商群濤

奧意建筑工程設(shè)計有限公司 廣東深圳 518000

摘要：本文根據(jù)工程實例對某公共建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的多種解決方案，在不同部位能較好地滿足建筑功能的需求，供同行借鑒參考。

關(guān)鍵詞：公共建筑；結(jié)構(gòu)設(shè)計

一、工程概況

本工程為單體建筑，總建筑面積1.4x104m2。建筑內(nèi)部由劇場、會議商務(wù)、展廳等功能組合而成。由于建筑功能的多樣化，出現(xiàn)躍層或?qū)痈卟煌?、大跨度樓蓋等平面及豎向均不規(guī)則的現(xiàn)象。主結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，業(yè)主要求要以低成本及多種結(jié)構(gòu)形式混合來達(dá)到建筑功能的要求。本項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計重點是如何通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置和加強結(jié)構(gòu)整體性能來滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震性能。工程抗震設(shè)防分類為重點設(shè)防類，抗震設(shè)防烈度6度，抗震措施7度，框架的抗震等級二級，50a一遇的基本風(fēng)壓0.35 kN/m2，地面粗糙度類別B類；風(fēng)荷載體型系數(shù)1.3，鋼筋混凝土強度等級均為C30一C40，鋼筋采用HRB400，鋼材采用Q345B及1860級鋼絞線。設(shè)計荷載均按現(xiàn)行荷載規(guī)范進(jìn)行取值。

二、巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計

考慮施工的方便及可靠性和結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟性，采用鋼筋混凝土柱下獨立基礎(chǔ)，場地處在石灰?guī)r溶地區(qū)，部份巖面高出基礎(chǔ)埋深的石灰?guī)r，需進(jìn)行鑿除；部分基礎(chǔ)位于巖層斷面處，且落差較大，需加大受力面積并用混凝土填平至最高點方能做基礎(chǔ)持力層；部分基坑經(jīng)開挖較大深度后仍未發(fā)現(xiàn)持力層（如舞臺后側(cè)部分的基坑），持力層承載力特征值 ；設(shè)計采用換填毛石混凝土的方法處理該部份基礎(chǔ)，嚴(yán)格控制相鄰基礎(chǔ)的沉降差滿足規(guī)范要求。設(shè)計在施工過程中根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定了基礎(chǔ)的處理措施，但每個基礎(chǔ)的埋深隨巖石面變化、處理措施均有不同。持力層變化大，巖面破碎，從局部巖面出露，到巖面深7～10m，采用獨立基礎(chǔ)，現(xiàn)場逐一核準(zhǔn)每一基礎(chǔ)標(biāo)高、尺寸，減少了樁基施工難度。

三、不規(guī)則平面、超長結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)長104.8 m，寬74 m，平面不規(guī)則，存在開大洞和樓板不連續(xù)的情況，樓面亦存在高差、錯層。結(jié)構(gòu)設(shè)計中通過調(diào)整結(jié)構(gòu)布置、加強薄弱部位的連接及周邊梁板的配筋，采用彈性板計算復(fù)核配筋等措施，保證結(jié)構(gòu)平面的剛度和整體性能。

此外，由于建筑立面及功能需要，平面內(nèi)不設(shè)置抗震縫和伸縮縫。但由于結(jié)面內(nèi)設(shè)置了后澆帶，并加強了構(gòu)件配筋。結(jié)構(gòu)的平面布置如圖1所示。

圖1 二層平面結(jié)構(gòu)布置

四、大跨度混凝土樓蓋設(shè)計

展廳、大型會議室的屋面為大跨度結(jié)構(gòu)，展廳的跨度為17.4 m，梁高限制900 mm。為滿足強度、變形要求，采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁。梁截面尺寸400 x 900，跨高比約1 /20，預(yù)應(yīng)力梁單向布置，梁間距為2.5 m。采用預(yù)應(yīng)力梁的優(yōu)點是施工簡單、變形小。典型預(yù)應(yīng)力梁施工圖如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力梁

主體完工后預(yù)應(yīng)力部分的實景如圖3所示，整個樓蓋呈現(xiàn)出一種結(jié)構(gòu)之關(guān)，梁截面整齊劃一，梁沿一個方向布置時縱向可走噴淋答，有效滿足凈高需要。

圖3 20m跨度預(yù)應(yīng)力梁展廳施工完成圖

1～4層展廳、兩邊門廳部分框架跨度為14.2 m，柱距為8.2～12.6 m不等。經(jīng)過對比分析，在此跨度以內(nèi)可以不采用預(yù)應(yīng)力，簡單采用單向密肋梁樓蓋予以實現(xiàn)。梁高為900mm，梁間距為2.1 m，在恒載和活載作用下梁的撓度不滿足要求，要求施工時預(yù)先垂直向上起拱，最后計算發(fā)現(xiàn)梁配筋并不大，僅1.2%左右，在經(jīng)濟配筋率范圍之內(nèi)。密肋梁的布置如圖4所示。

圖4 密肋單向樓蓋局部平面布置

五、鋼結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計

劇場屋蓋橫向跨度30m，長30m，舞臺頂屋蓋寬30m，進(jìn)深20 m。從便于施工、經(jīng)濟竹省的角度來考慮，觀眾席及舞臺屋蓋采用鋼管析架+支撐的鋼結(jié)構(gòu)屋蓋體系，屋面采用鋼筋桁架樓承板，滿足建筑隔音要求的同時也避免了高空支撐模板的困難。觀眾席鋼屋架下安裝懸掛面光橋，舞臺鋼屋蓋下懸掛演出設(shè)備的鋼構(gòu)格柵，作為一個整體進(jìn)行設(shè)計。

采用鋼桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是自重輕，設(shè)備管道等可以從桁架中間穿過，間接增加建筑空間。不占用建筑空間，在大跨度結(jié)構(gòu)中經(jīng)常使用。鋼桁架和混凝土樓板及周邊混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合部分構(gòu)造需考慮防水及建筑美觀。

鋼結(jié)構(gòu)的圖紙繪制應(yīng)采用簡明、清晰的表達(dá)方式以便于施工。鋼構(gòu)件的設(shè)計連接充分考慮減低施工難度。實際施工反映效果良好，鋼結(jié)構(gòu)施工安裝沒有施工難度，鋼析架采用地面拼裝完成，一次安裝就位，高空作業(yè)的工作量很少。

劇場屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)桁架（圖5），為滿足劇場的隔聲要求采用鋼筋混凝土屋面板。劇場屋面離地面標(biāo)高為19.4m，28.2m采用普通模板現(xiàn)澆樓面的方式，其高空模板施工代價過大，經(jīng)比較采用不需要模板支撐的鋼筋桁架樓承板，降低了施工難度并節(jié)省了高空支模成本。

圖5 觀眾廳鋼結(jié)構(gòu)屋蓋平面布置

鋼筋桁架樓承板是將樓板中的鋼筋在工廠采用設(shè)備加工成鋼筋桁架，并將鋼筋桁架與鍍鋅鋼板在工廠焊接成一體的組合模板。該模板系統(tǒng)是將混凝土樓板中的鋼筋與施工模板組合為一體，組成一個在施工階段能夠承受濕混凝土自重及施工荷載的承重構(gòu)件。在使用階段，鋼筋桁架與混凝土共同工作，承受使用荷載。鋼筋桁架樓承板上、下弦鋼筋采用成盤供應(yīng)的熱軋帶肋鋼筋（HRB400）或冷軋帶肋鋼筋（CRB550級）；腹桿采用成盤供應(yīng)的冷軋光圓鋼筋；底模采用鍍鋅鋼板，厚度常用為0.5 mm，雙面鍍鋅量不小于120 g /m2。鋼桁架樓承板具有技術(shù)領(lǐng)先、施工快捷、抗震、防火、防腐性能好、質(zhì)量穩(wěn)定、安全可靠、板底平整、關(guān)觀環(huán)保、選材經(jīng)濟、綜合造價低、板型豐富等優(yōu)點。本項目采用的鋼筋桁架樓承板如圖6所示。

圖6 鋼筋桁架樓承板

六、計算分析

（一）SATWE彈性反應(yīng)譜計算結(jié)果

結(jié)構(gòu)計算軟件卞要采用SATWE進(jìn)行計算。在彈性階段各項指標(biāo)均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，其中前三個周期為 ，X方向位移比為1.14，Y方向的位移比為1.22。從計算結(jié)果來看，雖然平面較為不規(guī)則，但可通過樓面加強，盡量調(diào)整豎向構(gòu)件布置等方式，結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)性能較好。

（二）彈性時程分析結(jié)果

由于平面不規(guī)則，設(shè)計時采用了SATWE進(jìn)行了小震作用下的彈性時程分析。根據(jù)抗震規(guī)范，加速度峰值取18 cm/S2，通過與反應(yīng)譜方法進(jìn)行比較，反應(yīng)譜方法分析出結(jié)構(gòu)X方向和Y方向最大層間位移角分別為1 /3 174及1 /2 175，而彈性時程分析方法得出結(jié)果為1/3 033和1/2 066，結(jié)果比較接近。在基底剪力方面，反應(yīng)譜方法分析時X方向和Y方向剪力分別為5003 kN和4163kN，而彈性時程分析方法得出結(jié)果分別為5820kN和4710kN，結(jié)果相近。

（三）靜力彈塑性分析結(jié)果

為了考察結(jié)構(gòu)在大震階段的表現(xiàn)，采用靜力彈塑性分析方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考察，所用軟件為EPDA&PUSH，采用第一振型的樓層剪力分布模式作為側(cè)推荷載模式，靜力推覆結(jié)果如圖7所示。罕遇地震性能控制點對應(yīng)的x方向結(jié)構(gòu)頂點位移為30.6 mm，此時基底剪力約為20 346 kN，約為小震時的4倍，最大層間位移角為1 /588遠(yuǎn)小于規(guī)范的1/100的限值。說明結(jié)構(gòu)在罕遇地震下也能保證足夠的承載力和剛度。

圖7 靜力彈塑性分析能力譜與需求譜

設(shè)計還分析了罕遇地震作用下塑性鉸的發(fā)展情況。隨著荷載一步一步增加，二層平面圖中右上角樓板削弱比較嚴(yán)重的周邊梁柱首先出現(xiàn)塑性鉸，隨后就是右側(cè)柱子不斷出現(xiàn)塑性鉸直至完全屈服，而在此過程中左側(cè)區(qū)域由于樓板比較連續(xù)，梁柱出現(xiàn)塑性鉸的不明顯。此結(jié)果進(jìn)一步說明樓板對于結(jié)構(gòu)抗震性能的貢獻(xiàn)比較顯著，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量采取措施減小樓板開洞對結(jié)構(gòu)整體性能的影響。

七、結(jié)束語

本公共建筑面積不大，但是如何通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、采用不同的技術(shù)以滿足建筑功能和結(jié)構(gòu)本身受力的需要是結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮的問題。設(shè)計中必須對平面和豎向進(jìn)行優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計除了保證建筑本身的安全和抗震需要之外，能更好地為建筑功能服務(wù)。本工程設(shè)計過程在建筑的不同部位混合采用不同結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計思路可供同類建筑參考。

參考文獻(xiàn)：

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[2]JGJ 3-2010高層建筑結(jié)構(gòu)混凝上結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]