谈省会文化艺术中心多功能厅的结构设计

2013-08-21张学利

山西建筑 2013年8期

张学利

(北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045)

1 工程概况

省会文化艺术中心位于济南市西客站片区，工程建成后将是济南西部开发区的地标性建筑。工程总建筑面积7.48万m2，由歌剧院、多功能厅、音乐厅及附属用房组成。工程结构基础为整体筏板式基础，底板以上剧场设抗震缝分成相互独立的单元。本文内容主要针对中间多功能厅部分。多功能厅长99 m，宽74 m，总建筑面积约2万m2，地上建筑面积1.8万m2，地下建筑面积0.2万m2。地下1层为设备用房，首层为大厅和贵宾室，2层为观众厅和餐厅，3层为办公室和库房，4层为舞台机械控制室，5层为开放办公室，6层为设备机房。效果图见图1。

图1 建筑效果图

2 结构体系

2.1 上部结构体系

对于剧场这种大跨度公共建筑，不能简单采用框架结构形式，应适当多设抗侧力构件，加强其抗侧刚度，减少侧移［1］。多功能厅采用框架剪力墙结构，在观众厅周边和楼电梯周边布置了剪力墙。超出标高12.5 m的室外平台的上部曲面建筑造型由混凝土斜柱斜梁形成，屋顶中间18 m跨采光顶由支撑在两侧混凝土梁上的钢梁形成。项目框架柱主要截面尺寸为800 mm×800 mm;观众厅墙体厚500 mm;楼电梯间外墙厚300 mm，内墙厚200 mm;柱、墙混凝土强度等级为C40，梁板为C30;屋顶采光顶钢梁截面尺寸为Φ500×20，钢材为Q345B。

2.2 地基基础设计

多功能厅地下1层，基底埋深8.50 m。根据地勘报告，地基主要受力层范围内工程特性差异较大;项目跨度大，基底压力分布不均匀;后期相邻地块地下空间开发基坑降水对地基基础可能产生沉降的影响，项目采用CFG桩复合地基。济南地下水位埋藏浅，本工程基础埋深相对较深，设计用厚度为1 m的平板式筏基，既解决了声学报告的最小底板厚度要求，又同时解决了结构整体抗浮问题。

3 结构设计与计算

3.1 多遇地震下的分析

本工程抗震设防烈度为6度［2］，设计基本地震加速度值为0.05g，水平地震影响系数最大值为0.04，Ⅲ类场地，设计地震分组为第三组，特征周期0.65 s。工程场地地震安全性评价报告由北京中震创业工程科技研究院和济南市地震安评工程研究院共同提供。报告中给出的地震参数:水平地震影响系数最大值0.063，特征周期Tg=0.40 s，相对抗震规范所给的参数更加不利，实际计算中均采用安评报告参数。本工程结构安全等级为一级;抗震设防类别为乙类;剪力墙的抗震等级为二级;框架的抗震等级为三级。采用PKPM和ETABS软件进行结构的整体计算分析。

从表1的结果可以看出，各软件计算的结构总质量、剪重比比较接近，各个计算模型的有效质量系数均大于90%，满足现行规范要求。结构周期对比结果见表2。

表1 整体结构总质量、基底剪力比较

表2 整体结构周期表 s

由于绝对位移非常小，PKPM和ETABS计算的层间位移角均小于1/9 999，在控制楼层最大水平位移和层间位移与层均值比值［3］时，可适当放大限值，由北京市建筑设计研究院编制的《建筑结构专业技术措施》5.2.4，可取为1.8。本工程楼层最大水平位移和层间位移与均值比值仅有个别大于1.5，最大为1.61且都小于 1.8，满足要求。

本工程的不规则项［4］主要有以下几个方面:1)扭转不规则，考虑偶然偏心的扭转位移比为1.61，大于1.2;2)楼板不连续，4层楼板开洞面积为40%，大于30%。初步设计审查会专家组意见为非超限工程，整个项目于2011年通过了初步设计专项审查。

3.2 中震弹性分析

鉴于工程的重要性，设计中对结构的重要部位设定了中震弹性的性能要求，补充了中震弹性计算分析。抗震规范所给出的中震计算参数为:水平地震影响系数最大值0.12，特征周期Tg=0.65 s;安评报告所给出的中震计算参数为:水平地震影响系数最大值0.175，特征周期Tg=0.45 s。工程计算时取用抗震规范所给的参数，用PKPM软件进行了补充计算。

在工程设计中对出12.5 m标高室外平台为斜柱的框架柱的12.5 m以下部位，观众厅四周混凝土剪力墙，及支撑中庭钢连桥的4根框架柱，采用了中震弹性计算结果和小震弹性计算结果的包络值控制配筋，同时适当提高了12.5 m标高斜柱附近相关范围的梁、板配筋。