蔣美麗 劉殿忠

1.吉林建筑大學設計研究院2.吉林建筑大學土木工程學院

某體育館整體分析的必要性

蔣美麗1劉殿忠2

1.吉林建筑大學設計研究院2.吉林建筑大學土木工程學院

傳統(tǒng)的建筑結構設計,一般是各類結構單獨作用分別考慮,例如將主體結構、圍護結構分別進行計算分析,這種方法不能反映圍護結構剛度對主體結構的貢獻及其在各種荷載作用下對主體結構的影響,也不能反應主體結構有限剛度對圍護結構的效應放大及連接界面處的彈性支承,存在一定的安全隱患。

主體結構；維護結構；整體建模；有限元軟件

1 工程概況

某體育館，主體為框架結構，地下一層，地上二層，各層層高為：地下室4.5米，一層4.5米，二層15.6米。屋面為網(wǎng)架結構，總建筑面積8470平方米?？拐鹪O防烈度7度，抗震等級三級，基礎形式為獨立基礎加防水板。

設計中需要考慮的主要問題如下：

(1)地下室頂板開有較大洞口，屋面為大跨度網(wǎng)架結構，為減小震害，必須控制結構的整體剛度，避免出現(xiàn)較大的扭轉效應；

(2)因建筑造型需要，兩端山墻位置在室外對稱設計了5根高度約20米的混凝土裝飾柱，截面尺寸為800×800，僅在頂部用跨度為3.5米的水平梁與主體結構相連。考慮到裝飾柱的高度較大，且位于室外，需要考慮冬夏兩季的溫差在混凝土構件內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應力。

(3)結構設計宜考慮兩種不同材料阻尼比對地震作用計算的影響；

2 結構的整體性分析

《建筑抗震設計規(guī)范》（GBJ 50011-2010）第3.4.3條的條文說明指出，“樓蓋周邊兩端位移不超過平均值2倍的情況成為剛性樓蓋，……計算扭轉位移比時，樓蓋剛度可按實際情況確定而不局限于剛度無限大假定。”本工程屋面為網(wǎng)架結構，且樓板開有較大洞口，故剛度指標計算時，不宜采用剛性樓板假定。在PK?PM中，屋面網(wǎng)架用100x100的虛梁簡化輸入，樓板厚度按50mm輸入，并定義為彈性膜，用彈性樓板假定計算結構整體剛度指標。計算結果表明，這些室外的混凝土柱因側向約束很少，層間位移角在1/900左右，層間位移比達到了1.8左右，但室內(nèi)其它框架柱的位移比均在1.2以內(nèi)。從結構整體空間振動簡圖可以明顯的看出，結構在X、Y兩方向的地震反應均為平動。為了進行驗證，在另一模型中將室外混凝土柱刪除后重新計算，結果表明，第1、2振型均為平動，主體結構的層間位移比均在1.2以內(nèi)。

計算結果說明雖然裝飾柱的位移較大，但主體結構在地震作用下的扭轉效應較小，屬于樓板局部不連續(xù)，但不屬于扭轉不規(guī)則，不必因為室外裝飾柱的局部位移比指標超限而提高抗震設防要求。但根據(jù)《抗規(guī)》3.4.4.第1.3款的規(guī)定，“平面不對稱且凹凸不規(guī)則或局部不連續(xù)，可根據(jù)實際情況分塊計算扭轉位移比，對扭轉較大的部位應采用局部的內(nèi)力增大系數(shù)?！币虼?，結構設計時，室外的裝飾柱的內(nèi)力及配筋應予以適當放大。本工程根據(jù)SATWE計算結果，將柱的內(nèi)力放大1.5倍后，對配筋結果進行手工復核。

3 結論

本工程梁與網(wǎng)架相連處的梁柱節(jié)點為半剛接，主體結構的側移剛度（尤其是層高較大的頂層）、網(wǎng)架的面內(nèi)剛度及支座的構造措施（固定或滑動）都將影響室外梁柱的溫度應力。

為簡化計算，可將梁、柱支座均簡化為固定端及鉸接端兩種情況，本工程結構實際的受力狀況將介于兩者之間。揭示了由上部鋼結構和下部混凝土結構組成的大跨空間結構傳統(tǒng)的上下部結構單體設計方法存在安全隱患,這種方法既不能反映上部結構剛度對整體結構的貢獻,也不能反映下部結構有限剛度對上部結構的效應放大;提出了上部結構對下部結構既有作用又有剛度約束,下部結構對上部結構既有支承又有效應放大,故需通過總裝分析整體結構。整體結構總裝分析的理念與方法對大跨空間結構的設計參考應用。

[1]CECS51－93.鋼筋混凝土連續(xù)梁和框架考慮內(nèi)力重分布設計規(guī)程[S].北京:中國計劃出版社,1993.

[2]GB 50010-2010.混凝土結構設計規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010(5).

[3]JG J3-2010.高層建筑混凝土結構技術規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011(6).

[4]GB 50009-2012.建筑結構荷載規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012(5).

The necessity of the overall analysis of a gymnasium

Traditional architectural design，General is the role of various types of structures were considered separately，F(xiàn)or example,the main structure,envelope structure were calculated and analyzed，This method can not reflect the contribution of the envelope stiffness to the main structure and its influence on the main structure under various loads,and can not reflect the effect of the finite stiffness of the main structure on the envelope structure and the elastic support at the connection interface,There is a certain security risk。

main structure,maintenance structure,overall mod?eling,finite element software

蔣美麗/（1983.2.20--）/性別:女/學歷:本科/職稱:中級工程師/

劉殿忠/性別:男/學歷:研究生/學位:博士/職稱:教授.