周 楊,劉亞燦,羅 俊

(中機中聯(lián)工程有限公司,重慶 400039)

1 工程概況

某大型主題游樂園，由多個單建式游樂園場館組成，均為室內游樂園，總建筑面積約30萬m2，項目整體效果圖如圖1所示。本文以23號場館(如圖2所示)為例，該單體為地上2層的鋼筋混凝土框架結構，主體結構高度15 m，其中1層層高7.1 m，2層層高7.9 m，外包造型最高處高度為37 m，本單體屬于標準設防類，抗震設防烈度為6度，場地類別為Ⅱ類，特征周期0.35 s，抗震等級為四級，其中大跨度框架(跨度不小于18 m)抗震等級為三級[1]。

2 荷載取值

游樂園類建筑創(chuàng)意獨特、造型高大、空間關系復雜，荷載取值對結構設計非常重要。

2.1 高聳尖塔荷載

本場館屋面存在多個高聳尖塔類造型，設計時可采用估算方法折算為靜力等效樓面荷載。按照平均120 mm厚TCP外包裝估算，包括鋼筋網(5 kg/m2)、噴塑水泥(240 kg/m2)、1.5 m以內的次龍骨結構(100 kg/m2)，外包裝荷載按3.5 kN/m2考慮，視外包裝造型復雜程度適當增加，內部主鋼結構按1.5 kN/m2考慮，塔樓投影面積內樓面荷載按式(1)估算。

p=(3.5+1.5)×L×H÷S

(1)

其中，L為塔樓平均周長，m；H為塔樓高度，m；S為塔樓投影面積，m2。

主要尖塔造型編號詳見圖3，尖塔等效樓面荷載如表1所示。

表1 主要尖塔造型等效樓面荷載

特別需要注意等效樓面荷載無法考慮尖塔剛度和質量分布對主體結構影響，尤其是水平風荷載和地震作用影響無法考慮。所以，還必須采用組裝尖塔造型模型(如圖4所示)整體計算分析。

2.2 房間活荷載

功能性房間使用活荷載按照GB 50009—2012建筑結構荷載規(guī)范[2]取值，部分功能區(qū)域考慮大型主題游樂園業(yè)態(tài)豐富、道具多、人流排隊密集程度高、等候時長等不確定因素，對使用活荷載予以適當放大。具體取值詳見表2。

表2 房間樓面活荷載 kN/m2

2.3 吊頂荷載

對于主演區(qū)、商店、走廊、排隊區(qū)及餐廳應考慮其吊頂荷載。吊頂荷載應結合建筑功能和業(yè)主要求確定。本單體吊頂采用80 mm厚TCP，自重為2.06 kN/m2，不滿掛，只考慮一半荷載1 kN/m2，龍骨為0.25 kN/m2，設備管線為1 kN/m2，吊頂荷載按2.5 kN/m2取值。

2.4 墻體荷載

排隊區(qū)、主演區(qū)墻體根據建筑功能、隔音減噪等要求，構造層次和做法不一樣，應分別統(tǒng)計計算。比如迎客面墻體按照80 mm厚TCP考慮，重量為2.06 kN/m2，外墻考慮彩繪裝飾面荷載1 kN/m2，布置高度按照全墻高考慮，范圍如圖5所示。墻體線荷載計算公式及結果見表3。

3 結構分析

3.1 結構性能化目標

本子項進行性能化分析，性能化目標及構件類型分類詳見表4，圖6。

表3 特殊墻體荷載

表4 性能化目標

3.2 多遇地震作用下結構對比分析

多遇地震作用下軟件計算結果見表5。

表5 多遇地震作用下軟件計算結果

由表5計算結果可以看出，兩者總質量相近，自振周期、底層地震剪力及傾覆力矩相差在10%以內，位移角相差在10%～15%之間，等效荷載模型的位移角大于組裝模型。經過分析，造成該結果的原因是由于等效荷載模型將所有尖塔鋼結構荷載全部集中于屋面層，其CQC計算得到的地震層剪力較大，導致位移角增大。所以，等效荷載模型在前期設計階段具有一定的參考性，后期施工圖階段需采用組裝尖塔造型整體模型計算分析，按兩種模型計算結果包絡設計。

3.3 外表面造型與主體結構空間關系

3.3.1 外表面鋼結構模型建立

外包裝造型較為復雜，內部鋼結構設計需結合外包裝造型確定，以1號尖塔造型為例，通過外包裝立面圖，確定主鋼結構外輪廓線(見圖7)，本項目控制外表皮與主鋼結構的距離在100 mm～300 mm之間，以便于外包裝后期的安裝，主鋼結構輪廓確定后，在3D3S中建立三維空間模型(見圖8)，模型支座采用固定鉸支座，通過計算確定桿件截面及布置方式。

3.3.2 外包裝和主體空間關系復核與修正

外包裝鋼結構與主體結構的空間關系較為復雜，通過傳統(tǒng)的二維設計難以對外包裝鋼結構進行定位，故本項目采用Rhino軟件將主體結構的BIM模型、外包鋼結構的3D3S模型及外包裝表皮模型組合(見圖9，圖10)，從而對外包裝與主體的空間關系進行復核和修正[3]，具體流程詳見圖11。

3.3.3 外包裝鋼結構與主體結構連接

通過Rhino的三模合一模型，將鋼結構柱腳節(jié)點位置導入CAD平面圖形中(見圖12)，則可以精確的定位外包裝鋼結構與主體結構的連接點，為確保鋼結構與主體結構的可靠連接，本項目采用外露式柱腳，預埋件設置于屋面的反梁中(見圖13)，鋼結構荷載通過反梁與樓板傳至主體結構的梁柱上[4]。

墻面埋件分為兩個部分，對于特定造型的鋼結構定位通過Rhino實現，其余外墻位置考慮外包裝造型施工的不確定性，可能會設置凸出表面的GRC預制件，故對外墻的圈梁構造柱按2 m～3 m的間距加密設置，并在圈梁構造柱上按2 m左右的間距設置分布預埋件(見圖14)。墻面埋件詳圖如圖15所示。

4 基礎設計

4.1 基礎選型

根據地勘報告，本項目以中風化灰?guī)r為持力層，基巖埋深約為5 m，故采用機械成孔樁，并在首層設置結構底板。地勘報告描述中表明，中風化灰?guī)r屬可溶性巖類，如樁底3倍樁徑或5 m范圍存在巖溶，則必須將樁基礎穿過溶洞，將樁底置于溶洞以下的穩(wěn)定中風化巖層中[5]。

4.2 基礎設計要點

根據游樂設備廠家提供的設備資料(見圖16)，需設置設備基礎，由于游樂設備較大，使用過程中會產生較大振動，為防止游樂設備運行過程中的振動對主體結構產生影響，將設備基礎設計為樁筏形式，并與主體結構基礎設縫脫開處理(見圖17),并且考慮游樂館首層有較多設備房間及管線，故將基頂標高降至-1.1 m，在-0.1 m位置通過梁上柱加小梁的方式設置結構板，設備房間及管線溝局部降板處理[6]。

5 結論

1)對于高聳造型荷載提出了估算公式，經對比分析估算結果合理，可供參考；主題樂園房間使用活荷載應適當放大；吊頂、墻面荷載應仔細計算。

2)結構分析應采用整體建模計算分析，考慮尖塔造型對主體結構影響。

3)造型復雜的外包裝鋼結構與主體結構空間關系可采用Rhino軟件進行復核。

4)大型游樂園均有大型娛樂設備，地基和基礎應充分考慮設備安裝、運行的影響。

目前，本項目主體結構與埋件已施工完畢，進入外包裝施工階段。