筋，加大腰筋以滿足梁所承受的拉力。對于連接斜柱與斜柱之間的框架梁梁柱節點進行放樣設計，以滿足規范要求的框架梁內貫通中柱的每根縱向鋼筋直徑不大于所在位置柱弦長的1/20。節點示意圖見圖7。

5 結語

1)本工程的整體抗震計算結果，均滿足現行設計規范的要求，具有足夠的承載力、剛度等性能。

2)由于劇院給結構帶來較大的偏心距，可以通過采用框架—剪力墻結構，在合適的位置設置剪力墻，來增大結構的抗扭剛度。同樣也能解決大洞口帶來的水平地震力傳遞的問題。

3)斜柱的設計要充分考慮斜度帶來的水平分力，對于與之相連的框架梁的影響，可以通過增加通長鋼筋來承擔拉力。

參考文獻:

[1] GB 50009—2012,建筑結構荷載規范[S].

[2] GB 50011—2010,建筑抗震設計規范[S].

[3] 楊旭晨,朱善東,黃建林.寧夏大劇院結構設計[J].建筑結構，2013,43(18):8-13.