某展示館結(jié)構(gòu)超限設(shè)計(jì)

張 莉，柴園園，王海強(qiáng)

（中國城市建設(shè)研究院有限公司，北京 100120）

1 工程概況

某展示館工程位于吉林省白城市，建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類（乙類），所在區(qū)域抗震設(shè)防烈度為7度（地震基本加速度0.10g），設(shè)計(jì)地震分組為第一組，建筑場地類別為Ⅱ類。展示館東西向長約275m，南北向?qū)捈s132m。地上展廳部分為3層，建筑首層層高8.5m，2層層高7.0m，3層層高7.0～18.1m，建筑高度約33.6m，觀景塔部分（核心筒）建筑高度約66.6m，局部設(shè)有地下室，地下室層高5.1m。建筑效果如圖1所示。

圖1 某展示館效果

2 結(jié)構(gòu)選型與布置

本工程采用鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，底部3層框架為框架-少支撐結(jié)構(gòu)，框架柱除大懸挑外的幾個(gè)框架柱為鋼管混凝土柱，其他均為鋼柱，在觀景塔底部3層?xùn)|西側(cè)根據(jù)建筑圖適當(dāng)布置支撐，以提高結(jié)構(gòu)y向抗側(cè)剛度，同時(shí)減緩結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)；觀景塔為鋼框架-支撐結(jié)構(gòu)，觀景塔底部3層外圈框架柱為鋼管混凝土柱，在觀景塔與底盤結(jié)構(gòu)1層及2層連接處向外延伸一跨范圍內(nèi)樓板厚度為200mm，并設(shè)置樓面支撐，加強(qiáng)底盤結(jié)構(gòu)對觀景塔的約束作用。結(jié)構(gòu)主樓鋼支撐采用防屈曲耗能支撐，觀景塔主樓采用普通鋼支撐。

在觀景塔3層以上的結(jié)構(gòu)中，每隔5.25m設(shè)框架梁約束框架柱與支撐，因?qū)痈咻^高，導(dǎo)致框架柱彎矩很大，所以為減小彎矩而將觀景塔的3層與4層分割。觀景平臺采用框架梁加支撐的結(jié)構(gòu)布置形式，增加平臺抗扭剛度。為保證觀景塔頂部舒適度，利用塔頂處的消防水箱，設(shè)置TMD減振（震）系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型

3 結(jié)構(gòu)超限判斷

根據(jù)《超限高層建筑工程抗震設(shè)防專項(xiàng)審查技術(shù)要點(diǎn)》，本工程屬于超限高層建筑，具體超限情況如表1，2所示。

表1 具有下列3項(xiàng)及以上不規(guī)則的高層建筑工程

表2 具有下列某一項(xiàng)不規(guī)則的高層建筑工程

4 結(jié)構(gòu)超限措施

1）針對結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則和扭轉(zhuǎn)不規(guī)則的特征，加強(qiáng)薄弱部位的抗側(cè)剛度和性能目標(biāo)。

2）針對樓板開大洞、樓板連接薄弱問題，采用彈性樓板進(jìn)行分析，計(jì)算地震作用下的樓板應(yīng)力，控制樓板在小震、中震、大震作用下的拉應(yīng)力，加強(qiáng)薄弱部位樓板厚度和配筋，整體結(jié)構(gòu)樓板采用雙層雙向配筋，增強(qiáng)樓板薄弱部位的抗側(cè)力構(gòu)件。

3）觀景塔分別計(jì)算整體模型與只有塔上部模型的結(jié)構(gòu)，取包絡(luò)設(shè)計(jì)。

4）針對大跨度結(jié)構(gòu)和懸挑結(jié)構(gòu)，采用不同計(jì)算方法計(jì)算結(jié)構(gòu)豎向地震作用。

5）單獨(dú)分析和驗(yàn)算大跨度和懸挑樓面的舒適度，并單獨(dú)分析和驗(yàn)算大跨度結(jié)構(gòu)屋面的穩(wěn)定性。

6）由于本工程樓板開大洞、樓板不連續(xù)等特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)超限最顯著的特征，因此采用彈性樓板模型，重點(diǎn)分析結(jié)構(gòu)在小震、中震和大震下的樓板應(yīng)力分析，計(jì)算結(jié)果表明，除觀景塔等剪力墻周邊存在一定應(yīng)力集中外，結(jié)構(gòu)其他區(qū)域的樓板應(yīng)力分布均勻。通過局部樓板加厚加強(qiáng)處理，可保證樓板在不同地震水準(zhǔn)下均保持彈性。同時(shí)對整體結(jié)構(gòu)的樓板采取雙層雙向配筋。

7）因?qū)俪L結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)分析結(jié)構(gòu)的溫度效應(yīng)。通過對施工階段分析，采取分段施工措施后，框架柱位移很小，同時(shí)應(yīng)力比也在控制范圍內(nèi)。通過對使用階段的分析，溫度作用并不占主導(dǎo)作用，溫度作用所占比例很小。

8）針對本工程中的大跨度懸挑結(jié)構(gòu)，在復(fù)核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形的情況下，同時(shí)校核結(jié)構(gòu)舒適度，計(jì)算結(jié)果滿足要求；針對建筑立面弧形造型要求，采用斜鋼柱作為豎向承重結(jié)構(gòu)和墻面支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)對所有斜柱進(jìn)行不同地震水準(zhǔn)下的性能目標(biāo)分析，計(jì)算結(jié)果表明斜柱具有良好的抗震性能。

9）針對屋面大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)，采用平面管桁架結(jié)構(gòu)方案，設(shè)置2個(gè)方向的主次桁架；屋面桁架布置依據(jù)建筑屋面造型確定，所有桁架支撐在剪力墻和框架柱頂；通過設(shè)置桁架水平支撐，使桁架具有良好的穩(wěn)定性能，非線性穩(wěn)定分析結(jié)果表明，屋蓋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性遠(yuǎn)高于規(guī)范要求。對大跨屋面空間結(jié)構(gòu)中個(gè)別關(guān)鍵構(gòu)件的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算，增加關(guān)鍵構(gòu)件及其附件構(gòu)件的冗余度。

5 結(jié)語

通過合理的結(jié)構(gòu)方案選型、結(jié)構(gòu)布置、不同計(jì)算軟件和計(jì)算模型的分析與對比，結(jié)構(gòu)位移比、位移角、剪重比、穩(wěn)定性、塔的舒適度、構(gòu)件應(yīng)力比及構(gòu)件設(shè)計(jì)等均滿足規(guī)范要求。通過對結(jié)構(gòu)超限采取相應(yīng)措施，結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。