崇左市會(huì)展中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賴玲利，龐少華

(廣西華藍(lán)設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司，廣西南寧530011)

1 工程概況

崇左市會(huì)展中心位于崇左市德天路與龍峽山路交匯處市政府旁邊，總建筑面積1.4×104m2。建筑功能有劇場(chǎng)演出、展覽、會(huì)議、商務(wù)、新聞發(fā)布等會(huì)場(chǎng)。建筑平面長(zhǎng)104.8 m 、寬74 m，展廳屋面高19.5 m，劇場(chǎng)屋面高28.2 m；局部地下一層，層高3.9 m，為地下車庫(kù)及設(shè)備用房。展廳、會(huì)議、商務(wù)部份共3層，一層層高5.1 m，主要功能為展廳、貴賓接待室、庫(kù)房等；二層層高4.8 m，主要功能為展廳、商務(wù)會(huì)議室；東側(cè)劇場(chǎng)為900人座中型劇場(chǎng)、鏡框式舞臺(tái)、兩層觀眾廳等；三層層高5.4 m，主要功能為商務(wù)會(huì)議室。項(xiàng)目的效果圖如圖1所示。

圖1 崇左市會(huì)展中心透視圖

因建筑設(shè)計(jì)將劇場(chǎng)、會(huì)議商務(wù)、展廳等多種功能綜合在一個(gè)單體建筑中，出現(xiàn)中庭、劇場(chǎng)躍層、樓板開(kāi)洞不連續(xù)、層高不同、大跨度樓蓋、大跨度鋼結(jié)構(gòu)屋蓋、大跨度懸挑觀眾席樓座等平面和豎向的不規(guī)則。主結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中選用了若干適用技術(shù)措施，以低成本及多種結(jié)構(gòu)形式混用的方式以滿足建筑功能的要求。此外如何通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置和加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性能來(lái)滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗震性能，是本項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

本工程抗震設(shè)防分類為重點(diǎn)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(jí)二級(jí)，50 a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(qiáng)度等級(jí)均為C30～C40，鋼筋采用HRB400，鋼材采用Q345B及1860級(jí)鋼絞線。設(shè)計(jì)荷載均按現(xiàn)行荷載規(guī)范進(jìn)行取值。

2 巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，考慮施工的方便及可靠性和結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性，采用鋼筋混凝土柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，以灰?guī)r③為持力層，場(chǎng)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(diǎn)方能做基礎(chǔ)持力層；部分基坑經(jīng)開(kāi)挖較大深度后仍未發(fā)現(xiàn)持力層(如舞臺(tái)后側(cè)部分的基坑)，開(kāi)挖深度大于6.0 m后仍然沒(méi)有到達(dá)③石灰?guī)r，后經(jīng)勘察單位確認(rèn)現(xiàn)狀持力層承載力特征值fak=170 kPa；設(shè)計(jì)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(jì)在施工過(guò)程中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定了基礎(chǔ)的處理措施，但每個(gè)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7～10 m，采用獨(dú)立基礎(chǔ)，現(xiàn)場(chǎng)逐一核準(zhǔn)每一基礎(chǔ)標(biāo)高、尺寸，避免了采用樁基的施工難度。

3 不規(guī)則平面、超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)長(zhǎng)104.8 m、寬74 m，平面不規(guī)則，存在開(kāi)大洞和樓板不連續(xù)的情況，樓面亦存在高差、錯(cuò)層。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中通過(guò)調(diào)整結(jié)構(gòu)布置、加強(qiáng)薄弱部位的連接及周邊梁板的配筋，采用彈性板計(jì)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)構(gòu)超長(zhǎng)，為了解決混凝土收縮應(yīng)力等帶來(lái)的不良影響，在平面內(nèi)設(shè)置了后澆帶，并加強(qiáng)了構(gòu)件配筋。結(jié)構(gòu)的平面布置如圖2所示。

圖2 二層平面結(jié)構(gòu)布置

4 大跨度混凝土樓蓋設(shè)計(jì)

展廳、大型會(huì)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(qiáng)度、變形要求，采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁。梁截面尺寸400×900，跨高比約1/20，預(yù)應(yīng)力梁?jiǎn)蜗虿贾?，梁間距為2.5 m。采用預(yù)應(yīng)力梁的優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單、變形小。典型預(yù)應(yīng)力梁施工圖如圖3所示。

(a)預(yù)應(yīng)力梁YKL204鋼絞線定位 (b)預(yù)應(yīng)力梁YKL211(1)鋼絞線定位

(c)鋼鉸線固定端構(gòu)造大樣

(d)鋼鉸線張拉端構(gòu)造大樣

圖3 預(yù)應(yīng)力梁

主體完工后預(yù)應(yīng)力部分的實(shí)景如圖4所示，整個(gè)樓蓋呈現(xiàn)出一種結(jié)構(gòu)之美，梁截面整齊劃一，梁沿一個(gè)方向布置時(shí)縱向可走噴淋管，有效滿足凈高需要。

圖4 20 m跨度預(yù)應(yīng)力梁展廳施工完成圖

1～4層展廳、兩邊門(mén)廳部分框架跨度為14.2 m，柱距為8.2～12.6 m不等。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，在此跨度以內(nèi)可以不采用預(yù)應(yīng)力，簡(jiǎn)單采用單向密肋梁樓蓋予以實(shí)現(xiàn)。梁高為900 mm，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(shí)預(yù)先垂直向上起拱，最后計(jì)算發(fā)現(xiàn)梁配筋并不大，僅1.2%左右，在經(jīng)濟(jì)配筋率范圍之內(nèi)。密肋梁的布置如圖5所示。

圖5 密肋單向樓蓋局部平面布置

5 鋼結(jié)構(gòu)屋蓋設(shè)計(jì)

劇場(chǎng)屋蓋橫向跨度30 m、長(zhǎng)30 m，舞臺(tái)頂屋蓋寬30 m、進(jìn)深20 m。從便于施工、經(jīng)濟(jì)節(jié)省的角度來(lái)考慮，觀眾席及舞臺(tái)屋蓋采用鋼管桁架+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(shí)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(tái)鋼屋蓋下懸掛演出設(shè)備的鋼構(gòu)格柵，作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)。

采用鋼桁架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是自重輕，設(shè)備管道等可以從桁架中間穿過(guò)，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(jiǎn)明、清晰的表達(dá)方式以便于施工。鋼構(gòu)件的設(shè)計(jì)連接充分考慮減低施工難度。實(shí)際施工反映效果良好，鋼結(jié)構(gòu)施工安裝沒(méi)有施工難度，鋼桁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。

圖6 觀眾廳鋼結(jié)構(gòu)屋蓋平面布置

劇場(chǎng)屋蓋采用鋼結(jié)構(gòu)桁架(圖6)，為滿足劇場(chǎng)的隔聲要求采用鋼筋混凝土屋面板。劇場(chǎng)屋面離地面標(biāo)高為19.4 m、28.2 m，采用普通模板現(xiàn)澆樓面的方式，其高空模板施工代價(jià)過(guò)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。

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(gè)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(pán)供應(yīng)的熱軋帶肋鋼筋(HRB400)或冷軋帶肋鋼筋(CRB550級(jí))；腹桿采用成盤(pán)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、美觀環(huán)保、選材經(jīng)濟(jì)、綜合造價(jià)低、板型豐富等優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目采用的鋼筋桁架樓承板如圖7所示。

樓承板型號(hào)鋼筋編號(hào)上弦鋼筋下弦鋼筋腹桿鋼筋桁架高度ht/mm底模鋼板樓板厚度h/mm施工階段最大無(wú)支撐跨度/mm簡(jiǎn)支板TD4-701010?4.5700.5mm厚鍍鋅板1002500TD7-801212?5.5800.5mm厚鍍鋅板1103000

圖7 鋼筋桁架樓承板

6 計(jì)算分析

6.1 SATWE彈性反應(yīng)譜計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件主要采用SATWE進(jìn)行計(jì)算。在彈性階段各項(xiàng)指標(biāo)均在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，其中前三個(gè)周期為T(mén)1=0.78 s，T2=0.75 s，T3=0.67 s，X方向位移比為1.14，Y方向的位移比為1.22。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看，雖然平面較為不規(guī)則，但可通過(guò)樓面加強(qiáng)，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。

6.2 彈性時(shí)程分析結(jié)果

由于平面不規(guī)則，設(shè)計(jì)時(shí)采用了SATWE進(jìn)行了小震作用下的彈性時(shí)程分析。根據(jù)抗震規(guī)范，加速度峰值取18 cm/s2，通過(guò)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(shí)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(shí)X方向和Y方向

剪力分別為5 003 kN和4 163 kN，而彈性時(shí)程分析方法得出結(jié)果分別為5 820 kN和4 710 kN，結(jié)果相近。

6.3 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(duì)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8所示。罕遇地震性能控制點(diǎn)對(duì)應(yīng)的x方向結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移為30.6 mm，此時(shí)基底剪力約為20 346 kN，約為小震時(shí)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(shuō)明結(jié)構(gòu)在罕遇地震下也能保證足夠的承載力和剛度。

設(shè)計(jì)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(guò)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(shuō)明樓板對(duì)于結(jié)構(gòu)抗震性能的貢獻(xiàn)比較顯著，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采取措施減小樓板開(kāi)洞對(duì)結(jié)構(gòu)整體性能的影響。

圖8 靜力彈塑性分析能力譜與需求譜

7 結(jié)束語(yǔ)

崇左市會(huì)展中心面積不大，但是如何通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、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(jì)必須考慮的問(wèn)題。設(shè)計(jì)中必須對(duì)平面和豎向進(jìn)行優(yōu)化，使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(jì)思路可供同類建筑參考。

[1] GB 50011-2010 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

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