1 工程概況

某音樂廳建設項目位于學?？傆玫胤秶鷥?nèi)西南側(cè)，建筑面積為9 875.75 m2,，建筑高度23.80 m,。地下1層，地上4層,。地下1層為車庫、儲藏間及設備機房,，1～3層為辦公及音樂廳,，4層為設備機房。觀眾廳池座共532座,，分為上,、下兩層,，橫向跨度為18 m，縱向跨度為32.8 m,，2層側(cè)邊看臺懸挑長度2.5 m,。預備廳18.6 m×18.6 m大跨度空間，18.2 m無層間樓板通高設計,，采用鋼結(jié)構(gòu)屋面,。圖1為建筑效果圖，圖2為2層平面圖,，圖3為典型剖面圖,。

圖1 建筑效果圖
Fig.1 Image of Architectural Rendering

圖2 2層平面圖
Fig.2 Plane Graph of the Second Floor

圖3 典型剖面圖
Fig.3 Typical Profile View

2 基礎設計

擬建場地在地貌上屬于剝蝕殘丘地帶，呈斜坡階梯地形,，地面起伏變化較大,。第四系覆蓋層有人工填土、第四系坡積層,、殘積層,，下伏基巖為燕山期花崗巖。地表水為場區(qū)內(nèi)局部分布有水坑,，根據(jù)注水試驗結(jié)果綜合判定,，場地巖土層的滲透性等級屬弱透水～中等透水，按Ⅱ類環(huán)境,，地層滲透性屬A類判斷,，場地土對混凝土結(jié)構(gòu)微腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性,，對鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性,。根據(jù)勘察結(jié)果，擬建場地未發(fā)現(xiàn)巖溶,、土洞,、地面沉陷、坍塌,、滑坡,、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，適宜本工程建設,。各土層分布及其力學性質(zhì)指標見表1,，結(jié)合場地地質(zhì)情況及項目特點，基礎方案采用人工挖孔墩基礎,，墩長約10 m,，墩身混凝土強度等級C35，持力層為中（微）風化層,。人工挖孔墩采用擴大頭形式,，樁身直徑d=1 200mm,，樁底擴大頭直徑D=1 800mm。經(jīng)驗算滿足建筑物承載力要求,?；A平面布置如圖4所示。

表1 各土層分布及其力學性質(zhì)指標
Table 1 Soil Layers Distribution and the Mechanical Properties Index

承載力特征值kPa〈1〉人工填土 稍壓實 2.00 90〈2〉粉質(zhì)粘土 硬塑狀 1.13 200〈3〉砂質(zhì)粘性土 硬塑狀 3.47 250〈4-1〉全風化花崗巖 堅硬土狀 4.00 380〈4-2〉強風化花崗巖 半巖半土狀 10.20 550〈4-3〉中風化花崗巖 塊狀,、短柱狀 3.58 2000〈4-4〉微風化花崗巖 短柱狀,、長柱狀 7.37 5000地層名稱 狀態(tài) 平均厚度Hmfak

圖4 基礎平面布置圖
Fig.4 Foundation Layout Plan

3 結(jié)構(gòu)方案

3.1 規(guī)則性判別

本項目的平面復雜［1］，對其進行規(guī)則性判別（如表2）,。按照粵建市函［2011］580號《廣東省超限高層建筑工程抗震設防專項審查實施細則》要求,，本工程存在扭轉(zhuǎn)不規(guī)則和樓板不連續(xù)2個不規(guī)則項。不超3項,，不需要進行超限高層建筑工程抗震設防專項審查,。

表2 結(jié)構(gòu)超限情況判定表
Table 2 Decision Table for Structure Overrun

超限項目 簡要涵義 超限程度 判定高度超限 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)《細則》，不超過100m包括地下1層,，結(jié)構(gòu)主屋面高度為8+23.1=31.1m否1扭轉(zhuǎn)不規(guī)則考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比＞1.2結(jié)構(gòu)位移比為最大為 1.32（6F）,，＞1.2，≯1.35是2a凹凸不規(guī)則平面凹凸尺寸大于相應邊長30%,，或突出部分長寬比≯2,，l突出部分l 35.2=32.4% 否Bmax=11.4Bmax≯35%2b組合平面 細腰形或角部重疊形 無 否3樓板不連續(xù)有效寬度＜50%，開洞面積＞30%,，錯層＞梁高音樂廳開洞面積為57.4% 是4a側(cè)向剛度不規(guī)則該層側(cè)向剛度＜上層側(cè)向剛度的80% 無 否4b尺寸突變豎向構(gòu)件位置縮進＞25%（收進部位離地高與結(jié)構(gòu)總高之比＞20%）或外凸＞10%和4m 1045.7=21.9% 否5豎向構(gòu)件不連續(xù) 上下墻,、柱、支撐不連續(xù) 無 否6承載力突變相鄰層受剪承載力變化＞75%地下1夾層與首層X向受剪承載力之比=87%否

3.2 抗側(cè)力結(jié)構(gòu)

劇場類結(jié)構(gòu)先天存在質(zhì)心與剛心偏離大,，在地震作用下,，結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應較大，扭轉(zhuǎn)位移比不易控制,。［2］觀眾廳,、舞臺比較空曠，高差大,，樓板大開洞,，在地震作用下各部分容易相對振動而使削弱部分產(chǎn)生震害。根據(jù)這些特點,，音樂廳采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu),。利用建筑隔墻、樓梯間及設備管井等,，在適當位置沿兩個主軸方向設置正交剪力墻,，形成較接近的雙向抗側(cè)剛度及抗扭剛度，減小結(jié)構(gòu)剛心與質(zhì)心的偏心距，增強結(jié)構(gòu)的整體抗扭剛度,，避免在地震作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)脆性破壞。通過在平面連接部位設置剪力墻,，增強薄弱部位的連接,，使得結(jié)構(gòu)在地震作用下有較好的空間協(xié)同工作能力。所有樓蓋均采用相交鋼筋混凝土梁板式結(jié)構(gòu),，樓板厚度為120mm,；局部較大跨度位置板厚按1/40板跨取值，在120～180mm之間,。樓面主梁梁高按700～2 000mm設計,。墻柱混凝土強度等級為C40，結(jié)構(gòu)梁板混凝土強度等級為C30,，各層不變,；鋼筋均采用HRB400 熱軋鋼筋。［3］

3.3 屋蓋方案

綜合考慮使用要求,、結(jié)構(gòu)安全,、施工方便等因素，觀眾廳屋蓋結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板,。沿18 m橫向跨度布置500mm×1 200mm的主梁,，400mm×1 000mm的次梁。

3.4 預備廳結(jié)構(gòu)

預備廳平面尺寸18.6 m×18.6 m,，采用鋼桁架屋蓋,，鋼材采用Q345B，桁架上鋪設120mm厚混凝土,；鋼桁架上弦及次梁平面布置見圖5,，主桁架剖面見圖6，主要構(gòu)件截面為 H300×250×12×16（SX1）,、HW 250×250×14×14（XX1）,，H300×250×12×16（CL1）。豎向構(gòu)件從標高5.4 m～23.6 m共18.2 m高度,，采用剪力墻加鋼骨混凝土柱,。由于柱子計算長度較大，另外受鋼拉索水平向拉力,，柱截面及配筋都很大,，采用鋼骨混凝土柱，并延伸至首層標高,。鋼骨混凝土柱中的鋼骨另由含鋼率控制,，不受鋼筋配筋率的影響，使得與普通混凝土構(gòu)件同樣的外形尺寸，但其承載力提高很多,。為使得型鋼與混凝土共同工作,，全高設置抗剪拴釘，保證滑移面上的剪力全由剪切連接件承擔,。典型鋼骨混凝土柱截面見圖7,。

圖5 鋼桁架上弦及次梁平面布置圖
Fig.5 Layout Plan for Upper Beam and Secondary Beam of Steel Truss

圖6 主桁架剖面圖
Fig.6 Profile View of Primary Truss

圖7 典型鋼骨混凝土柱截面
Fig.7 Typical Column Cross-Section of Steel Reinforced Concrete

4 計算結(jié)果分析

4.1 設計參數(shù)

本工程抗震設防烈度為8度（0.2g），設計地震分組為第一組,，建筑場地類別為Ⅱ類,，采用鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。音樂廳的座位數(shù)僅532座,，屬于小型劇場［4］,，抗震設防類別取丙類?？拐鹪O計時,，地震作用滿足8度要求，抗震措施不需要提高,。結(jié)構(gòu)中框架抗震等級為二級,，剪力墻抗震等級為一級。根據(jù)建設方要求,，設計使用年限為50年,，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重要性系數(shù)為1.0。

4.2 計算結(jié)果

采用YJK軟件進行計算分析,，地震作用考慮偶然偏心并計算雙向地震作用,，共計算40個振型，計算嵌固端為基礎面標高,。計算結(jié)果見表3,。

表3 YJK計算分析結(jié)果
Table 3 YJK Computational Analysis Result

項目 分析結(jié)果自振周期（T1，T3,，T3）T1 s 0.7339,，0.6936，0.6071 Tt10993剪重比Q0 0.83基底總剪力Q0kN XY 10597426280有效質(zhì)量系數(shù)地震作用 風荷載7.476基底總彎矩M0Gk%（＞3.2%） XY 6.958kN·m-1 XY 374785%（＞90%） X99.80最大層間位移角 X,；Y 1965,；1 Y 99.421.21最大層間位移1124最大位移層平均位移 XY 1.18平均層間位移 X1.32最大層間位移角 X；Y 1 Y 1.201.00最大層間位移8563最大位移9565,；1層平均位移 XY 1.32平均層間位移 XY 1.451.00

計算結(jié)果表明,，各項指標滿足GB 50011-2010《建筑抗震設計規(guī)范》［5］、JGJ 3-2010《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》及廣東省標準DBJ 15-92-2013《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》要求,。

4.3 構(gòu)造措施

針對本工程實際,，結(jié)構(gòu)設計中采取了以下措施：

⑴ 利用建筑布局,，在音樂廳及預備廳周邊布置400～700mm厚剪力墻，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度及抗扭剛度,。經(jīng)計算考慮偶然偏心的扭轉(zhuǎn)位移比＞1.2但≯1.35,，滿足規(guī)范要求。

⑵ 對于樓面開大洞較多的情況,，在樓板開洞處的下1層將其板加厚到180mm,，并適當加大配筋，有利于樓層水平力傳到周圍豎向構(gòu)件中,。

⑶ 針對預備廳豎向構(gòu)件計算長度大問題，采用鋼骨混凝土柱且全高設置抗剪拴釘,，在柱截面不變的情況下,，使其承載力提高很多，滿足建筑要求及計算要求,。

5 結(jié)論

⑴ 對于音樂廳等劇場類建筑,，結(jié)構(gòu)布置受建筑功能限制出現(xiàn)很多空曠、錯層等平面及豎向不規(guī)則現(xiàn)象,，造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接薄弱,，平面剛度弱，結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間不能很好地協(xié)調(diào)工作,容易產(chǎn)生不協(xié)調(diào)變形,。對于這種現(xiàn)象,，應通過增設剪力墻來減小剛心與質(zhì)心的偏心距，加強各層樓板板厚及配筋,、大開洞口周邊設置邊梁等措施來提高平面剛度,，加強薄弱部位的連接，最終提高結(jié)構(gòu)整體的抗震性能,。

⑵ 抗震規(guī)范中關于結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)位移比的控制要求是基于剛性樓板假設計算得出的,。對于音樂廳等劇場類結(jié)構(gòu)，基于體型復雜,、內(nèi)部空曠,，且存在大跨、錯層,、樓板大開洞等特點,，采用全樓剛性樓板假定計算將產(chǎn)生較大的誤差，對于結(jié)構(gòu)分析的準確性有較大影響,。而按照彈性樓板假定計算,，結(jié)構(gòu)中最大扭轉(zhuǎn)位移很可能是個別構(gòu)件在局部振型作用下產(chǎn)生的，而非整體扭轉(zhuǎn)的表現(xiàn),。這種結(jié)構(gòu)的局部振動變形會影響計算扭轉(zhuǎn)位移比的準確性,。因此對于此類內(nèi)部空曠結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)位移的控制，不能局限于扭轉(zhuǎn)位移比的控制，更應從概念上宏觀把握,，注重概念設計,，找出造成結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的主要因素并選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，有針對性的進行結(jié)構(gòu)布置并采取加強措施,，以提高結(jié)構(gòu)的安全性,。

參考文獻

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［2］劉明全,，趙劍利，孔江洪,，等.大劇院結(jié)構(gòu)設計的特點［J］.建筑結(jié)構(gòu),，2006，36（5）：26-30.

［3］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范：GB 50010-2010（2015年版）［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,，2015.

［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部.劇場建筑設計規(guī)范：JGJ 57-2016［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

［5］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部,，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.建筑抗震設計規(guī)范：GB 50011-2010［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,，2016.