北京室內(nèi)游樂館結構設計

韓 雪 趙中亞

(1.中國建筑科學研究院，北京 100013;2.中國遠達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，和局部原有結構間采用抗震縫分開，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)活動區(qū)，是北方冬季室內(nèi)游樂的最佳場所。

2 結構體系

本工程主體結構為框架結構，現(xiàn)澆混凝土樓板，屋蓋鋼桁架，基礎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級高度的限值(A級高度限值40 m)。基于以上因素，本工程采用框架結構體系。

3 結構規(guī)則性判別

結構規(guī)則性判別見表1。

表1 結構規(guī)則性判別表

本結構為不規(guī)則結構。

4 荷載分項系數(shù)

荷載分項系數(shù)見表2。

5 材料

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

6 屋蓋

屋面鋼桁架與下部主體結構承重柱采用鉸接，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 計算內(nèi)容和程序

本工程為大跨度空間結構，采用中國建筑科學研究院編制的PMSA(2010版)力學模型三維空間程序進行結構整體內(nèi)力計算，對主體結構的大梁、柱進行設防地震的不屈服和彈性補充計算。結構整體分析設計時，考慮雙向地震和豎向地震作用。

表2 荷載分項系數(shù)

本工程無地下室(只局部有)，故結構嵌固點為基礎頂面。

7.2 結構自振周期

結構自振周期見表3。

表3 結構自振周期

有效質(zhì)量參與系數(shù)兩個方向均達到90%以上，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值為0.10，滿足規(guī)范小于0.90的限值要求;第二平動周期與第一平動周期的比值為0.910，大于0.8，結構兩個方向振動特性相近。

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，計算滿足不大于規(guī)范1/550的限值要求。

8 性能化分析和設計

本工程屬于A級高度的多層，為更好保證結構設計滿足規(guī)范三水準設防要求，本工程采用性能的設計方法。

8.1 多遇地震作用下滿足的內(nèi)容

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

此階段結構處于彈性狀態(tài)，全部構件抗震承載力和層間位移滿足規(guī)范要求，根據(jù)不同的抗震等級采用荷載作用分項系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)。進行多遇地震下的結構計算，多遇地震計算時地震動參數(shù)按照規(guī)范取用。

8.2 設防地震作用下滿足的內(nèi)容

1)對結構超過12 m大梁進行設防地震不屈服設計和驗算，并按此進行配筋設計。計算時地震影響系數(shù)最大值取0.45。2)對結構支撐屋面的大柱進行設防地震彈性承載力驗算，并按此進行配筋設計。確認結構在更高性能點時的承載能力。3)不屈服、彈性設計的內(nèi)力調(diào)整和組合原則:a.不考慮強柱弱梁、強剪弱彎的地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，取1.0;b.抗震承載力按強度標準值計算;c.荷載組合作用分項系數(shù)、材料分項系數(shù)和抗震承載力調(diào)整系數(shù)均取1.0。采用PMSAP對結構進行設防地震不屈服設計和驗算。采用PMSAP對結構進行設防地震彈性不屈服承載力驗算。

8.3 罕遇地震作用下滿足的內(nèi)容

結構整體滿足規(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，計算滿足不大于規(guī)范1/50的限值要求。

9 基礎分析

9.1 計算軟件

中國建筑科學研究院編制的計算軟件JCCAD。

9.2 基礎選型

本工程高度25 m，一大層，建筑±0.000標高對應絕對高程為30.00 m。采用樁基礎，承臺頂標高－0.5 m，樁端持力層為8層卵石層，樁長大約30 m。

9.3 基礎控制參數(shù)

地基基礎設計等級:乙級;基礎設計安全等級:二級;基礎重要性系數(shù):1.0。

9.4 地基的承載力驗算

JCCAD的計算結果表明，在正常適用極限狀態(tài)下荷載效應的標準組合下，柱最大豎向力值為5 700 kN左右，基礎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 結語

1)中型室內(nèi)游樂館采用框架—鋼桁架結構，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，整個結構造價合理，是當代中型室內(nèi)游樂場所的合理先進的首選型式。

2)大于12 m梁采用中震不屈服驗算，對支撐屋面大柱采用中震彈性驗算，使結構的關鍵構件得到安全保證很有必要。

3)本工程達到預期性能目標，設計滿足規(guī)范要求。