浅析某学校综合体育馆钢骨混凝土结构设计思路

吴为森

（泉州市城建国有资产投资有限公司 福建泉州 362000）

1 工程概况

本工程为某大学附属中学，位于杭州诸暨新区四站大型居住社区内，27～05号地块，地块北面临罗卜港，西临北浪西河，南面至盘龙浦路，东面接27～06和27～07号地块。总建筑面积为5170.16m2，其中地上建筑面积4540.88m2，地下建筑面积629.28m2。

本工程包含两部分：篮球馆和游泳馆及体操健身房。游泳馆及体操健身房设有一层地下室，地面以上主体建筑有两层，篮球馆一层通高。见图1（左侧篮球馆，右侧游泳馆及体操健身房）及结构设计使用年限50年，建筑抗震设防类别丙类，建筑结构安全等级一级，抗震设防烈度Ⅶ度，IV类，设计基本地震加速度0.10g，设计地震分组：第一组；设计特征周期：0.9s。

2 结构体系

2.1 地基与基础

该地块第2层褐黄～兰色粉质粘土在明浜、塘地段变薄或缺失，为本场地的不良地质和梯段挡土墙两条件。对上述不良地质采取措施：采用2：8灰土搅拌均匀或优质天然土（土料中有机质含量不超过5%，当含有碎石时，其粒径不大于50mm）进行分层回填夯实，分层铺填厚度不大于300mm，垫层压实系数不小于0.94。若采用天然土回填，控制的最小干密度为1.71g/cm3×90%=1.54g/cm3，合格干密度下的含水率区间为11～24%。根据建筑的特性、设计要求及场区内工程地质条件综合分析，选用桩基独立承台基础形式。并选用6～4层暗绿色粉质粘土作为桩端持力层。

图1

2.2 嵌固端位置

嵌固部位就是预期塑性铰出现的部位，确定嵌固部位就可通过刚度和承载力调整迫使塑性铰在预期部位出现。根据混凝土结构技术规程，游泳馆及体操健身房均少于10层，且房屋高度均不超过28m，故本工程为多层建筑。多层建筑宜将上部结构的嵌固部位设在地下室顶板，基于这个假定的计算结果由于不考虑地下室部分的质量，总体地震力较小，设计易行。但由于地下室首层板为开大洞，根据抗震规范，地下室顶板作为上部结构的嵌固端时，地下室顶板应避免开设大洞口。

2.3 超长结构抗震缝设置

篮球馆、游泳馆及体操健身房地上两层，各楼层使用功能不同，至结构平面刚度不规则及质量分布不均匀，且建筑总长为80.2m，属超长结构。其会有效降低扭转力，致使非结构构件不能保持稳定的工件状态，降低耗用，从而加剧地震的破坏作用。结合建筑平面图，在篮球馆与游泳馆及体操健身房之间设抗震缝，缝宽100mm，明确直接的地震作用的传播途径，以利于结构的抗震设计。并采用施工后浇带等技术措施，减轻混凝土收缩及温度变形的不利影响，解决房屋超长问题，并调整两部分可能产生的不均匀沉降。

2.4 大跨度钢结构网架

由于篮球馆为有效提高室内使用净空，一层通高11.70m，屋顶采用大跨度空间钢结构网架，为确保结构良好的整体性，在满足建筑功能及外立面要求下，于标高6.10m处另加一圈框架梁，以增加结构延性及抗震性能。事实上屋顶网架的平面内刚度非常大，建模时可按等代钢梁建模分析。

为满足建筑使用功能，游泳馆及体操健身房楼面要求有42m跨度的大空间，设计采用了型钢混凝土组合结构。型钢混凝土组合结构的性能优于普通钢梁混凝土结构，它具有抗震性能好，承载能力高、刚度大，施工方便等优点，同是它还克服了钢结构耐火性差、耐久性不足及易屈曲失稳等缺点[4]。在配置一定的构造钢筋情况下，钢骨和混凝土能更好地共同工作。借助计算机辅助计算，确定钢骨和钢筋混凝土部分分别承担的力，后用叠加法计算钢骨混凝土构件的受弯承载力。与抗震结构的一般柱设计一样，钢骨混凝土构件的柱同样要控制柱的轴压力，轴压力的限值不仅对结构的抗震性能有很大的影响，同时也是确定柱截面尺寸、含钢量、抗震构造等重要因素。

2.5 钢结构柱角设计

钢骨结构的柱脚设计也尤为重要。钢骨结构的柱脚可分为埋入式和非埋入式两种。本工程选用埋入式，柱脚的钢骨深入基础梁内，并固定于桩基上，施工较复杂，但在地震中柱脚不易滑动，使钢骨的内力可靠传递到基础梁内。当钢骨埋入深度达到一定深度时，柱脚底部的剪力和弯矩为零，此时柱脚底板可按构造设计。为使钢骨力的有效传递，增加嵌固点柱脚的延性指标，采用复合箍筋的形式，并适当提高柱脚的箍筋面积。

2.6 抗震加强措施

针对本结构的设计特点及抗震加强措施总结如下：

（1）梁、柱节点核心区域截面验算，但是节点剪力不放大；

（2）短柱箍筋沿全高加密设置；

（3）对于悬挑梁增加空载工况的荷载组合验算；

（4）对于楼面结构平面中楼板开大洞的情况，洞口周围楼板按弹性楼板计算其内力，增加洞口周围楼板的厚度和配筋，采用双层双向配筋，在洞口周围设置钢筋混凝土梁；

（5）钢屋盖对基础沉降比较敏感，基础设计时遵循支撑钢屋盖的框架柱下多布桩、其余框架柱下尽量少布桩的原则，以减小支撑钢屋盖的框架柱基础的沉降值及相邻基础的沉降差[5]。

3 结语

以上介绍了一个不规则的多层建筑在结构选型及抗震设计方面的一些主要情况，总体而言，结构在风及多遇地震作用下可满足弹性反应阶段的抗震性能目标。在建筑物平、立面均不规则且结构布置情况下，通过大量细致的工作深入分析建筑物的特性，从总体上把握结构的薄弱环节，设计针对薄弱部位采取了加强措施，减少了不规则带来的不利影响。调整结构综合刚度，减少刚度突变使结构位移能够平缓，特别是使本工程的地震扭转效应得到了有效的控制。为满足现代社会对建筑物外观及使用功能的要求，本工程采用了钢骨混凝土高性能材料。通过本文的分析，希望能为钢骨混凝土框架结构体系的应用积累相应层面的设计经验。