某秀場結(jié)構(gòu)設(shè)計及分析

楊德圣，劉金鳳

（中國中元國際工程有限公司，北京100089）

1 工程概況與結(jié)構(gòu)設(shè)計

該秀場位建筑面積18470m2，地下1 層，地上4 層。地下室層高5.70m，地上層高分別為5.40m、6.00m、5.40m、5.40m，結(jié)構(gòu)總高度22.20m。效果圖如圖1 所示。該秀場為框架結(jié)構(gòu)，3 層屋面和秀場中央屋蓋采用雙向鋼桁架。設(shè)計使用年限為50 年，基本雪壓按100 年重現(xiàn)期考慮，建筑結(jié)構(gòu)安全等級為二級，抗震設(shè)防類別為乙類，抗震設(shè)防烈度為7（0.1g）度，設(shè)計分組為第一組，場地類別為II 類，設(shè)計特征周期0.35s，框架抗震等級為一級[1]。

1.1 超限問題及采取的措施

該秀場樓板不連續(xù)、扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、設(shè)有局部斜柱和轉(zhuǎn)換，屬于特別不規(guī)則建筑。經(jīng)論證，對框架斜柱及鋼桁架支撐柱、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)支撐柱采用性能化設(shè)計，多遇地震采用反應(yīng)譜法按彈性設(shè)計，層間位移角滿足1/550 的限值；設(shè)防地震采用反應(yīng)譜法按抗剪彈性、抗彎不屈服進行設(shè)計；罕遇地震采用反應(yīng)譜法及彈塑性時程法進行抗剪不屈服、抗彎不喪失承載能力驗算。

1.2 斜柱

為滿足造型要求、減少懸挑長度，前后場及結(jié)構(gòu)兩側(cè)設(shè)置斜柱，斜柱不僅滿足受力要求，也要滿足混凝土梁錨固要求。斜柱計算長度取傾斜長度，設(shè)計時箍筋全長加密[2]。

1.3 3 層雙向鋼桁架

為滿足首層籃球訓(xùn)練場的空間要求，3 層屋面采用雙向鋼桁架，縱橫向跨度分別為40.20m、44.00m；縱向6 道桁架，有7.00m、7.20m、8.40m 3 種橫向距離，縱向單榀桁架大樣如圖1 所示；橫向4 道桁架，單榀桁架縱向中心距離均為8.40m，橫向單榀桁架大樣如圖2所示。圖3 為該層與上一層結(jié)構(gòu)體型收進的2 層處通高鋼桁架，減少了剛度突變帶來的不利影響。桁架上弦轉(zhuǎn)換起柱位置須在桁架的節(jié)點處，且平面內(nèi)需增加垂直于桁架方向的次梁[3]。桁架高度3.73m，桿件選取H 形截面，桁架桿件參數(shù)如表1 所示。

圖1 縱向單榀桁架大樣

圖2 橫向單榀桁架大樣

圖3 2 層通高桁架大樣

表1 3 層雙向桁架桿件參數(shù)mm

1.4 大跨度屋蓋雙向鋼桁架及馬道

大跨度屋蓋是由雙向鋼桁架組成的為雙面坡，縱橫向跨度分別為54.60 m、54.80m；縱向6 道桁架，單榀桁架有7.00m、7.20m、8.40m 3 種中心距離，縱向單榀桁架大樣詳見圖4；橫向有5 道桁架，單榀桁架有8.40m、10.50m 兩種中心間距，橫向單榀桁架大樣詳見圖5，桿件參數(shù)如表2 所示。桁架下弦平面上放置燈光、音響、舞臺機械等附屬設(shè)施，設(shè)置供工作人員在高空行走和工作的馬道[4]。

圖4 縱向單榀桁架大樣

圖5 橫向單榀桁架大樣

表2 大跨度屋蓋雙向鋼桁架桿件參數(shù)mm

2 計算分析

采用YJK 對該秀場進行計算分析，豎向構(gòu)件承載力按嵌固端在基礎(chǔ)頂和首層2 種工況包絡(luò)設(shè)計。用嵌固位置在首層模型對框架斜柱及鋼桁架支撐柱、屋蓋鋼結(jié)構(gòu)支撐柱進行中大震性能化設(shè)計。分析時，樓板采用彈性膜的計算假定。后采用Midas Gen 進行分析和復(fù)核。

表3 和表4 給出了YJK 和Midas Gen 軟件計算分析結(jié)果的對比，從表3 可以看出2 種軟件計算的結(jié)構(gòu)自振周期相差不大，第一周期和第二周期均分別為 向、 向的平動，第三周期均為扭轉(zhuǎn)，第一扭轉(zhuǎn)周期與第一平動周期的比值分別為0.70、0.71，結(jié)果較為一致。由表3 可以看出結(jié)構(gòu)層間位移角均滿足規(guī)范1/550 的限值。整體指標均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

采用Midas Gen 軟件分別對3 層雙向鋼桁架、大跨度屋蓋雙向鋼桁架進行桿件應(yīng)力分析及撓度計算。前者上弦桿、下弦桿、腹桿最大應(yīng)力比分別為0.80、0.54、0.75，后者上弦桿、下弦桿、腹桿最大應(yīng)力比分別為0.71、0.88、0.71。二者Z 向最大位移分別為28.1mm、63.8mm，均小于規(guī)范要求的變形容許值l/400（l 為計算跨度）。

表3 YJK 和Midas Gen 結(jié)構(gòu)周期對比

表4 YJK 和Midas Gen 位移對比

3 結(jié)論

對本文的研究總結(jié)如下：

1）針對該秀場存在的超限問題，對結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵構(gòu)件采用了性能化設(shè)計。

2）對斜柱采用正確的計算長度，設(shè)計時箍筋全長加密。斜柱不僅滿足受力要求，也要滿足混凝土梁錨固要求。

3）采用YJK 軟件對結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件進行性能化設(shè)計，用Midas Gen 進行分析和復(fù)核，整體指標均滿足規(guī)范要求，結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能。

4）對3 層、屋蓋大跨度雙向鋼桁架進行桿件應(yīng)力分析及撓度計算，證明滿足規(guī)范要求。