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摘要：影劇院由于其自身功能需求，結(jié)構(gòu)一般均較為復(fù)雜，應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的選型和平面、立面布置。本文以一實(shí)際工程為例，對(duì)影劇院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的一些問題以及處理問題的方法進(jìn)行探討分析。...

影劇院結(jié)構(gòu)抗震性能分析

敖  財(cái)  來朝輝  張杰

（1.陜西建工集團(tuán)總公司建筑設(shè)計(jì)院  710054  西安；2.陜西省建筑科學(xué)研究院  710082  西安：

3.西部建筑抗震勘察設(shè)計(jì)研究院  710054  西安）

    影劇院作為大型群眾性的活動(dòng)場(chǎng)所，建筑功能要求相對(duì)較為復(fù)雜，從而對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也造成了一定的難度。主要體現(xiàn)為其大空間及特殊功能的需求，導(dǎo)致了樓板的大范圍不連續(xù)性，結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則性以及豎向剛度分布的不均勻性。

    本文以一實(shí)際工程為例，利用SATWE（空間桿系模型）及PMSAP（組合有限元模型）兩種模型分別進(jìn)行抗震性能分析并進(jìn)行比較分析。

1、工程概況

    本工程位于陜西某縣，為該縣年度重點(diǎn)工程之一，是集文化娛樂、辦公為一體的大型公共建筑。該工程設(shè)防烈度為7度（0.15g），設(shè)計(jì)地震分組第二組，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類，場(chǎng)地特征周期0.40s，建筑抗震設(shè)防類別為重點(diǎn)設(shè)防類。建筑高度20.700m，建筑平面尺寸為78.5x39.8m，主體結(jié)構(gòu)采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系，觀眾廳屋面采用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。首層平面見圖1。根據(jù)建筑功能，結(jié)構(gòu)主要分為5個(gè)功能分區(qū)：影廳區(qū)、休息區(qū)、劇院觀眾廳、耳光區(qū)、舞臺(tái)及化妝彩排區(qū)。其中影廳區(qū)包括3層，1層為門廳，2層為小影廳，3層為辦公層；休息區(qū)包括4層，主要為疏散通道及休息功能；劇院觀眾廳為空曠大空間，兩側(cè)為休息區(qū)的疏散通道；耳光區(qū)包括5層，主要為舞臺(tái)提供燈光音響等功能；舞臺(tái)及化妝彩排區(qū)包括5層，含1層地下室，其中舞臺(tái)部分為通高結(jié)構(gòu)，并突出大屋面10m。剖面見圖2。

2、概念設(shè)計(jì)

    由于本工程自身的復(fù)雜性，概念設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中顯的尤為重要。在方案階段，首先選取了抗震性能較好的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）3.4.3條[1]，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的水平力作用下，樓層的最大彈性水平位移或（層間位移），大于該樓層兩端彈性水平位移（或?qū)娱g位移）平均值的1.2倍，另外樓板具有局部不連續(xù)性（開洞面積大于該層樓面面積的30%，且存在較大的樓層錯(cuò)層），屬于平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)具體情況對(duì)平面連接較弱的部位進(jìn)行加強(qiáng)，如在門廳和休息廳連接處的樓梯、大廳和舞臺(tái)

 圖1  影劇院首層平面布置圖

圖2  影劇院剖面圖

    角部設(shè)置鋼筋混凝土抗震墻（圖3框中所示），有效的解決了結(jié)構(gòu)的豎向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度不足的問題。

    中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院朱炳寅提出：對(duì)于劇場(chǎng)類結(jié)構(gòu)，由于其觀眾廳及舞臺(tái)一般比較空曠，而周邊框架及附屬用房等結(jié)構(gòu)相對(duì)剛度較大，當(dāng)采用空間分析程序計(jì)算時(shí)，觀眾廳及舞臺(tái)的框架有“偷懶”現(xiàn)象（實(shí)際分?jǐn)偟牡卣鹱饔煤苄。?/span>[2]，因此本工程采用平面模型將其中的內(nèi)部框架（圖4圈中所示）按單榀框架進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)。

    本工程舞臺(tái)頂部由于功能要求，比附屬房屋的高度要高出10m左右，且出屋面后為單跨框架，而另一方向?yàn)?/span>15.6m的大跨度框架。在地震作用下，該部位的彈性層間位移角和扭轉(zhuǎn)位移比均不能滿足規(guī)范的要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在臺(tái)口梁上每隔3.9m設(shè)置一道梁上柱，利用舞臺(tái)頂部臺(tái)口梁及上部屋面梁形成桁架轉(zhuǎn)換構(gòu)件，不僅解決了位移比超限的問題，還消除了該部位大跨梁的局部振動(dòng)過大的情況；對(duì)單跨部分采用設(shè)置斜桿對(duì)角支撐，使其達(dá)到規(guī)范的要求，如圖5所示。

3、分析結(jié)果

    通過上述一系列的概念設(shè)計(jì)，采用PMPM計(jì)算軟件進(jìn)行分析，根據(jù)SATWE及PMSAP分析得到的部分結(jié)果如圖6~圖13，通過對(duì)比可以看出兩種空間模型得到的結(jié)果較為接近，且均能滿足規(guī)范的要求。

    由于本工程具有多項(xiàng)不規(guī)則，屬于特別不規(guī)則的建筑。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）第5.1.2條的要求，特別不規(guī)則的建筑應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算。通過選取7組地震波，按照抗震規(guī)范的要求，調(diào)整其加速度峰值為55cm/s2輸入到結(jié)構(gòu)中。得到的結(jié)果均可以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，同時(shí)也可以滿足每條時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的65%，7組時(shí)程曲線計(jì)算所得結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的80%。

圖3  抗震墻布置圖

 圖4  內(nèi)部框架

圖5  桁架轉(zhuǎn)換

 

圖6  地震作用下X向樓層最大位移曲線

圖7  地震作用下Y向樓層最大位移曲線

圖8  地震作用下X向最大層間位移角曲線

  

圖9  地震作用下Y向最大層間位移角曲線

 

圖10  地震作用X方向樓層反應(yīng)力曲線

圖11  地震作用Y方向樓層反應(yīng)力曲線

圖12  規(guī)定水平力下X向樓層位移比曲線

圖13  規(guī)定水平力下Y向樓層位移比曲線

4、結(jié)論

    概念設(shè)計(jì)貫穿著整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的始終，大到整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)選型，小到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的具體設(shè)計(jì)，都有概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容。本文通過一實(shí)際影劇院工程闡述了從結(jié)構(gòu)選型、整體控制指標(biāo)及具體構(gòu)件設(shè)計(jì)中所涉及到的概念設(shè)計(jì)問題。通過分析發(fā)現(xiàn)，能否把握好概念設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有著舉足輕重的影響。本文所列的影劇院工程，正是由于采取了一系列的抗震概念設(shè)計(jì)，使得其抗震性能得到了很大的改善。

參考文獻(xiàn)：

[1]  建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：GB50011-2010. 中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010年.

[2]  朱炳寅.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問答及分析.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009年.

本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尹維維 編輯  文徑 審核)   

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