通过某礼堂初步设计对“空旷房屋和大跨度屋盖建筑”的结构设计重点、难点进行探讨

赵坤坤

【摘要】体育馆、剧场、礼堂等建筑都属于空旷结构，存在楼板很少、楼板跨越楼层等问题，层概念不清晰，与常规建筑设计有很大不同。本文通过某礼堂的初步设计对其中的重点、难点进行探讨。

【关键词】礼堂；空旷结构；结构设计难点

1、引言

随着近年来国家经济的发展，人民生活品质的提高，各个地方开始兴建如体育馆、文化艺术中心等各种大型公建，属于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第10章的“空旷房屋和大跨屋盖建筑”。而此类建筑在结构设计时均与普通楼房有较大的出入，有些常规的概念无法套用，如楼层刚度比、位移比等；以及一些在常规建筑不容易遇到的问题，如存在局部震动、有效质量系数不容易达到90%以上等。本文通过某礼堂初步设计对此类建筑的结构设計重点、难点进行探讨。

2、结构布置

某礼堂结构主体平面长度为74.3m、宽度40.6m，总建筑高度23.300m，建筑剖面图如图1所示。抗震设防类别为重点设防类（乙类），抗震设防烈度为6度，因此地震作用按6度，抗震措施按7度。地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g，特征周期为0.35s，场地类别Ⅱ类。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第10.1.6条的规定“前厅与大厅、大厅与舞台连接处的横墙，应加强侧向刚度，设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙”，因此采用现浇钢筋混凝土框架-抗震墙结构，观众厅屋面及二层楼座的大跨度部分框架梁采用后张预应力混凝土结构。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第10.1.2条的规定“大厅、前厅、舞台之间，不宜设防震缝分开”，且为保证本工程有更好的整体性，因此对本工程的结构主体不做分缝处理。仅将建筑右边的室外大台阶做为斜撑的不利影响考虑，设置一道变形缝将其与结构主体脱开。并在结构中部设置一道温度收缩后浇带以解决结构超长的问题。

图1：建筑剖面图

3、设计加强措施

本工程属于《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第10章的“空旷房屋和大跨屋盖建筑”，因此应按相关条款采取抗震措施，并采取相应设计加强措施：

（1）前厅与大厅、大厅与舞台连接处的横墙，设置一定数量的钢筋混凝土抗震墙，且抗震墙的抗震等级为二级；

（2）内力分析时采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型，计入楼板的变形影响（弹性楼板定义）；

（3）整体扭转刚度控制：计算时控制整体扭转刚度第1、2主要振型（X、Y方向）均以平动为主，且结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期T1之比不大于0.9；

（4）大厅的钢筋混凝土柱应按抗震等级为二级的框架柱设计，并对此部分的框架柱按中震弹性的性能要求进行设计。

（5）针对楼板开洞造成的楼板刚度削弱较大，采取楼板加厚为150mm，并双层双向配筋且每个方向的配筋率不小于0.25%的加强措施。

（6）对楼板开洞面积较大的楼层和有穿层柱的楼层，计算时指定为薄弱层，采用地震剪力乘以1.25的增大系数，同时加强楼层竖向构件的配筋构造措施。

4、计算出现问题分析及处理

（1）存在局部震动

通过建模计算，发现在计算振型数在18个时的X 方向的有效质量系数才 87.82%，Y 方向的有效质量系数才88.89%，明显有异与普通建筑的计算结果。通过对结构空间振动简图的分析，发现在舞台两端的17轴交A、R轴处的框架柱存在局部震动，因为此处的框架柱在11.70米的高度内Y方向均无梁拉结，而截面又仅有600X600mm，明显刚度过小，是结构的薄弱部位，应给予加强。通过将柱截面由600X600mm加大到600X900mm，并将计算振型数增加到24个后再检查结构空间振动简图，发现消除了此处的局部震动，且X方向有效质量系数达到91.60%，Y方向有效质量系数达到92.67%，满足了规范要求。

（2）规定水平力作用下的楼层位移比大于1.5

通过建筑的剖面图我们可以得知，本工程的楼层间均存在重叠，即楼板跨越一个或两个楼层，或存在大开洞致使有许多的穿层柱，虽然建模时还是一层一层的建模，但是普通的输出结果已不能通过楼层位移比来放映本工程的扭转不规则性，所以这类结构应通过观察结构的变形示意图及通过位移的“详细输出”，来考察结构的扭转效应。通过观察结构的变形示意图，本工程前5个自振周期的振型均以平动为主，直到第6自振周期才以扭转为主。且周期比0.2773/0.6487=0.427远小于0.9，由此可见本工程的扭转效应不明显。通过位移的“详细输出”得知，在X方向地震作用规定水平力下，最大弹性水平位移和层间位移均发生在标高17.000m楼层的18交G轴处的框架柱处（节点号4734），在Y方向地震作用规定水平力下，最大弹性水平位移发生在标高17.000m楼层的18交Q轴处的剪力墙端处（节点号4746），最大层间位移均发生在标高17.000m楼层的18交A轴处的剪力墙端端柱处（节点号4696），具体信息见下表1：

由此可见在规定水平力作用下的位移绝对值与位移角均非常小，即在规定水平力作用下结构不会发生大的位移，结合扭转效应不明显的判断，本结构是安全可靠的。

结 语

空旷结构，如体育馆、剧场、礼堂等建筑，这些结构或者柱、墙不在同一标高，或者本层根本没有楼板，亦或者楼板存在跨越楼层的问题，没有常规建筑中层的概念。因此在对这类建筑的结构设计时应跳出常规建筑的设计思维，而对结构用整体的概念进行设计。

参考文献

[1] 《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）北京：中国建筑工业出版社.2010

[2] 《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）北京：中国建筑工业出版社.2010