孟范輝，張金海 （天津大學建筑設計規(guī)劃研究總院有限公司，天津 300073）

1 工程概況

華北理工大學新校園選址于唐山灣生態(tài)城北部，唐山港曹妃甸港區(qū)和京唐港區(qū)之間，與曹妃甸工業(yè)區(qū)毗鄰。會堂位于校園的北島之上，東北西三面為湖水環(huán)繞，是學校的標志性建筑之一。校園總體效果圖如圖1所示。項目總建筑面積11187m2?？傋粩?shù)是1411個。其主要功能為劇場、演出用。結構主體高度23.50m，地上三層。一、二層層高為4.5m，三層層高為5.3m。會堂效果圖如圖2所示。

圖1 華北理工大學新校區(qū)總體效果圖

圖2 會堂全景效果圖

會堂采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結構體系，樓層采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁板結構。屋面采用鋼網架輕鋼屋面結構。根據(jù)建筑功能及效果要求，入口正面幕墻要求通透、傾斜。幕墻龍骨結合主體鋼結構整體設計，結構采用鋼梁和圓鋼管柱。會堂正立面效果圖如圖3。建筑平立剖面如圖4，5。

圖4 建筑平面圖

圖5 建筑剖面圖

根據(jù)工程地質勘查報告，本工程所在場地為Ⅲ類建筑場地?；A采用預應力管樁基礎形式，樁徑為500mm，樁長24m，單樁豎向承載力特征值Ra=1000kN。基礎采用柱下獨立承臺，墻下采用條形承臺，承臺厚度1.0m～1.5m。

2 工程結構設計及分析

2.1 設計參數(shù)

設計室內地坪±0.000m相對于國家85高程4.911m，結構的設計使用年限為50年，建筑結構的安全等級為二級，建筑地基基礎設計等級均為丙級。建筑耐火等級為二級。

本地區(qū)抗震設防基本烈度為7度0.15g，根據(jù)唐山市抗震設防管理中心出具的《關于唐山灣生態(tài)城河北聯(lián)合大學新校園建設工程的抗震設防要求審批意見書》（唐抗震審[2014]10號）文件，（河北聯(lián)合大學后更名為華北理工大學），針對華北理工大學校園抗震設計標準按照8度0.2g進行抗震設計，按8度0.2g采取抗震措施和抗震構造措施。設計地震分組為第二組。根據(jù)建筑使用功能的重要性分類，本工程的抗震設防類別為重點設防類[1]。

2.2 基礎設計

本工程為框架-剪力墻結構，按照8度0.2g進行抗震設計，高烈度地震作用下柱底易出現(xiàn)拉力，尤其剪力墻下極易出現(xiàn)拉力。本工程考慮經濟性仍采用預應力管樁基礎，根據(jù)計算在出現(xiàn)拔力的墻柱下采用管樁灌芯抗拔樁精確布樁，樁拔力分布情況如圖6，陰影范圍為樁出現(xiàn)拔力的分布范圍區(qū)域，管樁管芯長度和鋼筋計算參照文獻[2][3]。

圖6 樁拔力范圍分布圖

會堂通風系統(tǒng)采用在看臺下面靜壓箱設計，看臺下面局部地下室，需采取抗浮措施設計采用15m長的預應力抗拔管樁間距3m正方形均勻布置來抵抗水浮力。

舞臺表演區(qū)無地下室，對場地回填土沉降要求相對嚴格，為確?；靥钔临|量，設計采用240mm厚頁巖實心磚分倉回填夯實，分倉尺寸不大于3.5mx3.5m，回填土采用2:8灰土回填，壓實系數(shù)不小于0.94，并設置200mm厚鋼筋混凝土剛性地面，配置雙層雙向通長鋼筋網片。

2.3 結構設計

2.3.1 結構設計特點

建筑方案效果為橢圓形結構，屋頂為整體鋼網架，結構典型長軸總長度100m左右，短軸總長度77m左右，結構的特殊性無法使用結構縫斷開，設計時應考慮溫度影響。

由于會堂使用功能的特殊性，空間性為主，看臺，舞臺等都不在同一結構標高，造成結構樓板多處不連續(xù)，層的聯(lián)系性不強。為保證結構的整體剛度，選用框架-剪力墻結構，主要在樓梯間交通盒處布置剪力墻，保證各連續(xù)樓板局部區(qū)域的剛度均勻，形成多個筒體，從而達到增強整體結構剛度。南側主入口外圍是通透幕墻效果，結構結合幕墻龍骨設計成鋼框架結構，采用型鋼梁、圓鋼管柱。墻柱布置及結構平面布置圖如圖7～圖10。

圖7 墻柱平面圖

圖8 標高4.450處平面圖

圖9 標高8.950處平面圖

圖10 標高14.300處平面圖

會堂主入口外圈是14m通高的幕墻，且向外傾斜，傾斜角度為9°。結合幕墻的通透效果，采用鋼結構斜柱、弧梁與幕墻龍骨結合一體設計，與混凝土主體結構整體建模分析，協(xié)調受力。分析模型如圖11。

圖11 斜柱、弧梁模型圖

2.3.2 整體結構分析

本工程采用PMSAP和YJK兩種軟件對結構進行分析。結構的整體模型如圖12所示。結構的整體計算指標對比如表1。

結構整體計算指標對比 表1

圖12 結構整體計算模型

從表1中可以看出，主樓整體結構采用兩個程序計算的主要指標是基本吻合的，且各項指標均滿足規(guī)范[3]要求。

為避免因為樓層側向剛度的不均勻，可能會出現(xiàn)“鞭梢效應”，影響結構的安全，采用彈性時程分析法對該結構進行多遇地震作用下的抗震性能補充分析。選取1條人工波和2條天然波，時程曲線選用滿足規(guī)范要求[4][5]。分析結果取包絡值。分析結果見表2。

時程分析法和CQC法層間剪力分析結果對比 表2

由上表可知：時程分析法的層間剪力均小于CQC法，故反應譜分析是安全的。

2.3.3 結構關鍵部位分析

本工程多處樓板不連續(xù)，對于樓板薄弱部位應應進行詳細分析，設計時將樓板定義為彈性板，使計算模型更加符合樓板平面內的實際受力，通過增加板厚、根據(jù)詳細分析結果設置雙層雙向拉通筋，增強樓板的整體傳力性。樓板的詳細分析應力如圖13。

圖13 樓板應力分析圖

二層看臺挑出跨度為7m，結構利用階梯形看臺在框架處挑出三角桁架，整體建模計算，并對三角桁架單獨詳細分析，根據(jù)應力分布及詳細配筋分析進行設計，保證結構的安全性?？磁_的應力分析如圖13。從分析圖(a)中知最大恒載下變形為5mm，遠小于規(guī)范限值；圖(b)看出三角桁架下弦梁上部受壓，根部受拉，拉壓應力均小于混凝土強度；圖（c）、（d）看出三角桁架上弦斜桿受拉彎，下弦桿受壓彎，上弦桿故應全長配置通筋，且應滿足裂縫配筋，看臺的施工詳圖如圖14。

圖14 看臺詳細分析圖

圖15 看臺施工詳圖

3 結語

①主體結構采用框架剪力墻結構，保證各連續(xù)樓板局部區(qū)域的剛度均勻，形成多個筒體，從而增強整體結構剛度。

圖16 施工過程中照片

②外圈幕墻通透效果，且向外傾斜，設計采用鋼結構斜柱、弧梁與幕墻龍骨結合一體設計，與混凝土主體結構整體建模分析，協(xié)調受力。

③對關鍵部位樓板和看臺桁架詳細分析，根據(jù)分析結果進行設計，保證結構安全。